Nghiên cứu quy trình trích ly các hợp chất màu tự nhiên từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa ứng dụng cho nhuộm vải tơ tằm (TT)

A.
THÔNG TIN CHUNG VỀ LUẬN ÁN
Tính cấp thiết của luận án
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ và đa dạng của tất cả các ngành công nghiệp để đáp ứng nhu cầu
ngày càng cao của con người, cùng với việc áp dụng khoa học kỹ thuật, tăng trưởng kinh tế và bùng nổ dân
số khiến nhân loại phải đứng trước hai hiểm họa lớn mang tính toàn cầu: cạn kiệt tài nguyên và ô nhiễm môi
trường. Đứng trước những thách thức đó, các quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam phải hoạch định và
thực hiện chính sách về tài nguyên và môi trường một cách khoa học và hợp lý. Một trong những phương án
tối ưu của hoạch định này là chương trình “sản xuất sạch hơn” hay còn gọi là “ngăn ngừa ô nhiễm môi
trường” cho các ngành sản xuất; trong đó công nghệ dệt nhuộm là một trong những ngành trọng điểm. Trong
những năm qua, cùng với những nghiên cứu mới của thế giới ngành dệt nhuộm trong nước đã có những
chuyển mình vượt bậc trước nguy cơ suy thoái môi trường. Đó là vấn đề sử dụng thuốc nhuộm có nguồn gốc
tự nhiên từ cây, hoa, lá …để thay thế cho thuốc nhuộm tổng hợp ảnh hưởng môi trường hiện đang chiếm lĩnh
toàn bộ vị trí trong ngành công nghệ ứng dụng này.
Như vậy, đề tài “Nghiên cứu quy trình trích ly các hợp chất màu tự nhiên từ vỏ quả măng cụt và quả
mặc nưa ứng dụng cho nhuộm vải tơ tằm” là hết sức cần thiết và sẽ góp phần giúp cho ngành dệt nhuộm giải
quyết phần nào vấn đề ô nhiễm môi trường và sức khỏe con người.
2. Mục tiêu nghiên cứu, ý nghĩa về khoa học thực tiễn
- Khảo sát một số đặc trưng nguyên liệu về trữ lượng và quy trình bảo quản nhằm đáp ứng tốt nhất cho
công đoạn trích ly.
- Khảo sát phương pháp trích ly phù hợp; nghiên cứu tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích
ly dịch chiết từ quả mặc nưa và vỏ quả măng cụt với dung môi nước như tỷ lệ rắn-lỏng, nhiệt độ trích ly,
thời gian trích ly.
- Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình nhuộm vải tơ tằm bằng các chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt và quả
mặc nưa có sử dụng H2O2 làm tác nhân oxy hóa. Đồng thời điều khiển quy trình nhuộm dưới sự tác
động của các tác nhân xử lý sau nhuộm để đạt được màu sắc mong muốn. Và xác định các giá trị sử
dụng của vải tơ tằm nhuộm bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa như các chỉ tiêu về độ
bền màu, độ bền ma sát, độ tăng khối lượng, tính sinh thái.
- Phân tích và nhận diện các hợp chất mang màu trích ly được từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa trong
dịch chiết và trên vải tơ tằm đã nhuộm bằng các phương pháp phân tích hiện đại: UV-VIS, IR, FT-IR,
RAMAN, HP-LC, LC-MS, XRD, SEM … Từ đó bước đầu đề xuất cơ chế gắn màu giữa vải tơ tằm và

các hợp chất mang màu trích ly từ quả mặc nưa và vỏ quả măng cụt.
3. Những điểm mới của luận án
- Đã nghiên cứu tối ưu hóa và đã thiết lập được chế độ công nghệ thích hợp cho quá trình trích ly các chất
màu từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa để nhuộm vải tơ tằm tại Việt Nam.
- Đã thiết lập đơn công nghệ nhuộm tối ưu có sử dụng H2O2 làm tác nhân oxy hóa, tăng khả năng gắn màu
của các chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa trên vải tơ tằm.
- Đã thiết lập được quy trình công nghệ nhuộm tơ tằm tối ưu với các chất màu trích ly từ quả mặc nưa.
Đây là quy trình hoàn toàn mới so với quy trình nhuộm truyền thống; quy trình này không chỉ tạo được
màu đen truyền thống mà còn tạo được nhiều gam màu khác nhau và rút ngắn được quy trình nhuộm từ
40 ngày xuống còn 4 giờ.
- Bước đầu đã đề xuất cơ chế liên kết của các chất màu được trích ly từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa
với vải tơ tằm.
- Đã chứng minh được sản phẩm vải tơ tằm nhuộm bằng các chất màu được trích ly từ vỏ quả măng cụt và
quả mặc nưa đảm bảo tính sinh thái, không chứa formaldehyde, không chứa formaldehyde, không chứa
azo độc hại và đạt các chỉ tiêu về độ bền cao.
4. Bố cục của luận án
Luận án gồm 118 trang (không kể phụ lục) được chia thành các phần như sau: Mở đầu: 2 trang;
Chương 1-Tổng quan lý thuyết: 38 trang; Chương 2-Nội dung và phương pháp nghiên cứu: 18 trang;
Chương 3-Kết quả và bàn luận: 43 trang; Kết luận: 2 trang; có 130 tài liệu tham khảo.
B.
NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
Phần tổng quan lý thuyết là tổng hợp các nghiên cứu trong nước và thế giới liên quan đế luận án như
sau: Tổng quan chung về chất màu tự nhiên, về quả mặc nưa và vỏ quả măng cụt, phương pháp tách chiết
chất màu tự nhiên và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm. Trong đó đề cập đến các vấn đề định hướng
nghiên cứu của luận án.
1.

1

CHƢƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Luận án sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại để hỗ trợ cho quá trình đánh giá kết quả nghiên
cứu: đánh giá dịch chiết bằng phương pháp đo UV-Vis, IR hoặc FT-IR, LC-MS, HP-LC và sự thay đổi màu
sắc tính chất của vải sau nhuộm bằng phương pháp đo màu L, a, b và chụp XRD, SEM. Sử dụng phương
pháp quy hoạch thực nghiệm và giải bài toán tối ưu để tìm ra thông số tối ưu, giải thích các kết quả thực
nghiệm; đồng thời biện luận các kết quả phân tích hóa lý hiện đại để tìm ra cơ chế gắn màu cần thiết cho
phản ứng tạo màu trên vải tơ tằm của các thành phần mang màu có trong quả mặc nưa và vỏ quả măng cụt.
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1 Kết quả khảo sát đặc trƣng nguyên liệu
3.1.1 Kết quả khảo sát đặc trƣng nguyên liệu quả măng cụt
3.1.1.1 Trữ lượng
Măng cụt chủ yếu được phân bố ở hai vùng đồng bằng sông Cửu long (ĐBSCL) và Đông Nam bộ;
trong đó trồng ở ĐBSCL với tổng diện tích khoảng 4,9 nghìn ha, cho sản lượng hơn 6 nghìn tấn/mùa. Theo
kết quả khảo sát của nhóm nghiên cứu cho thấy tại thời điểm tháng 3/2014, lượng măng cụt tại 2 chợ đầu
mối nông sản thực phẩm Thủ Đức và Hóc Môn có khoảng 22 vựa cung cấp măng cụt, mỗi vựa bán ra trung
bình từ 20÷25 thùng, mỗi thùng 12kg. Tính trung bình mỗi ngày, số lượng măng cụt phân phối khoảng
5.300÷6.600kg. Trong đó, vỏ măng cụt chiếm trung bình từ 68÷70% trên cả quả theo số liệu bảng 3.1. Nếu
tính mô phỏng theo lượng măng cụt bán ra từ 2 chợ đầu mối thì lượng vỏ măng cụt thải ra 3.100÷4.500
kg/ngày. Như vậy, việc sử dụng nguồn nguyên liệu dễ tái sinh này rất cần được quan tâm đúng mức ở nhiều
góc độ khác nhau từ nghiên cứu cho đến mô hình ứng dụng thực tế.
3.1.1.2 Quy trình thu gom vỏ quả măng cụt tại thành phố Hồ Chí Minh cho đề tài
Liên hệ với các chủ vựa trái cây ở các nơi trồng măng cụt như Lái thiêu, Thủ Dầu Một, Bến Tre, Bảo
Lộc, Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng, Đồng Nai, thu mua măng cụt với giá thị trường, đồng thời thu gom
quả măng cụt chín hư, thối không thể sử dụng được. Liên hệ với Công ty Môi trường và đô thị ở các thành
phố lớn TP Hồ Chí Minh để thu hồi vỏ măng cụt với giá ưu đãi. Vào những tháng trái mùa trong năm,
nguyên liệu chính là nhập khẩu. Liên hệ và thu mua vỏ quả măng cụt từ các công ty chế biến hàng xuất khẩu
măng cụt; liên hệ với các chợ đầu mối để thu gom. Và đề xuất các phương án thuộc thẩm quyền các cấp
nhằm phát triển nông thôn, khuyến khích nhà vườn tăng sản lượng măng cụt bằng cách xử lý cho quả nghịch
mùa để tạo ra nguồn nguyên liệu dồi dào cho ngành nhuộm.

3.1.1.3 Quy trình bảo quản nguyên liệu vỏ quả măng cụt hỗ trợ cho nghiên cứu
Một số tài liệu cho rằng có thể bảo quản ở nhiệt độ khoảng 5 oC, trong thời gian 3 tuần không cần chất
bảo quản. Sau 7 ngày tồn trữ ở nhiệt độ bình thường, trái chỉ bị giảm 3,3% trọng lượng, nhưng có thể thối
23,9%. Bảo quản ở 5 oC không bị giảm trọng lượng và chỉ 11% số trái bị thối. Nếu bảo quản quả trong bao
plastic kín sẽ ít bị thiệt hại [13]. Tuy nhiên, để có số liệu chính xác hơn về quá trình bảo quản, nhóm tác giả
đã khảo sát sơ bộ quá trình bảo quản bột và dịch chiết từ vỏ quả măng cụt.
a. Quy trình bảo quản bột từ vỏ quả măng cụt
Vỏ măng cụt sau khi thu gom, xử lý sơ bộ, phơi khô và nghiền thành bột với kích thước 0,1÷1 mm.
Sau đó cho vào bịch nylon, dán kín, hút chân không, bảo quản ở điều kiện thoáng mát. Nhiệt độ từ 25÷30oC,
có thể bảo quản 8÷9 tháng không cần sử dụng chất bảo quản, màu sắc của bột và dịch chiết từ bột không thay
đổi. Vải sau nhuộm với dịch chiết từ bột của vỏ quả măng cụt sau thời gian 9 tháng không thay đổi nhiều so
với ban đầu.
b. Quy trình bảo quản chiết dịch từ vỏ quả măng cụt
Bột từ vỏ quả măng cụt được trích ly bằng phương pháp chiết ngâm trong thời gian 2 giờ ở nhiệt độ
50÷70oC với dung môi nước theo tỷ lệ 1:5; sau đó lọc lấy dịch, bỏ bã và tiếp tục đem dịch đi cô cạn đến khi
còn 50% thể tích; cuối cùng cho vào lọ bảo quản với nồng độ chất bảo quản từ 0,1÷2% với thời gian bảo
quản từ 1 đến 12 tháng. Theo dõi sự thay đổi giá trị pH theo thời gian; đồng thời nhuộm mẫu đối chứng để so
sánh khả năng nhuộm màu của dịch chiết trên vải tơ tằm trong khoảng thời gian bảo quản trên. Kết quả khảo
sát cho thấy dịch vỏ măng cụt khô sau khi chiết, chứa vào lọ thủy tinh đậy kín và bảo quản với chất bảo quản
là kalisortbate:
Nhiệt độ 10÷20 oC, pH 4÷4.5, kalisortbate 1%: thời gian bảo quản 9÷10 tháng
Nhiệt độ 20÷30 oC, pH 4÷4.5, kalisortbate 1%: thời gian bảo quản 6÷7 tháng
Nhiệt độ 30÷40 oC, pH 4÷4.5, kalisortbate 1%: thời gian bảo quản 4÷5 tháng
Đặc điểm dịch chiết khi bảo quản theo thời gian: pH thay đổi không đáng kể, dịch chiết trong suốt, ở
nhiệt độ 30÷40oC dịch chiết hơi đóng váng do hiện tượng oxy hóa bề mặt mỗi lần đo pH, nhưng màu sắc trên
vải nhuộm không bị ảnh hưởng nhiều. Giá trị pH của các mẫu dịch chiết theo thời gian không thay đổi nhiều,
cường độ màu và độ bền màu trên vải nhuộm gần như không thay đổi.
2

3.1.2 Kết quả khảo sát nguyên liệu quả mặc nƣa
3.1.2.1 Trữ lượng
Hiện nay, không tìm thấy tài liệu nào nói về trữ lượng của cây mặc nưa; tuy nhiên, nhóm nghiên cứu
đã có kết quả khảo sát từ các nguồn thông tin qua những chuyến đi thực tế. Tại huyện Tân Châu, tỉnh An
Giang người dân vẫn còn duy trì để bán cho một số xưởng nhuộm nhỏ chuyên nhuộm màu đen cho lụa tơ
tằm và polyamide; nhưng không còn nhiều. Một địa phương khác là tỉnh Ninh Thuận, trước những năm
1950, bà con người chăm vẫn dùng quả mặc nưa để nhuộm vải đen. Cho đến thời gian gần đây, đầu những
năm 2000, cây mặc nưa được đưa vào danh sách những loại cây quý, cần nhân giống và phát triển. Vì vậy,
tại thành phố Hồ Chí Minh, cây mặc nưa được trồng nhiều ở các công viên cây xanh như công viên Gia
Định, Lê Văn Tám; hoặc hai ven đường Hai Bà Trưng, Quận 1; đường Phạm Hùng, quận 7; chợ Cầu Ông
Lãnh, quận 1…Với trữ lượng thu được trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh khoảng trên 3.000 cây, mỗi cây
cho khoảng 100÷300 kg quả mỗi năm; theo thống kê sơ bộ ít nhất có 900.000 kg quả mặc nưa rụng xuống
thành rác thải trong một năm nếu không được quan tâm thích đáng. Như vậy, việc sử dụng nguồn nguyên
liệu dễ tái sinh này như một nguồn thuốc nhuộm tự nhiên đã được nhóm nghiên cứu triển khai và ứng dụng
thực tế.
3.1.2.2 Quy trình bảo quản nguyên liệu quả mặc nưa hỗ trợ cho nghiên cứu
Quả mặc nưa sau khi thu gom, được xử lý sơ bộ, chọn những quả tươi, loại bỏ những quả bị nứt, dập,
có dấu hiệu oxy hóa chuyển sang màu đen, bảo quản tạm thời trong điều kiện mát của tủ lạnh khoảng 5 oC;
chọn những quả tươi đem bảo quản trong dung dịch kalisorbat với nồng độ 0,1÷3 % trong khoảng thời gian
từ 1÷6 tháng. Quả mặc nưa sau bảo quản được xay với nước theo tỷ lệ 1:5, khảo sát theo thời gian sự thay
đổi pH của dịch chiết và cường độ màu trên vải tơ tằm sau nhuộm để tìm ra nồng độ bảo quản tốt nhất. Kết
quả khảo sát với nhiều nồng độ chất bảo quản và thời gian khác nhau, nhóm nghiên cứu đã nhận được các
quy trình bảo quản quả mặc nưa như sau:
Nhiệt độ 0÷5 oC, bộc kín và cho vào tủ lạnh: thời gian bảo quản 2÷3 tháng
Nhiệt độ 10÷20 oC, pH 4÷4,5, kalisortbate 1,5%: thời gian bảo quản 3÷4 tháng
Nhiệt độ 20÷30 oC, pH 4÷4,5, kalisortbate 1,5%: thời gian bảo quản 2÷3 tháng
Đặc điểm quả mặc nưa khi bảo quản: giá trị pH của các mẫu bảo quản theo thời gian không thay đổi
nhiều, cường độ màu và độ bền màu trên vải sau nhuộm gần như không thay đổi. Như vậy, việc sử dụng quả
mặc nưa như một loại nguyên liệu chất màu tự nhiên được ứng dụng cho ngành nhuộm trong sản xuất thực tế
là hoàn toàn khả thi.

3.2 Kết quả nghiên cứu quá trình trích ly chất màu từ vỏ quả măng cụt
3.2.1 Kết quả khảo sát lựa chọn dung môi và phƣơng pháp trích ly chất màu từ vỏ quả măng cụt
Mật độ quang của dịch chiết cho biết cường độ màu dịch chiết được xác định ở bước sóng 289 nm với
tỷ lệ pha loãng dịch/nước là 1/100 và cường độ màu trên vải sau nhuộm được trình bày ở bảng 3.2.
STT
1
2
3

Bảng 3.2 Mật độ quang dịch chiết và cường độ màu của vải theo phương pháp trích ly
Mật độ
Độ tận
Độ tăng
Cường
ΔE với ΔE với mồ
Phương pháp
ΔE với giặt
quang
trích
khối
độ màu
Clo
hôi
Vi sóng
1,367
0,512
1,830
29,2580
14,1310
17,143

16,24
Soxhlet
0,811
0,214
1,439
24,0137
13,1250
11,59
10,321
Chiết ngâm
1,152
0,765
2,230
26,6290
8,0430
7,54
8,38
40

2

20

0
Vi sóng

0
Vi sóng

Soxhlet

Soxhlet

Mật độ quang

Chiết ngâm

Chiết ngâm
Độ tận trích

Hình 3.3 Đồ thị cường độ màu của vải, mật độ quang và độ tận trích của chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt theo
phương pháp vi sóng, soxhlet, chiết ngâm

Hình 3.4 Đồ thị độ tăng khối và độ bền màu của vải tơ tằm nhuộm bằng chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt theo
phương pháp vi sóng, soxhlet, chiết ngâm
3


Kết quả bảng 3.2 cho thấy trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng là tốt nhất vì cho giá trị mật độ quang cao
nhất 1,367 Ao. Điều này có thể giải thích rằng nước là dung môi phân cực mạnh dưới tác động của vi sóng,
tốc độ gia nhiệt diễn ra nhanh làm cho các phần tử mang màu có trong vỏ măng cụt cũng bị tác động mạnh.
Kết quả hình 3.3 và 3.4 cho thấy dịch chiết bằng phương pháp vi sóng có cường độ màu của vải là cao nhất;
tiếp theo là phương pháp chiết ngâm và cường độ màu trên vải thấp nhất là phương pháp trích ly shoxlet. Với
phương pháp trích ly cho nồng độ dịch chiết cao thì lượng thuốc nhuộm liên kết với xơ sợi cũng lớn hơn các
phương pháp khác, tuy nhiên khi áp dụng cho quy mô sản xuất công nghiệp thì hai phương pháp vi sóng và
shoxlet có nhiều hạn chế về lượng nguyên liệu đầu vào cũng như đòi hỏi công suất lớn và chi phí đầu tư là
rất tốn kém. Tuy nhiên, phương pháp chiết ngâm lại cho kết quả độ tận trích cao nhất và ∆E bền màu trên vải
thấp nhất nghĩa là đạt độ bền màu tốt nhất. Như vậy chiết ngâm là phương pháp trích ly được lựa chọn để áp
dụng cho quá trình trích ly dịch phù hợp với cả quy mô sản xuất vi mô và vĩ mô. Vì vậy phương pháp thích
hợp với dung môi nước đã chọn ở trên sử dụng cho quá trình khảo sát tiếp theo là phương pháp chiết ngâm.

3.2.2 Kết quả tối ƣu hóa quá trình trích ly chất màu từ vỏ quả măng cụt
3.2.2.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm và phương trình hồi quy điều kiện trích ly
a. Xây dựng ma trận thực nghiệm
Biến nghiên
cứu
Nhiệt độ(Z1)
Thời gian (Z2)
Tỷ lệ (Z3)

Bảng 3.3 Phạm vi và các mức nghiên cứu của ba biến được chọn
Mức nghiên cứu
Biến mã hóa
Đơn vị
-1
0
o
X1
C
50
60
X2
Phút
120
150
X3
% khối lượng nước trong hệ dịch chiết
75
80

+1

70
180
85

Giữa các biến mã hóa (Xi) và các giá trị biến thật (Zi) đã chọn để nghiên cứu ở các mức nghiên cứu
khác nhau được liên hệ với nhau qua hệ thức:
(3.1)
Trong đó:
: giá trị nghiên cứu ở mức 0 (mức gốc)
: khoảng biến thiên của biến nghiên cứu,
: giá trị nghiên cứu ở mức cao (+1)
: giá trị nghiên cứu ở mức thấp (-1)
Với phương án trực giao, giá trị cánh tay đòn  của ma trận được xác định theo công thức:
√√
√√
= 1,35313
Ma trận thực nghiệm cụ thể cho nghiên cứu:
Bảng 3.5 Bảng ma trận mã hóa của ba biến được chọn để nghiên cứu

n0=3

n=2k=6

n=2k=8

Thí nghiệm
1
2
3
4

5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

X1
-1.0
1.0
-1.0
1.0
-1.0
1.0
-1.0
1.0
-1,35313
1,35313
0
0
0
0
0

0
0

Biến mã hóa
X2
-1.0
-1.0
1.0
1.0
-1.0
-1.0
1.0
1.0
0
0
-1,35313
1,35313
0
0
0
0
0

X3
-1.0
-1.0
-1.0
-1.0
1.0
1.0

1.0
1.0
0
0
0
0
-1,35313
1,35313
0
0
0

Hàm mục tiêu
Hiệu suất trích ly (Y1)
Cường độ màu vải (Y2)
8,42249
22,6309
13,8845
26,0337
7,65957
20,1894
11,9843
25,8653
9,23277
24,7244
13,8958
26,2337
9,85443
24,0709
11,2249

25,5362
7,23277
20,2164
11,5572
25,7254
10,5714
23,8362
11,1398
24,5147
19,2817
27,9945
20,915
28,8362
23,839
30,2588
23,7057
30,358
23,399
30,3856

Mỗi giá trị hàm mục tiêu (Y1 là hiệu suất trích ly và Y2 là cường độ màu vải) sẽ được dùng để xây
∑
∑
∑
dựng mô hình toán:

4


b. Hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm từ thực nghiệm

Kết quả hiệu suất sử dụng dịch trích ly (Y1) (gọi tắt là hiệu suất trích ly) và cường độ màu của vải sau
nhuộm (Y2) thu được từ thực nghiệm được tiến hành theo ma trận phức hợp tâm trực giao cấp 2 đã xây dựng
được trình bày ở bảng 3.6.

TN
1
2
3
4
5
6

Bảng 3.6 Kết quả hiệu suất trích ly và cường độ màu vải theo ma trận phức hợp tâm trực giao cấp 2
Nhiệt độ
Thời gian
Hiệu suất trích ly Cường độ màu
X1
X2
X3
Tỷ lệ (%)
(oC)
(phút)
Y1
Y2
-1.0
-1.0
-1.0
24,6309
50
120

75
8,42249
1.0
-1.0
-1.0
24,9337
70
120
75
13,8845
-1.0
1.0
-1.0
25,6894
50
180
75
7,65957
1.0
1.0
-1.0
25,8653
70
180
75
11,9843
-1.0
-1.0
1.0
24,0244

50
120
85
9,23277
1.0
-1.0
1.0
24,6337
70
120
85
13,8958

7
8
9
10
11
12
13
14
15

-1.0
1.0
-1,3531
1,3531
0
0
0

0
0

1.0
1.0
0
0
-1,3531
1,3531
0
0
0

1.0
1.0
0
0
0
0
-1.3531
1.3531
0

16

0

0

0

17

0

0

0

50
70

180
180

85
85

9,85443
11,2249

46,47
73,5

150
150

80
80

7,23277
11,5572

60
60

117,06
182,94

80
80

10,5714
11,1398

60
60

150
150

73.235
86.765

19,2817
20,915

60

150

80

23,839

24,4709
25,8362
24,8164
25,8254
25,8362
25,8147
26,9945
25,8362
27,2588

60

150

80

23,7057

27,358

60

150

80

23,399

27,3856

Từ kết quả cường độ màu thực nghiệm thu được, với sự hỗ trợ của phần mềm thống kê Stagraphics
Centurion XV.II, tiến hành thống kê phân tích tương quan và hồi quy để xác định phương trình hồi quy của
quá trình, kiểm định sự phù hợp mô hình toán thu được để tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình trích ly dịch
chiết từ vỏ quả măng cụt. Sau đó tiến hành phân tích đánh giá ảnh hưởng của các biến nghiên cứu đến hiệu
suất sử dụng dịch trích ly và cường độ màu vải, xác định điểm tối ưu cho quá trình theo phương pháp bề mặt
đáp ứng được tích hợp trong phần mềm.
c. Phân tích phương sai và hồi quy
Biểu đồ Pareto hình 3.5 biểu diễn hiệu ứng của yếu tố nghiên cứu tác động lên hiệu suất trích ly và
cường độ màu vải sau nhuộm, với các chữ cái A, B đại diện cho các biến mã hoá tương ứng: X1 (nhiệt độ
trích ly), X2 (thời gian trích ly), X3 (tỷ lệ măng cụt/nước). Mức độ tác động của các yếu tố lên quá trình trích
ly được đánh giá thông qua việc phân tích thống kê bộ kết quả thực nghiệm thu được, mà đại diện bằng các
hệ số hồi quy trong 2 phương trình hồi quy với 2 hàm mục tiêu hiệu suất trích ly (Y1) và cường độ màu vải
(Y2). Các cột trên biểu đồ thể hiện mức độ tác động của các yếu tố tuyến tính, bậc hai và tương tác đồng thời
của cả hai biến. Màu xám chứng tỏ hiệu ứng tương tác lên cường độ màu là hiệu ứng dương, tác động tích
cực làm tăng hiệu suất trích ly và cường độ màu; còn màu xanh là hiệu ứng âm, tác động tiêu cực làm giảm
hiệu suất trích ly và cường độ màu. Giá trị tỷ số F càng lớn và chỉ số P càng nhỏ thì hệ số hồi quy tương ứng
của yếu tố càng có ý nghĩa và ảnh hưởng đáng kể. Dựa vào biểu đồ Pareto hình 3.5 nhận thấy hiệu ứng của
các yếu tố bậc 1 (A, B, C) và hiệu ứng tương tác bậc 2 AA, BB, CC đều đáng kể và được giữ lại do tỷ số
Fisher cao và chỉ số P – mức độ không tin cậy thấp hơn 0.05 (tức mức độ tin cậy  95%). Các hiệu ứng còn
lại không có ý nghĩa và bị loại bỏ vì chỉ số mức độ không tin cậy P cao hơn mức 0.05.

Hình 3.5 Ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất sử dụng dịch trích ly (hiệu suất trích ly) và cường độ màu vải sau
nhuộm với dịch trích ly từ vỏ quả măng cụt

Nhìn chung, các yếu tố đều có ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly và cường độ màu của vải theo bậc một

hoặc bậc hai, trong đó ảnh hưởng của yếu tố AA (nhiệt độ trích ly - nhiệt độ trích ly) là cao nhất tiếp đến là
BB và A. Trong số 9 yếu tố được khảo sát thì có 4 yếu tố tác động tích cực làm tăng cường độ màu của dịch
5


trích ly đó là yếu tố A (nhiệt độ trích ly), C (tỷ lệ trích ly), BC (thời gian - tỷ lệ trích ly) và AB (nhiệt độ thời gian trích ly). Còn lại các yếu tố khác đều mang hiệu ứng âm làm giảm hiệu suất trích ly và cường độ
màu. Kết quả tính toán từ phần mềm Stagraphics và ước lượng hệ số hồi quy của phương trình hồi quy được
trình bày trong bảng 3.8. Độ lớn của hệ số thể hiện mức độ ảnh hưởng của yếu tố lên hàm mục tiêu và dấu
của chúng nói lên tính chất của ảnh hưởng, dấu (+) là tác động dương và dấu (-) là tác động âm.
Yếu tố
Hằng số
A: nhiệt độ
B: thời gian
C: tỷ lệ
AA
AB
AC
BB
BC
CC

Bảng 3.8 Giá trị ước lượng của các hệ số trong phương trình hồi quy
Giá trị hệ số hồi quy
Hệ số hồi quy
Hiệu suất trích ly (Y1)
Cường độ màu (Y2)
-526,414
-232,439
b0
8,7853

4,87044
b1
1,91145
0,664662
b2
3,3449
1,4236
b3
-0,0634884
-0,0308128
b11
-0,00184578
0,000928792
b12
-0,00876112
-0,0142486
b13
-0,00616786
-0,00269266
b22
0,00047768
0,000979536
b23
-0,0175431
-0,00375685
b33

Xử lý số liệu với phần mềm Stagraphics nhận được phương trình hồi quy theo biến thực (Z) và biến
mã hóa (x) như sau:
Hàm mục tiêu là hiệu suất trích ly:

Y1= –526,414 + 8,7853Z1 + 1,91145Z2 + 3,3449Z3 – 0,0634884Z12 – 0,00184578Z1Z2 – 0,00876112Z1Z3 –
0,00269266 Z22 + 0,00047768 Z2Z3 – 0,0175431Z32
(3.2)
2
2
2
Ŷ1= 22,4966 + 1,8583x1 – 0,3381x2 + 0,383x3 – 6,348x1 – 0,5537x1x2 – 0,4691x1x3 – 5,55x2 –0,503x3
Hàm mục tiêu là cường độ màu:
Y2 = -232,439 + 4,87044 Z1 + 0,664662 Z2 + 1,4236 Z3 – 0,0308128 Z12 + 0,000928792Z1Z2 – 0,0142486
Z1Z3 – 0,00616786Z22 + 0,000979536 Z2Z3–0,00375685 Z32
Ŷ2=29,5801+1,6727x1-0,2609x2+0,598x3-3,081x12+0,2786x1x2-0,763x1x3-2,42x22+0,157x2x3-0,1077x32
Kiểm định sự phù hợp của mô hình bằng chuẩn Fisher và student tα (fth) với phương sai tái hiện S2th: được
tính theo số thí nghiệm lặp ở tâm no= 3 và mức ý nghĩa α = 0,05, bậc tự do tái hiện fth= 3o -1 = 2. Kết quả
kiểm tra ý nghĩa cho thấy sự tương thích của mô hình được trình bày ở phụ lục 22. Giá trị hệ số xác định (R2
= 95,701) chỉ ra rằng có đến 95,701% sự biến thiên hiệu suất trích ly là do tác động của các biến độc lập với
chỉ 4,299% là do các yếu tố bên ngoài không giải thích được bởi mô hình với giá trị hệ số tương quan (d.f.
R2 = 90,1737 %). Tương tự kết quả phân tích cho thấy giá trị hệ số xác định (R2 = 92,3481) chỉ ra rằng có
đến 92,3481 % sự biến thiên cường độ màu là do tác động của các biến độc lập với chỉ % là 7,6519 do các
yếu tố bên ngoài không giải thích được bởi mô hình với giá trị hệ số tương quan (d.f. R2 = 82,5098 %) Điều
này chứng tỏ mức ý nghĩa của mô hình hai mục tiêu hiệu suất trích ly và cường độ màu là khá cao.
3.2.2.2 Phân tích mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm
Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly lên hiệu suất trích ly và cường độ màu của vải: Trong các yếu tố khảo
sát thì nhiệt độ trích ly là yếu tố góp phần thúc đẩy quá trình hòa tan các chất có trong vỏ quả măng cụt và nó
có tác động đồng thời cả hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm, điều này thể hiện rõ ở hình 3.6,
3.7 và 3.8. Cường độ màu tăng theo chiều hướng tăng nhiệt độ và đạt giá trị cao nhất ở khoảng nhiệt độ 60
o
C. Nhiệt độ mang hiệu ứng tích cực làm tăng cường độ màu trong khoảng nhiệt độ trích ly 60÷70 oC. Mức
độ ảnh hưởng của các yếu tố đến cường độ màu dịch chiết thông qua độ lớn và dấu của b1 và hệ số hồi quy
bậc 1. Khi tăng nhiệt độ lên 70 oC thì dịch chiết bão hòa và cường độ màu giảm thể hiện qua hệ số hồi quy
bậc 2 (b11). Ảnh hưởng của biến này có tác động âm đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải.

Hình 3.6 Ảnh hưởng của từng yếu tố chính đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải

Ảnh hưởng của thời gian trích ly lên hiệu suất trích ly và cường độ màu vải: Thời gian trích ly có tác
động âm và đáng kể đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm; tuy nhiên mức độ không cao.
Yếu tố thời gian có ảnh hưởng tuyến tính bậc 2 đến cường độ màu vải thể hiện qua hệ số hồi quy b2 trong
phương trình hồi quy (3.2 và 3.4). Cường độ màu đạt giá trị cực đại tại mức nghiên cứu 150 phút cho thấy
đây là khoảng thời gian đủ để hòa tan hoàn toàn các chất có trong vỏ măng cụt trong quá trình tách chiết.
6


Cũng như yếu tố nhiệt độ, khi thời gian cao hơn 150 phút thì cường độ màu giảm thể hiện qua hệ số hồi quy
bậc 2 (b22).

Hình 3.7 Sự tương tác của hai yếu tố đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải

Ảnh hưởng của tỷ lệ trích ly lên hiệu suất trích ly và cường độ màu vải: Kết quả phân tích đã cho thấy
tỷ lệ chiết dịch cũng như nhiệt độ và thời gian đều có ảnh hưởng bậc 2 đến cường độ màu vải sau nhuộm.
Ảnh hưởng của tỷ lệ trích ly mang hiệu ứng dương đã làm tăng hiệu suất trích ly và cường độ màu vải, kết
quả từ phương trình hồi quy (3.2 và 3.4) ứng với giá trị hệ số b3. Trong các mức khảo sát tỷ lệ 1/4÷1/6 thì
cường độ màu vải ban đầu tăng và đạt giá trị cao nhất ở tâm khảo sát sau đó giảm dần điều này là do khi
càng tăng tỷ lệ trích ly và cường độ màu trên vải thì dung môi nước sẽ dư làm pha loãng một số hợp chất
mang màu có trong bột vỏ quả măng cụt. Sự tương tác lẫn nhau của các yếu tố khảo sát (hình 3.7) cho thấy
mức độ tác động của các yếu tố khá tương đồng; chỉ có tương tác giữa thời gian trích ly và tỷ lệ trích ly đến
hiệu suất trích ly (b23) không tác động nhiều đến mô hình; chính vì thế khi kiểm tra mức độ tương thích giá
trị này đã bị loại khỏi phương trình hồi quy.

Hình 3.8 Bề mặt đáp ứng biểu diễn ảnh hưởng tương tác của các yếu tố đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải
trong khoảng biến thiên của ba biến khảo sát

Bề mặt đáp ứng và vùng tương tác giữa các yếu tố trong khoảng khảo sát ở hình 3.9 cho thấy mức độ
tác động của các yếu tố lên đồng thời hai hàm mục tiêu hiệu suất trích ly và cường độ màu là khá cao. Điều
này khẳng định mức độ tương thích giữa mô hình và thực nghiệm, cho kết quả đáng tin cậy.

Hình 3.9 Bề mặt đáp ứng và vùng tương tác của các yếu tố đến cả hai hàm mục tiêu hiệu suất trích ly và cường độ màu
vải

3.2.2.3 Xác định điều kiện tối ưu quá trình trích ly dịch vỏ quả măng cụt
Từ phương trình hồi quy thu được, tiến hành tối ưu hóa điều kiện chiết măng cụt theo phương pháp bề
mặt đáp ứng bằng phần mềm stagraphics. Sử dụng thẻ bles trong phần mềm, chọn mục tối ưu hóa
(optimization) để xuất bảng tối ưu hàm mục tiêu. Kết quả nhận được điều kiện trích ly tối ưu như sau:
- Giá trị hiệu suất trích ly tối ưu: Y1 = 22,57
- Giá trị cường độ màu tối ưu: Y2 = 30,08
- Nhiệt độ trích ly: 61,4 oC
- Thời gian trích ly: 149,2 phút
- Tỷ lệ trích ly: 84,6342% (% nước có trong hệ dịch) tương ứng với tỷ lệ rắn/lỏng là 1/5
- Dung môi trích ly: nước
- Phương pháp trích ly: chiết ngâm với tốc độ khuấy 100 vòng/phút
Kết quả cho thấy phần mềm Stagraphics dự đoán gần đúng giá trị hiệu suất trích ly và cường độ màu vải
cùng với giá trị của ba biến được nghiên cứu cho quá trình trích ly chất màu tự nhiên từ vỏ quả măng cụt.
3.3 Kết quả nghiên cứu quá trình trích ly chất màu từ quả mặc nƣa
3.3.1 Kết quả khảo sát lựa chọn dung môi và phƣơng pháp trích ly chất màu từ quả mặc nƣa
Mật độ quang của dịch chiết cho biết cường độ màu dịch chiết, đo ở bước sóng 289 nm với tỷ lệ pha
loãng dịch/nước:1/100 và cường độ màu trên vải sau nhuộm được trình bày như sau:
Bảng 3.10 Bảng số liệu kết quả ảnh hưởng của phương pháp trích ly dịch từ quả mặc nưa
STT

Phương pháp

1

2
3

Vi sóng
Soxhlet
Chiết ngâm

Mật độ
quang
0,383
0,613
1,393

Độ tận
trích
0,655
0,297
0,898

Độ tăng
khối
1,724
0,813
2,899

7

Cường
độ màu
3,933

8,287
8,637

ΔE với
giặt
20,63
9,65
7,24

ΔE với
Clo
27,44
11,59
5,97

ΔE với mồ
hôi
15,09
10,04
5,82


Hình 3.10 Đồ thị cường độ màu của vải, mật độ quang và độ tận trích của chất màu trích ly từ quả mặc nưa bằng các
phương pháp vi sóng, soxhlet, chiết ngâm

Hình 3.11 Đồ thị độ tăng khối và độ bền màu của vải tơ tằm nhuộm bằng chất màu trích ly từ quả mặc nưa bằng các
phương pháp vi sóng, soxhlet, chiết ngâm

Kết quả bảng 3.10 và đồ thị hình 3.10, 3.11 cho thấy mật độ quang, độ tận trích và độ tăng khối của
phương pháp chiết ngâm là cao nhất. Bên cạnh đó, cường độ màu của dịch chiết theo phương pháp chiết

ngâm là thấp nhất nghĩa là màu đậm nhất và độ bền màu của vải cao do giá trị độ lệch màu ∆E thấp nhất. Vì
vậy phương pháp trích ly tối ưu được chọn là chiết ngâm với mật độ quang dịch chiết là 1,393 và cường độ
màu nhuộm trên vải tơ tằm là 8,637.
3.3.2 Kết quả tối ƣu hóa quá trình trích ly chất màu từ quả mặc nƣa
3.3.2.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm và phương trình hồi quy điều kiện trích ly
a. Xây dựng ma trận thực nghiệm
Biến nghiên cứu
Nhiệt độ(Z1)
Thời gian (Z2)
Tỷ lệ (Z3)

Bảng 3.11 Phạm vi và các mức nghiên cứu của ba biến được chọn
Mức nghiên cứu
Biến mã hóa
Đơn vị
-1
0
o
X1
C
50
55
X2
Phút
45
60
Tỷ lệ khối lượng mặc
X3
0,142857
0,238095

nưa trong hệ dịch chiết

+1
60
75
0,333333

Giữa các biến mã hóa (Xi) và các giá trị biến thật (Zi) đã chọn để nghiên cứu ở các mức nghiên cứu
khác nhau được liên hệ với nhau qua hệ thức (3.1). Với phương án trực giao, giá trị cánh tay đòn  của ma
trận được xác định theo công thức:
√√
√√
= 1,35313
Ma trận thực nghiệm cụ thể cho nghiên cứu:

n0=3

n=2k=6

n=2k=8

Thí nghiệm
1
2
3
4
5
6
7
8

9
10
11
12
13
14
15
16
17

Bảng 3.13 Bảng ma trận mã hóa của ba biến được chọn để nghiên cứu
Biến mã hóa
Hàm mục tiêu
Hiệu suất trích ly (Y1)
Cường độ màu vải (Y2)
X1
X2
X3
-1
-1
-1
11,25
11,881
1
-1
-1
11,37
10,021
-1
1

-1
13,56
12,288
1
1
-1
14,85
9,231
-1
-1
1
13,98
10,387
1
-1
1
13,226
11,85
-1
1
1
14,93
9,781
1
1
1
14,36
8,217
-1,35313
0

0
13,53
9,213
1,35313
0
0
15,212
8,05
0
-1,35313
0
13,043
11,563
0
1,35313
0
15,84
8,375
0
0
-1,35313
15,5
9,782
0
0
1,35313
16,43
8,645
0
0

0.00
18,61
7,018
0
0
0.00
18,98
7,118
0
0
0.00
18,88
7,201
8


b. Hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm từ thực nghiệm
Kết quả hiệu suất trích ly (Y1) và cường độ màu (Y2) thu được từ thực nghiệm, được tiến hành theo ma
trận phức hợp tâm trực giao cấp 2 đã xây dựng, được trình bày ở bảng 3.14.
Bảng 3.14 Kết quả hiệu suất trích ly và cường độ màu vải theo ma trận phức hợp tâm trực giao cấp 2
TN

X1

X2

X3

Nhiệt độ
(oC)

Thời gian
(phút)

Tỷ lệ (%)

Hiệu suất
trích ly
Y1

Cường độ
màu
Y2

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

17

-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1,3531
1,3531
0
0
0
0
0
0
0

-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
0
0

-1,3531
1,3531
0
0
0
0
0

-1
-1
-1
-1
1
1
1
1
0
0
0
0
-1,3531
1,3531
0
0
0

60
40
60
40

60
40
60
48,235
61,765
50
50
50
50
50
50
50
60

45
75
75
45
45
75
75
60
60
39,7031
80,2969
60
60
60
60
60

45

0,142857
0,142857
0,142857
0,333333
0,333333
0,333333
0,333333
0,238095
0,238095
0,238095
0,238095
0,109226
0,366964
0,238095
0,238095
0,238095
0,142857

842249
13,8845
7,65957
11,9843
9,23277
13,8958
9,85443
11,2249
7,23277
11,5572

10,5714
11,1398
19,2817
20,915
23,839
23,7057
23,399

10,021
12,288
9,231
11,387
9,85
10,781
8,217
11,213
9,05
9,563
9,375
11,782
8,645
8,018
8,118
8,201
10,021

Từ kết quả cường độ màu thực nghiệm thu được, với sự hỗ trợ của phần mềm thống kê Stagraphics
Centurion XV.II, tiến hành thống kê phân tích tương quan và hồi quy để xác định phương trình hồi quy của
quá trình, kiểm định sự phù hợp mô hình toán thu được để tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình trích ly dịch
chiết từ quả mặc nưa. Sau đó tiến hành phân tích đánh giá ảnh hưởng của các biến nghiên cứu đến hiệu suất

trích ly và cường độ màu vải được biểu diễn bằng những bề mặt đáp ứng trong không gian, xác định điểm tối
ưu cho quá trình theo phương pháp bề mặt đáp ứng được tích hợp trong phần mềm.
c. Phân tích phương sai và hồi quy
Biểu đồ Pareto (hình 3.12), biểu diễn hiệu ứng của yếu tố nghiên cứu tác động lên hiệu suất trích ly và
cường độ màu vải sau nhuộm, với các chữ cái A, B đại diện cho các biến mã hoá tương ứng: X1 (nhiệt độ
trích ly), X2 (thời gian trích ly), X3 (tỷ lệ quả mặc nưa/nước). Mức độ tác động của các yếu tố lên quá trình
trích ly được đánh giá thông qua việc phân tích thống kê bộ kết quả thực nghiệm thu được, mà đại diện bằng
các hệ số hồi quy trong 2 phương trình hồi quy với 2 hàm mục tiêu hiệu suất trích ly dịch chiết từ quả mặc
nưa Y1 và cường độ màu trên vải sau nhuộm Y2.

Hình 3.12 Ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau

Các cột trên biểu đồ thể hiện mức độ tác động của các yếu tố tuyến tính, bậc hai và tương tác đồng
thời của cả hai biến. Màu xám chứng tỏ hiệu ứng tương tác lên cường độ màu là hiệu ứng dương tác động
làm tăng hiệu suất trích ly và giảm cường độ màu, còn màu xanh là hiệu ứng âm làm giảm hiệu suất trích ly
và tăng cường độ màu. Giá trị tỷ số F càng lớn và chỉ số P càng nhỏ thì hệ số hồi quy tương ứng của yếu tố
càng có ý nghĩa và ảnh hưởng đáng kể. Dựa vào biểu đồ Pareto hình 3.12 và bảng 3.15 nhận thấy hiệu ứng
của các yếu tố bậc 1 (A, B, C) và hiệu ứng tương tác bậc 2 AA, BB, CC đều đáng kể và được giữ lại do tỷ số
Fisher cao và chỉ số P – mức độ không tin cậy thấp hơn 0.05 (tức mức độ tin cậy  95%). Các hiệu ứng còn
lại không có ý nghĩa và bị loại bỏ vì chỉ số mức độ không tin cậy P cao hơn mức 0.05. Nhìn chung, các yếu
tố đều có ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải theo bậc hai. Trong đó ảnh hưởng của yếu tố
AA (nhiệt độ - nhiệt độ trích ly) là cao nhất tiếp đến là BB (thời gian - thời gian trích ly), B (thời gian trích
ly) và CC (tỷ lệ - tỷ lệ trích ly). Trong số 9 yếu tố được khảo sát thì có 4 yếu tố tác động tích cực làm tăng
hiệu suất trích ly đó là yếu tố A, B, C và AB (nhiệt độ - thời gian trích ly). Còn lại các yếu tố khác đều mang
hiệu ứng âm làm giảm hiệu suất trích ly. Trong khi đó cường độ màu cần tác động âm để đạt cường độ màu
9


nhỏ nhất, nghĩa là tác động âm là tác động tích cực đối với cường độ màu C. Như vậy các yếu tố tác động
tích cực giúp cho cường độ màu đạt cực tiểu là nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly, tỷ lệ trích ly, nhiệt độ-thời

gian trích ly và thời gian-tỷ lệ trích ly. Kết quả tính toán từ phần mềm Stagraphics và ước lượng hệ số hồi
quy của phương trình hồi quy được trình bày trong bảng 3.16. Độ lớn của hệ số thể hiện mức độ ảnh hưởng
của yếu tố lên hàm mục tiêu và dấu của chúng nói lên tính chất của ảnh hưởng, dấu (+) là tác động dương và
dấu (-) là tác động âm.
Yếu tố
Hằng số
A: nhiệt độ
B: thời gian
C: tỷ lệ
AA
AB
AC
BB
BC
CC

Bảng 3.16 Giá trị ước lượng của các hệ số trong phương trình hồi quy
Giá trị hệ số hồi quy
Hệ số hồi quy
Hiệu suất trích ly (Y1)
Cường độ màu (Y2)
b0
-84,5276
55,6839
b1
2,09374
-0,753285
b2
1,16331
-0,588328

b3
105,674
-72,0699
b11
-0,0205574
0,00757462
b12
0,00112833
-0,00352
b13
-0,358838
0,632101
b22
-0,00896555
0,00661315
b23
-0,324275
-0,3374
b33
-130,665
118,556

Xử lý số liệu với phần mềm Stagraphics nhận được phương trình hồi quy theo biến thực (Z) và biến
mã hóa (x) như sau:
Hàm mục tiêu là hiệu suất trích ly:
Y1= –84,5276 + 2,09374Z1 + 1,16331Z2 + 105,674Z3 – 0,02055+74Z12 + 0,00112833Z1Z2 – 0,
358838Z1Z3 – 0,00896555 Z22 – 0, 324275 Z2Z3 – 130,665 Z32
(3.6)
Ŷ1= 18,52183 + 0,202536x1 + 0,999725x2 + 0,5766134x3-2,05575x21 - 0,34175x1x3 - 0,02 x22 0,46325x2x3-0,18517x23
Hàm mục tiêu là cường độ màu:

Y2 = 55,6839 – 0,753285Z1 – 0,588328Z2 – 72,0699Z3 + 0,00757462Z12 – 0,00352Z1Z2 +
0,632101Z1Z3 + 0,00661315Z22 - 0.3374 Z2Z3 + 118,556 Z32
Ŷ2=
8,026715
+2,560731x1-1,55824x2+0,49787x3+1,70429x21-0,792x1x2+0,903x1x3+1,49x220,482x2x3+1,07533x23
Kiểm định sự phù hợp của mô hình bằng chuẩn Fisher và student tα (fth) với phương sai tái hiện S2th:
được tính theo số thí nghiệm lặp ở tâm no= 3 và mức ý nghĩa α = 0,05, bậc tự do tái hiện fth= 3o -1 = 2. Kết
quả kiểm tra ý nghĩa cho biết mức độ tương thích của mô hình được trình bày ở phụ lục 23. Giá trị hệ số xác
định (R2 = 96,7167) chỉ ra rằng có đến 96,7167% sự biến thiên hiệu suất trích ly là do tác động của các biến
độc lập với chỉ 3,2833% là do các yếu tố bên ngoài không giải thích được bởi mô hình với giá trị hệ số tương
quan (d.f. R2 = 92,4953 %). Tương tự kết quả phân tích cho thấy giá trị hệ số xác định (R2 = 96,8526) chỉ ra
rằng có đến 96,8526 % sự biến thiên cường độ màu là do tác động của các biến độc lập với chỉ % là 3,2484%
do các yếu tố bên ngoài không giải thích được bởi mô hình với giá trị hệ số tương quan (d.f. R2 = 92,806 %).
Điều này chứng tỏ mức ý nghĩa của mô hình hai mục tiêu hiệu suất trích ly và cường độ màu là rất cao.
3.3.2.2 Phân tích mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất trích ly quả mặc nưa và cường độ màu vải
tơ tằm sau nhuộm
Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly lên hiệu suất trích ly và cường độ màu của vải: Trong các yếu tố khảo
sát thì nhiệt độ trích ly là yếu tố góp phần thúc đẩy quá trình hòa tan các chất có trong quả mặc nưa và nó có
tác động đồng thời cả hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm, điều này thể hiện rõ ở hình 3.13,
3.14 và 3.15. Cường độ màu giảm theo chiều tăng nhiệt độ và đạt giá trị thấp nhất ở khoảng nhiệt độ 55 oC.
Nhiệt độ mang hiệu ứng tích cực làm giảm cường độ màu đạt màu đậm nhất trong khoảng nhiệt độ trích ly
50÷60 oC. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến cường độ màu dịch chiết thông qua độ lớn và dấu của b1 và
hệ số hồi quy bậc 1. Khi tăng nhiệt độ lên hơn 55 oC thì dịch chiết bão hòa và cường độ màu giảm thể hiện
qua hệ số hồi quy bậc 2 (b11). Ảnh hưởng của biến này có tác động âm đến hiệu suất trích ly và tác động
dương đến cường độ màu vải; nghĩa là tác động tiêu cực đồng thời đến cả hai giá trị hàm mục tiêu.

10


Hình 3.13 Ảnh hưởng của từng yếu tố chính đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải

Ảnh hưởng của thời gian trích ly lên hiệu suất trích ly và cường độ màu vải: Thời gian trích ly có tác
động âm và đáng kể đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải sau nhuộm; tuy nhiên mức độ không cao.
Yếu tố thời gian có ảnh hưởng tuyến tính bậc 2 đến cường độ màu vải thể hiện qua hệ số hồi quy b2 trong
phương trình hồi quy (3.6 và 3.8). Cường độ màu đạt giá trị cực tiểu tại mức nghiên cứu khoảng 60 phút,
đồng thởi tại thời gian này hiệu suất trích ly cũng đạt cực đại; điều này cho thấy đây là khoảng thời gian đủ
để hòa tan hoàn toàn các chất mang màu có trong quả mặc nưa trong quá trình trích ly có lợi cho quá trình
nhuộm vải tơ tằm. Cũng như yếu tố nhiệt độ thì khi thời gian cao hơn 60 phút thì cường độ màu tăng và hiệu
suất trích ly giảm thể hiện qua hệ số hồi quy bậc 2 (b22).

Hình 3.14 Sự tương tác của hai yếu tố đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải

Ảnh hưởng của tỷ lệ trích ly lên hiệu suất trích ly và cường độ màu vải: Kết quả phân tích đã cho thấy
tỷ lệ chiết dịch cũng như nhiệt độ và thời gian đều có ảnh hưởng bậc 2 đến cường độ màu vải sau nhuộm.
Ảnh hưởng của tỷ lệ trích ly mang hiệu ứng dương đã làm tăng hiệu suất trích ly và giảm cường độ màu vải,
kết quả từ phương trình hồi quy (3.6 và 3.8) ứng với giá trị hệ số b3. Trong các mức khảo sát tỷ lệ 1/2÷1/6 thì
cường độ màu vải ban đầu giảm và đạt giá trị cực tiểu ở tâm khảo sát sau đó giảm dần, tương ứng hiệu suất
trích ly lại tang và đạt cực đại tại tâm khảo sát. Điều này là do khi càng tăng tỷ lệ trích ly và cường độ màu
trên vải thì dung môi nước sẽ dư làm pha loãng một số hợp chất mang màu có trong quả mặc nưa làm giảm
khả năng gắn màu trên vải và hiệu suất trích ly cũng giảm theo. Sự tương tác lẫn nhau của các yếu tố khảo
sát (hình 3.14) cho thấy mức độ tác động của các yếu tố khá tương đồng; chỉ có tương tác giữa nhiệt độ trích
ly và thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly (b12) không tác động nhiều đến mô hình; chính vì thế khi kiểm
tra mức độ tương thích giá trị này đã bị loại khỏi phương trình hồi quy.

Hình 3.15 Bề mặt đáp ứng biểu diễn ảnh hưởng tương tác của các yếu tố đến hiệu suất trích ly và cường độ màu vải
trong khoảng biến thiên của ba biến khảo sát

Bề mặt đáp ứng ở hình 3.15 và 3.16 cho thấy mức độ tác động của các yếu tố lên đồng thời hai hàm
mục tiêu hiệu suất trích ly và cường độ màu là khá cao. Điều này khẳng định mức độ tương thích giữa mô
hình và thực nghiệm, cho kết quả đáng tin cậy.

Hình 3.16 Bề mặt đáp ứng của các yếu tố đến cả hai hàm mục tiêu hiệu suất trích ly và cường độ màu

3.3.2.3 Xác định điều kiện tối ưu quá trình trích ly dịch quả mặc nưa
Từ phương trình hồi quy thu được, tiến hành tối ưu hóa điều kiện trích ly dịch từ quả mặc nưa theo
phương pháp bề mặt đáp ứng bằng phần mềm stagraphics. Kết quả nhận được điều kiện tối ưu như sau:
- Giá trị hiệu suất trích ly tối ưu: Y1 = 18,52
- Giá trị cường độ màu tối ưu: Y2 = 7,17
- Nhiệt độ trích ly: 55 oC
- Thời gian trích ly: 60 phút
- Tỷ lệ trích ly: 0,238 (tỷ lệ quả mặc nưa có trong hệ dịch chiết); tương ứng với tỷ lệ rắn/lỏng là 1/3
- Dung môi trích ly: nước
- Phương pháp trích ly: chiết ngâm với tốc độ khuấy 100 vòng/phút
Kết quả cho thấy phần mềm Stagraphics dự đoán gần đúng giá trị hiệu suất trích ly và cường độ màu
vải sau nhuộm cùng với giá trị của ba biến được nghiên cứu cho quá trình trích ly chất màu từ quả mặc nưa
sử dụng trong công nghệ nhuộm tơ tằm.

11


3.4 Kết quả nghiên cứu tối ƣu hóa quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng chất màu trích ly từ vỏ quả măng
cụt có sử dụng H2O2 làm tác nhân oxy hóa
3.4.1 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng quá trình nhuộm dịch chiết từ vỏ quả măng cụt có sử
dụng H2O2 làm tác nhân oxy hóa
Ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm: Từ kết quả được thể hiện trên đồ thị hình 3.17a cho thấy nhiệt độ ảnh
hưởng đến cường độ màu theo hàm bậc hai và khi tăng nhiệt độ thì cường độ màu càng tăng, đồng nghĩa với
màu càng đậm vì dịch chiết măng cụt có màu vàng nâu ánh đỏ thuộc màu hữu sắc nên cường độ màu của vải
càng lớn thì màu càng đậm. Khi tăng nhiệt độ từ 4070 oC thì cường độ màu đạt cao nhất tại 70 oC vì khi
nhiệt độ tăng thì cấu trúc tơ tằm sẽ mở ra, tính linh động của các phần tử mang màu tăng và vượt qua được
rào cản năng lượng hoạt hóa của quá trình nhuộm. Tuy nhiên cường độ màu lại giảm từ giá trị nhiệt độ

70100 oC do ở nhiệt độ quá cao các phân tử thuốc nhuộm chuyển động mạnh và liên kết không bền lên bề
mặt vật liệu do giảm đi ái lực với xơ nên cường độ màu có xu hướng tăng; đồng nghĩa với việc màu nhạt
hơn. Bên cạnh đó nhiệt độ quá cao sẽ không đảm bảo tính mềm mại, tính hút ẩm tốt của vải tơ tằm. Vì vậy
nhiệt độ thích hợp là 70 oC với giá trị cường độ màu đạt được là 24,19.

Hình 3.17 Ảnh hưởng của nhiệt độ (a) và thời gian (b) đến cường độ màu

Hình 3.18 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhuộm (a) và nồng độ H2O2 (b) cường độ màu

Ảnh hưởng của thời gian nhuộm: Tương tự như ảnh hưởng của nhiệt độ, dựa vào đồ thị hình 3.17b khi
tăng thời gian thì cường độ màu của vải sẽ giảm, do thời gian càng tăng thì lượng chất mang màu gắn lên xơ
sợi càng nhiều làm vải đậm màu, tuy nhiên nếu thời gian nhuộm càng kéo dài thì cường độ màu lại có xu
hướng giảm do các chất mang màu trong thuốc nhuộm đã bị oxy hóa thành pigment không có khả năng
nhuộm màu được nữa. Như vậy thời gian nhuộm tối ưu là 80 phút và giá trị cường độ màu cao nhất là 24,73.
Ảnh hưởng của tỷ lệ nhuộm (dịch măng cụt/nước): Kết quả đồ thị hình 3.18a cho thấy khi tỷ lệ dịch
nhuộm thay đổi từ 3/11/1 có nghĩa là khi cố định lượng nước và tăng dần lượng dịch chiết vỏ quả măng cụt
thì cường độ màu tăng dần sau đó lại giảm khi giảm lượng dịch chiết vỏ quả măng cụt từ 1/11/5. Điều này
có thể giải thích, khi lượng chất mang màu cân bằng với các phân tử tạo liên kết với trong xơ sợi thì lúc đó
cường độ màu sẽ đạt cao nhất tương ứng với màu đậm nhất nên chọn giá trị tỷ lệ nhuộm dịch/ nước là 1/1 tốt
nhất ở giá trị cường độ màu 26,35.
Ảnh hưởng của tác nhân oxy hóa H2O2: Dựa vào đồ thị hình 3.18b, khi tăng nồng độ H2O2 từ 18 g/l
thì cường độ màu tăng đến giá trị cao nhất 22,92 ở nồng độ 3 g/l, sau đó cường độ màu lại tăng lên rất ít từ
nồng độ 58g/l, có thể giải thích điều này là do khi tăng lượng chất oxy hóa thì chất mang màu sẽ bị oxy hóa
thành gốc tự do tăng khả năng phản ứng gắn màu với xơ sợi nên cường độ màu tăng tức là màu đậm dần,
nhưng tiếp tục tăng nồng độ H2O2 thì cường độ màu lại có xu hướng giảm có nghĩa là màu nhạt hơn do chất
oxy hóa đã oxy hóa mạnh các phần tử mang màu thành pigment không còn khả năng gắn màu lên vật liệu.
3.4.2 Kết quả tối ƣu hóa quá trình nhuộm dịch chiết từ vỏ quả măng cụt có sử dụng H2O2 tác nhân oxy
hóa
3.4.2.1 Ma trận thực nghiệm
Căn cứ vào kết quả khảo sát đơn yếu tố đã trình bày ở trên, lập mô hình thí nghiệm với phạm vi và các

mức nghiên cứu ở bảng 3.18.
Biến nghiên cứu
Tỷ lệ dịch nhuộm
(Z1)
Thời gian (Z2)
Nhiệt độ (Z3)
H2O2 (Z4)

Bảng 3.18 Phạm vi và các mức nghiên cứu của bốn biến được chọn
Mức nghiên cứu
Biến mã hóa
Đơn vị
-1
0
1
% khối lượng dịch chiết măng
X1
34
50
66
cụt/dung dịch nhuộm
X2
Phút
40
65
90
o
X3
C
50

65
80
X4
g/l
2
4
6

12


Giữa các biến mã hóa (Xi) và các giá trị biến thật (Zi) đã chọn để nghiên cứu ở các mức nghiên cứu
khác nhau được liên hệ với nhau qua hệ thức (3.1). Với phương án trực giao, giá trị cánh tay đòn α của ma
trận được xác định theo công thức:
√√

√√

Các mức nghiên cứu đầy đủ của bốn biến theo ma trận khảo sát nhận được như sau:
Thí
nghiệm

Số thí
nghiệm
nhân
phương
án 2k

Số thí
nghiệm

ở điểm
(*) 2.k

Số thí
nghiệm
ở tâm no

STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

23
24
25
26
27

X1

Bảng 3.20 Bảng ma trận mã hóa của bốn biến được chọn
Biến số mã hóa
Biến số thực
X2
X3
X4
Z1
Z2
Z3

Z4

-1

-1

-1

-1

34

40

50

2

1
-1
1
-1
1
-1

-1
1
1
-1
-1
1

-1
-1
-1
1
1
1

-1
-1
-1

-1
-1
-1

66
34
66
34
66
34

40
90
90
40
40
90

50
50
50
80
80
80

2
2
2
2
2

2

1
-1

1
-1

1
-1

-1
1

66
34

90
40

80
50

2
6

1
-1
1
-1

-1
1
1
-1

-1
-1
-1
1

1
1
1
1

66
34
66
34

40
90
90
40

50
50
50
80

6
6
6
6

1

-1

1

1

66

40

80

6

-1
1
-1,547
1,547
0
0
0

1
1
0
0
-1,547
1,547
0

1
1
0
0
0
0
-1,547

1
1
0
0
0
0
0

90
90
65
65
26,3323
103,668

65

80
80
65
65
65
65
41,7994

6
6
4
4
4
4
4

0

0

1,547

0

34
66
25,248
74,752

50
50
50
50

65

88,2006

4

50

65
65

65
65

0,90659
7,09342

65
65
65

65
65
65

4
4
4

0
0

0
0

0
0

-1,547
1,547

0
0
0

0
0
0

0
0
0

0
0

0

50
50
50
50

3.4.2.2 Cường độ màu của vải tơ tằm sau nhuộm từ ma trận thực nghiệm
Kết quả đo cường độ màu của vải sau nhuộm theo kế hoạch thực nghiệm được tiến hành theo ma trận
phức hợp tâm trực giao cấp 2 được trình bày ở bảng 3.21.
Bảng 3.21 Kết quả cường độ màu của vải tơ tằm sau nhuộm thu được từ ma trận trực giao cấp 2
Biến số thực
Cường độ màu
Thí nghiệm
STT
C*
Z1
Z2
Z3
Z4
1
34
40
50
2
17,23
2
66
40
50

2
19,65
3
34
90
50
2
17,86
4
66
90
50
2
19,78
5
34
40
80
2
18,48
6
66
40
80
2
20,01
Số thí nghiệm
7
34
90

80
2
19,67
nhân phương
8
66
90
80
2
21,84
k
án 2
9
34
40
50
6
17,29
10
66
40
50
6
20,89
11
34
90
50
6
19,86

12
66
90
50
6
21,49
13
34
40
80
6
18,84
14
66
40
80
6
22,28
13


Số thí nghiệm
ở điểm (*)
2.k

Số thí nghiệm
ở tâm no

15
16

17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

34
66
25,248
74,752
50
50
50
50
50
50
50
50
50

90
90
65
65

26,3323
103,668
65
65
65
65
65
65
65

80
80
65
65
65
65
41,7994
88,2006
65
65
65
65
65

6
6
4
4
4
4

4
4
0,90659
7,09342
4
4
4

19,07
21,59
21,92
23,87
21,3
22,88
22,05
22,46
24,05
24,1
25,74
25,69
25,12

Từ kết quả cường độ màu thực nghiệm thu được, với sự hỗ trợ của phần mềm thống kê Stagraphics
Centurion XV.II, tiến hành thống kê phân tích tương quan và hồi quy để xác định phương trình hồi quy của
quá trình, kiểm định sự phù hợp mô hình toán thu được để tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình nhuộm vải tơ
tằm bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt. Sau đó tiến hành phân tích, đánh giá ảnh hưởng của các biến nghiên
cứu đến cường độ màu của vải sau nhuộm.
3.4.2.3 Phân tích phương sai và hồi quy
Biểu đồ Parato biểu diễn hiệu ứng của yếu tố nghiên cứu tác động lên cường độ màu của vải sau
nhuộm, các chữ cái A, B, C, D đại diện cho các biến mã hóa tương ứng: X1 (tỷ lệ dịch nhuộm), X2 (thời

gian), X3 (nhiệt độ), X4 (nồng độ tác nhân oxy hóa H2O2). Mức độ tác động của các yếu tố lên quá trình
nhuộm vải tơ tằm bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt được đánh giá thông qua việc phân tích thống kê bộ
kết quả thực nghiệm thu được.

Hình 3.19 Hiệu ứng của các yếu tố tác động lên hàm mục tiêu cường độ màu của vải tơ tằm

Các cột trên biểu đồ thể hiện mức độ tác động của các yếu tố tuyến tính, bậc hai và tương tác đồng
thời của hai biến. Màu xám thể hiện tác động tích cực lên cường độ màu (làm tăng cường độ màu) của các
biến, còn màu xanh là hiệu ứng âm làm giảm cường độ màu của vải (tác động tiêu cực). Mức độ ảnh hưởng
của các yếu tố bậc 2 đối với cường độ màu của vải tơ tằm được xếp theo thứ tự sau: nhiệt độ nhuộm, thời
gian nhuộm, tỷ lệ dịch chiết, H2O2. Như vậy tác động bậc 2 của nhiệt độ vẫn cao nhất, và tất cả các tác động
bậc 2 của các yếu tố đều là tác động dương. Giá trị tỷ số F càng lớn và chỉ số P càng nhỏ thì hệ số hồi quy
tương ứng của yếu tố càng có ý nghĩa và ảnh hưởng đáng kể. Xử lý số liệu với phần mềm Stagraphics
Centurion XV.II cho phương trình hồi quy sau theo biến thực (Z) và biến mã hóa (x) như sau:
Y= –47,3222 + 0,609148Z1 + 0,441814Z2 + 1,09374 Z3 + 2,42519Z4 – 0,00543251Z12–0,000412541Z1Z2 +
0,0000225023 Z1Z3 + 0,00590684 Z1Z4 – 0,00287Z22 – 0,00022833 Z2Z3 – 0,0013375 Z2Z4 – 0,00789449Z32
– 0,00672917Z3Z4 – 0,253871Z42
Ŷ = 27,43 + 1.0703 x1 + 0.43 x2 + 0.402x3 + 0.33x4 – 1,89x12 –2.23x22 - 2.16x32 –1.4.x42

Hình 3.20 Biểu đồ thể hiện dạng tác động bậc hai của các yếu tố đến cường độ màu của vải tơ tằm

Giá trị hệ số xác định (R2 = 96,494 %) chỉ ra rằng có đến 96,494 % sự biến thiên cường độ màu của
mẫu là do tác động của các biến độc lập X1, X2, X3, X4 được khảo sát và chỉ 3,506% trong tổng sự biến đổi là
do yếu tố bên ngoài. Tối ưu hóa thí nghiệm 4 yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng dịch
chiết măng cụt bắt đầu từ điểm không với mức cơ sở: Z1= 50 (tương ứng tỷ lệ dịch chiết măng cụt/nước là
1/1), Z2= 65 phút, Z3= 65 oC, Z4= 4 g/l.
3.4.2.4 Xác định điều kiện tối ưu quá trình nhuộm có sự hỗ trợ của H2O2
Sử dụng phần mềm Satgraphics Centurion XV.II để tối ưu và tìm được đơn công nghệ nhuộm tối ưu
được kết quả điều kiện nhuộm tối ưu như sau: thời gian nhuộm 68 phút; nhiệt độ nhuộm 67 oC; H2O2 4 g/l;
Số lần nhuộm 1 lần và đạt ường độ màu tối ưu 26,29. Từ kết quả cho thấy, mô hình hoàn toàn tương thích,

14


cho kết quả đáng tin cậy. Tuy nhiên giá trị lớn nhất của cường độ màu không chỉ nằm tại điểm này mà là một
vùng lân cận xung quanh điểm tối ưu.
3.4.3 Điều khiển quy trình nhuộm dƣới sự tác động của các tác nhân xử lý sau nhuộm
Xử lý vải sau nhuộm với dịch chiết từ vỏ quả măng cụt bằng cách tạo phản ứng oxy hóa nhân tạo với 3
tác nhân là ánh sáng tự nhiên, ánh sáng nhân tạo (đèn soi mẫu phòng thí nghiệm) và tác nhân nhiệt (sấy ở
nhiệt độ 60 oC). Quy trình xử lý như sau: Mỗi ngày phơi vải tơ tằm đã nhuộm với dịch chiết vỏ quả măng cụt
tối ưu theo đơn công nghệ tối ưu có H2O2 và không có H2O2 trong 2 giờ với 3 tác nhân ánh sáng tự nhiên,
ánh sáng nhân tạo và nhiệt độ. Khảo sát cùng thời điểm trong ngày từ 9g đến 11g sáng và xử lý liên tục trong
6 ngày. Kết quả giá trị cường độ màu (C) và ánh màu (H) nhận được ở bảng 3.22.
Bảng 3.22 Kết quả cường độ màu của vải tơ tằm sau nhuộm đã xử lý với ánh sáng tự nhiên, ánh sáng đèn và sấy
Không có H2O2
Có H2O2
Ánh sáng tự
Ánh sáng đèn
Sấy
Ánh sáng tự
Ánh sáng đèn
Sấy
nhiên
nhiên
C
H
C
H
C
H
C

H
C
H
C
H
2
26,93
27,14
22,93 25,14 19,93 20,24
22
21,65
18,5
18,18
16,78 16,14

Thời
gian
(giờ)

4

27,06

28,15

23,06

24,15

20,06

20,21

22,7

22,94

19,1

19,16

17,99

15,85

6

27,41

28,33

23,41

24,16

20,41

20,76

19,43

18,08

15,92

29,76
28,18

23,96
22,87

26,17
24,18

20,96

20,54

20,7

18,93

10

29,56
28,87

21,17
21,65

19,9

8

22,48
22,30
22,26

22,09

27,65

28,34

22,65

24,19

20,24
20,98

22,08

21,78

20,8
20,6

18,02
18,08

16,11
16,03

12

21,87
21,65

19,77
19,67
18,68

16,31

Kết quả cho thấy tác động của ánh sáng tự nhiên đạt cường độ màu cao nhất, nghĩa là màu đậm nhất
khi xử lý với ánh sáng tự nhiên trong 10 giờ, đạt Cmax=29,56 có ánh màu sau H=29,76. Tương tự, với ánh
sáng đèn, cường độ thấp nhất sau thời gian 12 giờ xử lý, tuy nhiên cường độ màu cao hơn khi xử lý với ánh
sáng tự nhiên. Với tác nhân sấy, cần xử lý trong 10 giờ mới đạt cường độ màu cực đại mong muốn. Từ kết
quả thực nghiệm nhận thấy sự tác động của tác nhân oxy hóa H2O2 lên màu của măng cụt rất lớn, đạt các chỉ
tiêu về độ bền cấp 4-5; đặc biệt độ bền ánh sáng cũng đạt được cấp 4/5.
Với kết quả trên có thể đề xuất một quy trình nhuộm với đơn công nghệ mới có sự hỗ trợ của tác nhân
oxy hóa là H2O2; đồng thời đề xuất quy trình nhuộm và xử lý sau nhuộm hoàn toàn thân thiện, không có sự
hỗ trợ của chất trợ nhuộm hay chất điện ly. Đó là sự tác động của 3 tác nhân ánh sáng tự nhiên, sấy và cả ánh
sáng đèn; mỗi loại tác nhân sẽ tương ứng với một mức thời gian xử lý khác nhau nếu muốn có ánh màu đa
dạng. Như vậy cùng một đơn công nghệ có sự hỗ trợ của tác nhân oxy hóa H2O2, muốn màu đậm hơn nên sử
dụng nguồn ánh sáng mặt trời, muốn màu trung bình nên sử dụng ánh sáng đèn và muốn màu nhạt hơn có
ánh nhạt hơn nên chọn tác nhân nhiệt độ. Tuy nhiên, tất cả màu sắc đạt được đều đảm bảo chỉ tiêu về độ bền
màu của vật liệu dệt.
3.5 Kết quả nghiên cứu tối ƣu hóa quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng chất màu trích ly từ quả mặc nƣa

có sử dụng H2O2 làm tác nhân oxy hóa
3.5.1 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng quá trình nhuộm dịch chiết từ quả mặc nƣa có sử dụng
tác nhân oxy hóa H2O2 làm tác nhân oxy hóa

Hình 3.21 Ảnh hưởng của nhiệt độ (a) và thời gian (b) đến cường độ màu

Hình 3.22 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhuộm (a) và nồng độ H2O2 (b) cường độ màu

Ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm: Từ kết quả được thể hiện trên đồ thị hình 3.21a cho thấy nhiệt độ ảnh
hưởng đến cường độ màu theo hàm bậc hai và khi tăng nhiệt độ thì cường độ màu càng giảm, đồng nghĩa với
màu càng đậm. Vì theo thuyết mang màu thì với màu hữu sắc cường độ màu càng cao thì màu càng đậm và
15


với màu vô sắc thì ngược lại. Như vậy, vải tơ tằm nhuộm bằng dịch chiết từ quả mặc nưa có màu đen thuộc
hệ màu vô sắc nên cường độ màu của vải càng nhỏ thì màu càng đậm. Khi tăng nhiệt độ từ 4090 oC thì
cường độ màu đạt thấp nhất tại 60 oC tại cường độ màu cực tiểu 4,524. Điều này có thể giải thích là do khi
nhiệt độ tăng cấu trúc tơ tằm sẽ mở ra, tính linh động của các phần tử mang màu tăng sẽ vượt qua được rào
cản năng lượng hoạt hóa của quá trình nhuộm và tham gia phản ứng gắn màu với vải tơ tằm. Tuy nhiên
cường độ màu lại tăng từ giá trị nhiệt độ 7090 oC do ở nhiệt độ quá cao các phân tử thuốc nhuộm chuyển
động mạnh và liên kết không bền lên bề mặt vật liệu do giảm đi ái lực với xơ nên cường độ màu có xu hướng
tăng đồng nghĩa với việc màu nhạt hơn. Bên cạnh đó nhiệt độ quá cao sẽ không đảm bảo tính mềm mại, tính
hút ẩm tốt của vải nên nhiệt độ thích hợp được chọn là 60 oC.
Ảnh hưởng của thời gian nhuộm: Tương tự như ảnh hưởng của nhiệt độ, dựa vào đồ thị hình 3.21b khi
tăng thời gian thì cường độ màu của vải sẽ giảm, do thời gian càng tăng thì lượng chất mang màu gắn lên xơ
sợi càng nhiều làm vải đậm màu. Tuy nhiên nếu thời gian nhuộm càng kéo dài thì cường độ màu lại có xu
hướng tăng do thời gian tăng các chất mang màu trong thuốc nhuộm đã bị oxy hóa thành pigment không có
khả năng nhuộm màu được nữa. Như vậy thời gian nhuộm tối ưu là 60 phút vì giá trị cường độ màu của vải
tại thời điểm này thấp nhất 4,752 và đạt màu đen nhất.
Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch nhuộm (dịch chiết mặc nưa/nước): Dựa vào đồ thị hình 3.22a khi tỷ lệ dịch

nhuộm thay đổi từ 1/31/8 có nghĩa là khi cố định lượng dịch chiết quả mặc nưa và tăng dần lượng nước thì
cường độ màu giảm dần sau đó lại tăng lên, điều này có thể giải thích là do khi lượng chất mang màu cân
bằng với các phân tử tạo liên kết với chất mang màu trong xơ sợi thì lúc đó cường độ màu sẽ đạt thấp nhất
tương ứng với màu đậm nhất nên chọn giá trị tỷ lệ trích ly1/5 là giá trị tốt nhất cho quá trình nhuộm tại giá trị
cường độ màu là 3,967.
Ảnh hưởng của nồng độ H2O2: Dựa vào đồ thị hình 3.22b khi tăng nồng độ H2O2 từ 17 g/l thì cường
độ màu giảm đến giá trị thấp nhất 3,684 ở nồng độ 4 g/l, sau đó cường độ màu lại tăng lên rất ít từ nồng độ
57g/l. Điều này có thể giải thích do khi tăng lượng chất oxy hóa thì chất mang màu sẽ bị oxy hóa thành gốc
tự do tăng khả năng phản ứng gắn màu với xơ sợi nên cường độ màu giảm tức là màu đậm dần. Nhưng tiếp
tục tăng nồng độ H2O2 thì cường độ màu lại có xu hướng tăng có nghĩa là màu nhạt hơn do chất oxy hóa đã
oxy hóa mạnh các phần tử mang màu thành pigment không còn khả năng gắn màu lên vật liệu.
3.5.2 Kết quả tối ƣu hóa quá trình nhuộm dịch chiết từ quả mặc nƣa có sử dụng tác nhân oxy hóa
H2O2 làm tác nhân oxy hóa
3.5.2.1 Ma trận thực nghiệm
Dựa vào kết quả khảo sát đơn yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm đã trình bày ở trên, lập mô hình
thí nghiệm trong quy hoạch thực nghiệm với mô hình thực nghiệm đã lựa chọn với phạm vi và các mức
nghiên cứu ở bảng 3.23.
Biến nghiên cứu
Nhiệt độ
Thời gian
Tỷ lệ dịch nhuộm
H2O2

Bảng 3.23 Phạm vi và các mức nghiên cứu của bốn biến được chọn
Mức nghiên cứu
Biến mã hóa
Đơn vị
-1
0
o

X1
C
50
60
X2
Phút
50
60
Dịch mặc nưa/hệ dịch
X3
0,15
0,2
nhuộm
X4
g/l
3
4

1
70
70
0,25
5

Giữa các biến mã hóa (Xi) và các giá trị biến thật (Zi) đã chọn để nghiên cứu ở các mức nghiên cứu
khác nhau được liên hệ với nhau qua hệ thức (3.1). Với phương án trực giao, giá trị cánh tay đòn α của ma
trận được xác định theo công thức:
√√

√√

Các mức nghiên cứu đầy đủ của bốn biến theo ma trận khảo sát nhận được như sau:
Bảng 3.25 Bảng ma trận mã hóa của bốn biến được chọn
Thí nghiệm
Số thí
nghiệm
nhân
phương án
2k

Biến số mã hóa

Biến số thực

STT
1
2
3
4
5
6

X1

X2

X3

X4

Z1

Z2

Z3

Z4

-1
1
-1
1
-1
1

-1
-1
1
1
-1
-1

-1
-1
-1
-1
1
1

-1

-1
-1
-1
-1
-1

50
70
50
70
50
70

50
50
70
70
50
50

0,15
0,15
0,15
0,15
0,250
0,250

3
3
3

3
3
3

16


7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

Số thí

nghiệm ở
điểm (*)
2.k

Số thí
nghiệm ở
tâm no

-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1,547
1,547
0
0
0
0
0
0
0
0
0

1
1
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
0
0
-1,547
1,547
0
0
0
0
0
0
0

1
1
-1
-1
-1
-1
1
1

1
1
0
0
0
0
-1,547
1,547
0
0
0
0
0

-1
-1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0

-1,547
1,547
0
0
0

50
70
50
70
50
70
50
70
50
70
44,53
75,47
60
60
60
60
60
60
60
60
60

70
70

50
50
70
70
50
50
70
70
60
60
44,533
75,467
60
60
60
60
60
60
60

0,250
0,250
0,15
0,15
0,15
0,15
0,250
0,250
0,250
0,250

0,208
0,208
0,208
0,208
0,123
0,273
0,208
0,208
0,208
0,208
0,208

3
3
5
5
5
5
5
5
5
5
4
4
4
4
4
4
2,453
5,547

4
4
4

3.5.2.2 Cường độ màu của vải tơ tằm sau nhuộm từ ma trận thực nghiệm
Kết quả đo cường độ màu của vải sau nhuộm theo kế hoạch thực nghiệm được tiến hành theo ma trận
phức hợp tâm trực giao cấp 2 được trình bày ở bảng 3.26.
Bảng 3.26 Kết quả cường độ màu của vải tơ tằm sau nhuộm thu được từ ma trận trực giao cấp 2
Thí nghiệm

Số thí
nghiệm nhân
phương án 2k

Số thí
nghiệm ở
điểm (*) 2.k

Số thí
nghiệm ở
tâm no

Biến số thực

STT
1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

Z1
50
70
50
70
50
70

50
70
50
70
50
70
50
70
50
70
44,533
75,467
60
60
60
60
60
60
60
60
60

Z2
50
50
70
70
50
50
70

70
50
50
70
70
50
50
70
70
60
60
44,533
75,467
60
60
60
60
60
60
60

Z3
0,167
0,167
0,167
0,167
0,250
0,250
0,250
0,250

0,167
0,167
0,167
0,167
0,250
0,250
0,250
0,250
0,208
0,208
0,208
0,208
0,144
0,273
0,208
0,208
0,208
0,208
0,208

Z4
3
3
3
3
3
3
3
3
5

5
5
5
5
5
5
5
4
4
4
4
4
4
2,453
5,547
4
4
4

Cường độ màu
C*
4,6338
4,3571
4,5789
4,3541
4,4626
4,304
4,696
3,9996
4,4231

4,6291
4,5727
3,9963
4,2638
3,9263
3,9985
3,6786
3,9709
3,7952
3,8721
3,746
3,8434
3,6832
3,5961
3,6542
3,2108
3,3543
3,2753

Từ kết quả cường độ màu thực nghiệm thu được, với sự hỗ trợ của phần mềm thống kê Stagraphics
Centurion XV.II, tiến hành thống kê phân tích tương quan và hồi quy để xác định phương trình hồi quy của
quá trình, kiểm định sự phù hợp mô hình toán thu được để tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình nhuộm vải tơ
17


tằm bằng dịch chiết từ quả mặc nưa. Sau đó tiến hành phân tích, đánh giá ảnh hưởng của các biến nghiên cứu
đến cường độ màu của vải sau nhuộm.
3.5.2.3 Phân tích phương sai và hồi quy
Biểu đồ Parato biểu diễn hiệu ứng của yếu tố nghiên cứu tác động lên cường độ màu của vải sau
nhuộm, các chữ cái A, B, C, D đại diện cho các biến mã hóa tương ứng: X1 (nhiệt độ), X2 (thời gian), X3 (tỷ

lệ dịch), X4 (tác nhân oxy hóa H2O2). Mức độ tác động của các yếu tố lên quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng
dịch chiết từ quả mặc nưa được đánh giá thông qua việc phân tích thống kê bộ kết quả thực nghiệm thu được.
Standardiz ed Pareto Chart for Cuong do mau

AA
BB
CC
DD
A:Nhiet do
C:Ty le
D:H2O2
CD
AB
B:Thoi gian
BD
AC
AD
BC

+
-

0

2

4

6

8

Standardiz ed effec t

Hình 3.23 Biểu đồ Pareto biểu diễn hiệu ứng của các yếu tố tác động lên hàm mục tiêu cường độ màu

Các cột trên biểu đồ thể hiện mức độ tác động của các yếu tố tuyến tính, bậc hai và tương tác đồng
thời của hai biến. Màu xám thể hiện tác động tích cực lên cường độ màu (làm tăng cường độ màu) của các
biến, còn màu xanh là hiệu ứng âm làm giảm cường độ màu của vải (tác động tiêu cực). Mức độ ảnh hưởng
của các yếu tố bậc 2 đối với cường độ màu của vải tơ tằm được xếp theo thứ tự sau: nhiệt độ nhuộm, thời
gian nhuộm, tỷ lệ dịch chiết, H2O2. Như vậy tác động bậc 2 của nhiệt độ vẫn cao nhất, và tất cả các tác động
bậc 2 của các yếu tố đều là tác động dương. Giá trị tỷ số F càng lớn và chỉ số P càng nhỏ thì hệ số hồi quy
tương ứng của yếu tố càng có ý nghĩa và ảnh hưởng đáng kể.
Main Effects Plot for Cuong do mau
3.7

Cuong do m au

3.6
3.5
3.4
3.3
3.2
3.1
Nhiet do

Ty le
Thoi gian

H2O2

Hình 3.24 Biểu đồ thể hiện dạng tác động bậc hai của các yếu tố đến cường độ màu của vải tơ tằm

Xử lý số liệu với phần mềm Stagraphics Centurion XV.II cho phương trình hồi quy sau theo biến thực
(Z) và biến mã hóa (x):
Y= 30,62 – 0,336.Z1 – 53,341.Z3 – 1,163.Z4 + 0,0032.Z12 – 0,00078.Z1Z2 + 0,00287.Z22 –
154,496.Z32 – 1,939.Z3Z4+ 0,210.Z42
Y= 2,975 – 0,128.x1 – 0,119.x3 – 0,087.x4 + 0,380.x12 – 0,078.x1x2 + 0,349.x22 + 0,303.x32 – 0,081.x3x4
+ 0,272.x42
Giá trị hệ số xác định (R2 = 92,9896 %) chỉ ra rằng có đến 92,9896 % sự biến thiên cường độ màu của
mẫu là do tác động của các biến độc lập X1, X2, X3, X4 được khảo sát và chỉ 7,0104 % trong tổng sự biến đổi
là do yếu tố bên ngoài. Tối ưu hóa thí nghiệm 4 yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng dịch
chiết mặc nưa bắt đầu từ điểm không với mức cơ sở: Z1= 60 oC, Z2= 60 phút, Z3= 0,2 (tương ứng tỷ lệ dịch
chiết mặc nưa/nước là 1/5), Z4= 4 g/l.
3.5.2.4 Xác định điều kiện tối ưu quá trình nhuộm có sự hỗ trợ của H2O2
Sử dụng phần mềm Satgraphics Centurion XV.II để tối ưu và tìm được đơn công nghệ nhuộm tối ưu
được kết quả điều kiện nhuộm tối ưu nhận được như sau: nhiệt độ nhuộm 62 oC; thời gian nhuộm 62 phút; tỷ
lệ dịch nhuộm (dịch mặc nưa/nước) 1/5; nồng độ H2O2 4 g/l và nhuộm lặp lại 3 lần để đạt màu đen tuyền. Từ
kết quả cho thấy, mô hình hoàn toàn tương thích, cho kết quả đáng tin cậy. Tuy nhiên giá trị lớn nhất của
cường độ màu không chỉ nằm tại điểm này mà là một vùng lân cận xung quanh điểm tối ưu, giá trị cường độ
màu cực tiểu sau 3 lần nhuộm đạt mà đậm nhất tại Cmin= 3.36.
3.5.3 Điều khiển quy trình nhuộm dƣới sự tác động của các tác nhân xử lý sau nhuộm
Xử lý vải sau nhuộm với dịch chiết từ quả mặc nưa bằng cách tạo phản ứng oxy hóa nhân tạo với 3 tác
nhân là ánh sáng tự nhiên, ánh sáng nhân tạo (đèn soi mẫu phòng thí nghiệm) và tác nhân nhiệt (sấy ở nhiệt
độ 60 oC). Quy trình xử lý như sau: Mỗi ngày phơi vải tơ tằm đã nhuộm với dịch chiết mặc nưa tối ưu theo
đơn công nghệ tối ưu có H2O2 và không có H2O2 trong 2 giờ với 3 tác nhân ánh sáng tự nhiên, ánh sáng nhân
tạo và nhiệt độ, khảo sát cùng thời điểm trong ngày từ 9g đến 11g sáng, xử lý liên tục trong 6 ngày. Kết quả
giá trị cường độ màu (C) và ánh màu (H) nhận được ở bảng 3.27.

18

Bảng 3.27 Kết quả cường độ màu của vải tơ tằm sau nhuộm đã xử lý với ánh sáng tự nhiên, ánh sáng đèn và sấy
Có H2O2
Không có H2O2
Thời
gian
Ánh sáng tự
Ánh sáng đèn
Sấy
Ánh sáng tự
Ánh sáng đèn
Sấy
(giờ)
nhiên
nhiên
C
H
C
H
C
H
C
H
C
H
C
H
2
5,55 1,12

4,98
1,22
5,43
1,22
15,58 1,16 13,15 1,09
9,85
1,19
4
5,53 1,11
5,66
1,12
5,44
1,33
15,32 1,13 12,84 1,09 11,92
1,17
6
5,52 1,19
5,40
1,11
5,53
1,29
14,18
1,1
15,52 1,11 10,07
1,20
8
4,16
1,2
5,57
1,42

4,78
1,42
14,32 1,11 11,57 1,17
7,72
1,35
10
5,52
1,55
1,17
2,99 1,16
4,62
1,23
12,54 1,12 10,80 1,19 11,57
12
3,21 1,05
4,66
1,32
13,15 1,06
8,80
1,44
4,82
1,36
9,74
1,17

Kết quả cho thấy tác động của ánh sáng tự nhiên đạt cường độ màu thấp nhất, nghĩa là màu đậm nhất
khi xử lý với ánh sáng tự nhiên trong 10 giờ, đạt Cmin=2,99 có ánh màu sau H=1,2. Tương tự, với ánh sáng
đèn, cường độ thấp nhất sau thời gian 12 giờ xử lý, tuy nhiên cường độ màu cao hơn khi xử lý với ánh sáng
tự nhiên. Với tác nhân sấy, cần xử lý trong 10 giờ mới đạt cường độ màu cực tiểu mong muốn. Từ kết quả
thực nghiệm nhận thấy sự tác động của tác nhân oxy hóa H2O2 lên màu của mặc nưa rất nhiều, đạt các chỉ

tiêu về độ bền cấp 4-5; đặc biệt độ bền ánh sáng cũng đạt được cấp 4/5. Với kết quả trên có thể đề xuất một
quy trình nhuộm với đơn công nghệ mới có sự hỗ trợ của tác nhân oxy hóa là H2O2; đồng thời đề xuất quy
trình nhuộm và hoàn tất hoàn toàn thân thiện và không có sự hỗ trợ của chất trợ nhuộm hay chất điện ly. Đó
là có sự tác động của 3 tác nhân ánh sáng tự nhiên, sấy và cả ánh sáng đèn; mỗi loại tác nhân sẽ tương ứng
với một mức thời gian xử lý khác nhau nếu muốn có ánh màu đa dạng. Như vậy cùng một đơn công nghệ có
sự hỗ trợ của tác nhân oxy hóa H2O2, muốn màu đậm hơn nên sử dụng nguồn ánh sáng mặt trời, muốn màu
trung bình nên sử dụng ánh sáng đèn và muốn màu nhạt hơn và có ánh nâu hơn nên chọn tác nhân nhiệt độ.
Tuy nhiên, tất cả màu sắc đạt được đều đảm bảo chỉ tiêu về độ bền màu của vật liệu dệt.
3.6 Kết quả phân tích dịch chiết và sản phẩm nhuộm
3.6.1 Kết quả phân tích các chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt
3.6.1.1 Kết quả phân tích dịch chiết và vải tơ tằm bằng phổ FT-IR
Kết quả phổ FT-IR nhận thấy sự xuất hiện phổ hấp thụ dao động hoá trị -OH, C  C; C = O,…chẳng
hạn, với peak có bước sóng 3332,08 cm-1 chứng tỏ sự có mặt của nhóm –OH trong poly phenol; 1635,24 cm-1
chứng tỏ sự có mặt của nhóm –C=O; hay tại vị trí 1445,81 cm-1 đặc trưng cho liên kết C=C của vòng thơm;
1284,43 cm-1 đặc trưng cho nhóm liên kết C–O–C; 1085,58 cm-1 và 1044,48 cm-1 đặc trưng cho liên kết C–O
của các polyancol như hydroxyl flavonoid, hydroxyl xanthone… hoàn toàn phù hợp với các nhóm liên kết
trong thành phần măng cụt ở các nghiên cứu trước đây [4,89,114]. Mặt khác, dịch chiết sau nhuộm so với
dịch trước nhuộm không thay đổi nhiều, tuy nhiên có sự thay đổi khá rõ rệt ở các peak đặc trưng cho các
nhóm mang màu (2102 cm-1; 1284; 1085; 1044 cm-1…).

Hình 3.28 Phổ FT-IR của dịch trích ly từ vỏ quả măng cụt trước và sau nhuộm

Hình 3.29 Phổ FT – IR của vải tơ tằm trước và sau nhuộm bằng chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt

Mặt khác, kết quả phổ FT- IR của vải tơ tằm sau nhuộm cũng có sự xuất hiện rất nhiều các vân hấp thụ
đặc trưng cho các nhóm chức như –OH, C=O cũng như C=C, C-O và C-N…cũng thấy sự xuất hiện rõ của
vân hấp thụ đặc trưng cho axit cacborxylic tương ứng với dao động hoá trị của nhóm –OH (3293,96 3079,7;
2977,99; 2933,96; 2877,12 cm-1). Ngoài ra còn có vân hấp thụ trong khoảng 1800÷1600 cm-1(1714,09 và
1630,27 cm-1) cho thấy có thể có nhóm chức C = O, C=C hoặc C=N, và các vân hấp thụ ở các khoảng khác
từ 1400÷600 cm-1. Sự biến mất của các peak đặc trưng cho các nhóm mang màu ở phổ FT- IR và sự xuất

hiện của chúng trên vải tơ tằm sau nhuộm bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt chứng tỏ rằng các nhóm này
đã tham gia phản ứng tạo liên kết với vải tơ tằm.
3.6.1.2 Kết quả phân tích dịch chiết bằng phổ MS và LC-MS
Kết quả phổ MS và LC-MS của dịch trích ly từ vỏ quả măng cụt tối ưu có thể nhận thấy có sự xuất
hiện của rất nhiều thành phần mang màu có trong dịch chiết trước nhuộm như -mangostin; -mangostin; mangostin (M=409,3 g/mol), Acid galic (M=169,3 g/mol), Garnin (M = 396,45 g/mol), 3-isomangostin
19


(M=409,3 g/mol), cyanidin (M=288,4 g/mol), Xanthone (M=196,9g/mol)... Phổ MS của dịch chiết sau
nhuộm lại mất đi phổ của một số hợp chất như -mangostin, -mangostin, -mangostin, acid galic, 3isomangostin và thay vào đó là một số hợp chất mới xuất hiện…điều này chứng tỏ các chất này đã thực hiện
liên kết gắn màu lên vải; đồng thời có nhiều phản ứng oxy hóa tạo ra nhiều chất mới song song với phản ứng
gắn màu trên vải tơ tằm trong quá trình nhuộm.

Hình 3.30 Phổ MS và phổ LC-MS của dịch trích ly từ vỏ quả măng cụt tối ưu trước và sau nhuộm

3.6.1.3 Kết quả phân tích vải tơ tằm bằng phương pháp nhiễu xạ tia X

Hình 3.31 Kết quả nhiễu xạ Rơnghen XRD của vải tơ tằm trước và sau nhuộm bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt

Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) cho biết cấu trúc của vật liệu. Mũi đặc trưng cấu trúc tinh thể
cho vải tơ tằm được thể hiện ở vị trí nhiễu xạ 2 là 200 (d = 5,17569), (d = 4,66006), (d = 4,3314), (d =
4,02888). Do tơ tằm thuộc nhóm xơ sợi protein, thành phần chủ yếu là các gốc axit amin (có nhóm -NH) kết
hợp với nhau tạo thành mạch dài polypeptit, các mạch polypeptit liên kết chặt chẽ và nối với nhau bằng cầu
liên kết hydro tạo thành tinh thể. Giữa những vùng cấu trúc tinh thể trong tơ tằm là những vùng trống, những
chất màu của thuốc nhuộm sẽ bám vào những vùng này. Kết quả XRD cho peak đặc trưng cấu trúc tinh thể
của tơ tằm trước nhuộm và sau nhuộm có sự thay đổi nhưng tại vị trí peak đặc trưng cấu trúc tinh thể không
lệch nhiều, mà chủ yếu thay đổi phần vô định hình. Điều này cho thấy sự tác động của các phần tử mang
màu không ảnh hưởng nhiều đến cấu trúc tinh thể của tơ tằm, chủ yếu tác động mạnh vào cấu trúc vô định
hình. Như vậy, đã có sự tham gia phản ứng gắn màu của các hợp chất mang màu trong dịch chiết vỏ quả
măng cụt với tơ tằm làm cho cấu trúc vải tơ tằm sau nhuộm mềm mại hơn.

3.6.1.4 Kết quả phân tích vải tơ tằm bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Qua kết quả chụp SEM của vải tơ tằm trước và sau nhuộm ở cùng độ phân giải cho thấy có sự xuất
hiện của một số phần tử nhỏ bám và lấp đầy các rảnh nhỏ trên bề mặt sợi; có một lớp màng mỏng trên bề mặt
sợi sau nhuộm mà đối với sợi vải trước nhuộm không có; đồng thời bề mặt vải sau khi được nhuộm với dịch
chiết từ vỏ quả măng cụt bóng và sáng hơn. Điều này chứng tỏ các phần tử mang màu đã liên kết với vải làm
cho cấu trúc bề mặt sợi vải thay đổi.

Hình 3.32 Kết quả chụp SEM của vải tơ tằm trước và sau nhuộm bằng chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt

3.6.2 Kết quả phân tích các chất màu trích ly từ quả mặc nƣa
3.6.2.1 Kết quả phân tích dịch chiết và vải tơ tằm bằng phổ FT – IR

Hình 3.33 Phổ FT – IR của dịch trích ly từ quả mặc nưa trước và sau nhuộm

20


Hình 3.34 Phổ FT – IR của vải tơ tằm trước và sau nhuộm bằng chất màu trích ly từ quả mặc nưa

Phổ FT-IR dựa trên dao động của các liên kết trong phân tử để xác định trong phân tử có những nhóm
nào dựa trên khả năng hấp thụ của các nhóm. Kết quả phổ FT-IR vải tơ tằm trước và sau nhuộm đều xuất
hiện phổ hấp thụ của các nhóm đặc trưng O-H (3291,69cm-1), C=O (1690,65cm-1), N-H (1630,49cm-1), C-H
(2850-3000cm-1), -C6H6 (765,97cm-1)…đây là những nhóm đặc trưng cho thành phần của vải tơ tằm và các
nhóm ancohol, phenol của diospyrol, hydroquinon, naphthaquinon, tannin có trong dịch chiết từ quả mặc
nưa. Điều này hoàn toàn phù hợp với thành phần của quả mặc nưa ở các nghiên cứu trước đây [33,92]. Dựa
vào kết quả các peak thu được có thể dự đoán được các nhóm chức có mặt trong mẫu vải tơ tằm sau nhuộm
bằng dịch chiết từ quả mặc nưa, các peak đặc trưng thu được của mẫu vải sau nhuộm có độ truyền quang
tăng dần so với vải trước nhuộm. Sự thay đổi của vải sau nhuộm là do có sự xuất hiện các peak ở 2362,51cm1
, 1690,65cm-1, 1691,31 cm-1 (C=O) cũng tương đồng với sự mất đi của các peak này ở phổ FT-IR của dịch
chiết từ quả mặc nưa sau nhuộm. Điều này cho phép nhận định rằng các nhóm chức này trong thành phần

dịch chiết từ quả mặc nưa đã tham gia vào quá trình nhuộm vải tơ tằm.
3.6.2.2 Kết quả phân tích dịch chiết bằng phổ MS và LC-MS
Qua kết quả chụp phổ LC-MS của dịch chiết từ quả mặc nưa cho thấy trong thành phần của dịch trích
ly từ quả mặc nưa có các hợp chất mang màu chủ yếu là tannin thủy phân (pyrogallol (M=126)), tannin
ngưng tụ (Flavan-3,4-diol (Leucoanthocyanidin-M=242) và các hợp chất flavan-3-ols (-)-epicatechin và (+)catechin (M= 290). Ngoài ra, còn có Diospyrol (M=346), đặc biệt là có sự xuất hiện của thành phần chất hoạt
động bề mặt saponin mà chất đại diện là β-amyrin và acid oleanolic, ngoài ra còn có hợp chất steroid mà cụ
thể là β-Sitosterol (M=414). Tuy nhiên mẫu phổ LC-MS sau nhuộm lại không còn dấu vết của các hợp chất
này nữa. Điều này góp phần khẳng định sự tham gia vào quá trình nhuộm và gắn màu trên vải của chúng,
đồng thời có sự hỗ trợ của chất hoạt động bề mặt (saponin) giúp cho quá trình nhuộm đều màu mà không cần
phải sử dụng bất kỳ một hóa chất trợ nhuộm nào. Đây chính là đặc điểm hay cần tiếp tục nghiên cứu trong
công nghệ nhuộm bằng chất màu tự nhiên.

Hình 3.35 Kết quả chụp phổ LCMS của dịch trích ly từ quả mặc nưa trước và sau nhuộm

3.6.2.3 Kết quả phân tích vải tơ tằm bằng phương pháp nhiễu xạ tia X

Hình 3.36 XRD của vải tơ tằm trước nhuộm và sau nhuộm bằng chất màu trích ly từ quả mặc nưa

Kết quả phân tích phổ nhiễu xạ XRD cho biết cấu trúc của vật liệu. Hình ảnh nhiễu xạ tia X trên vải tơ
tằm trước và sau nhuộm với đỉnh hẹp cho thấy mũi đặc trưng cấu trúc tinh thể cho vải tơ tằm thể hiện ở vị trí
nhiễu xạ 2θ= 44,5o (d=2,04243), và vị trí có giá trị d lớn 2θ= 21o (d=4,27501) với vải trước nhuộm và với vải
sau nhuộm là 2θ=44o (d=2,05059) cùng giá trị d lớn tại 2θ= 23,5o (d=3,76445). Từ kết quả phân tích vải sau
nhuộm có sự thay đổi so với vải trước nhuộm, tại hầu hết các vị trí độ lớn của d thay đổi nhiều (lớn hơn giá
trị d trước nhuộm tại 2 peak đầu tiên, những peak sau gần như nhỏ hơn), tại vị trí peak đặc trưng cao nhất thì
21


trước và sau nhuộm không chêch lệch nhiều nhưng qua đó cho thấy được sự tác động của phần tử mang màu.
Giữa những vùng cấu trúc trong vải tơ tằm sẽ là những khoảng trống để những phân tử chất mang màu trong
dịch chiết mặc nưa bám vào tạo nên một lớp màng bao phủ lấy xơ sợi và tạo nên những tính chất khác biệt

của vải sau nhuộm.
3.6.2.4 Kết quả phân tích vải tơ tằm bằng hiển vi điện tử quét (SEM)

Hình 3.37 Cấu trúc SEM của vải tơ tằm trước và sau nhuộm bằng chất màu trích ly từ quả mặc nưa

Kết quả nhận được từ cấu trúc bề mặt của vải tơ tằm nhận thấy rằng thành phần mang màu chính trong
quả mặc nưa là diospyrol và một phần các hợp chất của tannin. Tanin tồn tại trong mặc nưa ở hai dạng: tanin
thủy phân và tanin ngưng tụ. Tanin thủy phân hòa tan trong nước len lõi vào xơ sợi, hỗ trợ quá trình gắn
màu. Tanin ngưng tụ là một dạng polymer được tạo thành từ các monomer là các hợp chất flavan-3-ol thuộc
họ flavonoic. Trong quá trình nhuộm tanin ngưng tụ bị oxy hóa tại một vài vị trí trên hệ thống vòng
flavonoic thực hiện phản ứng nối mạch với các phân tử tanin khác tạo thành mạch đại phân tử polymer; đồng
thời cũng liên kết với xơ sợi bằng liên kết hydro và liên kết cộng hóa trị tạo thành một lớp màng bao phủ lấy
bề mặt của xơ sợi. Sự tạo thành lớp màng trên bề mặt của sợi đã làm tăng khối lượng vải đồng thời cũng giải
thích được một số tính chất của vải sau nhuộm. Mẫu vải tơ tằm trước nhuộm và sau nhuộm có sự khác biệt
rõ vì cấu trúc bề mặt của vải sau nhuộm xuất hiện những phần tử nhỏ tạo thành lớp màng bao phủ trên bề
mặt.
3.6.3 Kết quả kiểm tra độ bền màu và tính sinh thái của vải tơ tằm nhuộm bằng chất màu trích ly từ
vỏ quả măng cụt và quả mặc nƣa
3.6.3.1 Kết quả kiểm tra vải tơ tằm nhuộm bằng chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt
Vải tơ tằm sau nhuộm được kiểm tra tại Phân viện dệt may Tp.HCM, kết quả đạt độ bền mồ hôi, bền
giặt, bền với H2O2, bền clo, bền màu với nước biển đều đạt cấp 4÷5/5; bền ma sát khô và ướt đạt cấp 4/5;
không phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu, không phát hiện formaldehyde và azo độc hại (phụ lục 1 và phụ lục
61). Độ tăng khối lượng của vải tơ tằm sau nhuộm bằng chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt tối ưu ∆m (%)
là 7,769 và hàm ẩm đạt 12,85%.
3.6.3.2 Kết quả kiểm tra vải tơ tằm nhuộm bằng chất màu trích ly từ quả mặc nưa
Vải tơ tằm sau nhuộm được kiểm tra tại Phân viện dệt may Tp.HCM, kết quả đạt độ bền mồ hôi, bền
giặt, bền với H2O2, bền clo, bền màu với nước biển đều đạt cấp 4÷5/5; bền ma sát khô và ướt đạt cấp 4/5;
không phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu, không phát hiện formaldehyde và azo độc hại (phụ lục 2 và phụ lục
62). Độ tăng khối lượng của vải vải tơ tằm sau 3 lần nhuộm bằng dịch chiết từ quả mặc nưa tối ưu ∆m (%)
đạt 11,18% và hàm ẩm đạt 12,85%.

3.7 Đề xuất cơ chế gắn màu của chất màu tự nhiên đƣợc chiết từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nƣa với
tơ tằm
Về cơ bản cơ chế gắn màu của hợp chất màu tự nhiên từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa gần giống
nhau và rất phức tạp. Đặc điểm khác nhau ở đây là dịch chiết từ quả mặc nưa có sự biến đổi liên tục của
thành phần diospyrol dưới tác động của các tác nhân oxy hóa. Phản ứng oxy hóa nối dài mạch đại phân tử
của diospyrol diễn ra nhanh và mãnh liệt hơn các hợp chất xanhthon magostin của dịch chiết từ quả măng cụt
rất nhiều. Vì vậy, trong phạm vi nghiên cứu của luận án, bước đầu đề xuất cơ chế liên kết giữa tơ tằm và các
hợp chất mang màu được trích ly từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa với sự hỗ trợ của hỗn hợp các hợp chất
tannin có trong dịch chiết, các hợp chất tannin này đóng vai trò là chất cầm màu. Tannin là một hỗn hợp gồm
rất nhiều dẫn xuất khác nhau và là một hợp chất rất phức tạp, chiếm một tỷ lệ khá lớn trong thành phần các
hợp chất mang màu có trong dịch chiết của vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa. Một số phản ứng của các hợp
chất là dẫn xuất của một số nhóm có khả năng tạo màu tồn tại trong tannin. Tannin gồm 3 loại chính là acid
gallic, flavone và phloroglucinol; có khả năng tạo kết tủa với các protein và các hợp chất hữu cơ khác như
acid amin và alkaloid. Tannin có khả năng tạo phức hoặc kết tủa trong dung dịch nước với một số ion kim
loại, kiềm, gelatin, các chất oxy hóa mạnh, muối kim loại.... Với những đặc tính trên của tannin, kết hợp
đồng thời tính chất của các hợp chất mang màu chính đã được nhận diện trong dịch trích ly từ vỏ quả măng
cụt là các xanhthon mangostin và diospyrol trong quả mặc nưa cho thấy cơ chế gắn màu của các hợp chất
màu tự nhiên này rất phức tạp. Tuy nhiên, dựa trên cơ sở lý luận về bản chất liên kết của một số loại thuốc
nhuộm với vật liệu và kết quả thực nghiệm có thể đề xuất cơ chế gắn màu của chất màu tự nhiên được trích
ly từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa với tơ tằm diễn ra như sau:
22


Các hợp chất mang màu trong dịch trích ly từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa thực hiện liên kết được với
các polypeptit của vải tơ tằm bằng các liên kết hydro dưới tác động của tương tác Vander waals do các nhóm
trong môi trường axit yếu, đây là môi trường pH của dịch trích ly mà không cần thêm tác nhân axit:

Mặt khác, các gốc amino axit của vải tơ tằm có mạch nhánh amin như lysine và các nhóm amino cuối mạch,
các nhóm amin bị proton hóa trong môi trường axit và các nhóm amoni này sẽ tương tác tĩnh điện với các
nhóm trái dấu của chất màu tự nhiên. Ngoài ra, còn có các phản ứng giữa các hợp chất của tannin như acid

gallic, epicatechin diễn ra đồng thời với quá trình oxy hóa các chất màu xanthon mangostin trong vỏ quả
măng cụt và diospyrol trong quả mặc nưa. Vì thế, màu sắc trên vải tơ tằm sau nhuộm có thể nhận được nhiều
tông màu khác nhau tùy thuộc thời gian và tác nhân oxy hóa:

Đại diện một hợp chất mang màu có trong dịch chiết măng cụt tham gia phản ứng gắn màu lên vải tơ
tằm có thể diễn ra ở các vị trí liên kết trên vải như sau:

Tương tự, các hợp chất mang màu có trong dịch chiết quả mặc nưa thực hiện phản ứng gắn màu lên vải tơ
tằm có thể diễn ra ở các vị trí liên kết trên vải như sau:

Quá trình oxy hóa tạo mạch đại phân tử để hình thành phân tử mang màu bền diễn ra liên tục và biến
đổi không ngừng dưới sự tác động của các tác nhân oxy hóa:

23


Như vậy cơ chế đã được đề xuất trên chỉ là những nhận định ban đầu, có thể làm tiền đề cho những
nghiên cứu tiếp theo để chứng minh rõ ràng bản chất hóa học và các phản ứng gắn màu của các hợp chất
mang màu từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa trên vải tơ tằm.
KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN
Những kết quả của luận án đạt được là:
1. Đã xác định được điều kiện và phương pháp trích ly tối ưu chất màu tự nhiên từ quả mặc nưa và vỏ
của quả măng cụt, cho phép rút ngắn được thời gian trích ly:
- Với nguyên liệu là vỏ quả măng cụt, đã chọn được quy trình trích ly với các điều kiện và các thông số
tối ưu: lựa chọn dung môi nước, trích ly bằng phương pháp chiết ngâm với tốc độ khuấy 100
vòng/phút; ở nhiệt độ 61,4 oC trong thời gian 149,2 phút và tỷ lệ nguyên liệu/nước là 1/5 (tính theo
khối lượng). Giá trị hiệu suất trích ly tối ưu: Y1 = 22,57% và cường độ màu tối ưu: Y2 = 30,08%.
- Với nguyên liệu là quả mặc nưa, quy trình trích ly với các điều kiện và các thông số tối ưu: lựa chọn
dung môi nước, trích ly bằng phương pháp chiết ngâm với tốc độ khuấy 100 vòng/phút; ở nhiệt độ 55
o

C trong thời gian 60 phút và tỷ lệ nguyên liệu/nước là 1/3 (tính theo khối lượng). Giá trị hiệu suất
trích ly tối ưu: Y1 = 18,52% và cường độ màu tối ưu: Y2 = 7,17%.
2. Đã thiết lập đơn công nghệ nhuộm tối ưu sử dụng H2O2 làm tác nhân oxy hóa, tăng khả năng gắn màu
của dịch trích ly lên vải tơ tằm:
- Các thông số tối ưu của quy trình công nghệ nhuộm bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt như sau: Tỷ lệ
dịch nhuộm (dịch măng cụt/nước) 1/1; thời gian nhuộm là 68 phút; nhiệt độ nhuộm là 67 oC; nồng độ
H2O2 là 4,37 g/l; Số lần nhuộm là 1 lần và đạt cường độ màu tối ưu là 26,29, đạt màu vàng nâu.
- Các thông số tối ưu của quy trình công nghệ nhuộm bằng dịch chiết từ quả mặc nưa như sau: Tỷ lệ
dịch nhuộm (dịch măng cụt/nước) 1/5; thời gian nhuộm là 62 phút; nhiệt độ nhuộm là 62 oC; nồng độ
H2O2 là 4g/l; Số lần nhuộm là 3 lần và đạt cường độ màu tối ưu là 3,36, đạt màu đen tuyền.
Vải sau nhuộm đạt các chỉ tiêu về độ bền màu cấp 4÷5, độ bền cơ lý cao và đảm bảo các tính chất sinh
thái. Như vậy có thể đưa công nghệ nhuộm bằng chất màu tự nhiên vào quy trình sản xuất thực tế.
3. Đã thiết lập được quy trình công nghệ nhuộm tơ tằm hoàn toàn mới bằng dịch trích ly từ quả mặc nưa
so với quy trình nhuộm truyền thống. Quy trình này không chỉ tạo được màu đen tuyền mà còn tạo
được nhiều gam màu khác nhau và rút ngắn được thời gian nhuộm từ 40 ngày xuống còn 4 giờ.
4. Đã xác định được một số quy trình bảo quản nguyên liệu vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa phù hợp
với điều kiện nhuộm thực tế. Trong đó kalisorbate với nồng độ 1,5% được xác định có khả năng hỗ trợ
tốt cho quả mặc nưa bảo quản cả quả và với nồng độ 1% cho măng cụt được bảo quản dịch trích ly.
5. Bước đầu đã đề xuất cơ chế cho phản ứng gắn màu của dịch trích ly từ vỏ quả măng cụt và quả mặc
nưa trên vải tơ tằm, tuy nhiên cần phải có thêm những nghiên cứu tiếp theo để làm rõ hơn cơ chế đã đề
xuất.
6. Đã khẳng định được sản phẩm vải tơ tằm sau nhuộm với dịch trích ly từ vỏ quả măng cụt và quả mặc
nưa đảm bảo tính sinh thái, không chứa formaldehyde và azo độc hại và đạt các chỉ tiêu về độ bền cao.
Tóm lại, kết quả của luận án sẽ góp phần tăng cường khả năng ứng dụng của chất màu tự nhiên trong
công nghệ dệt nhuộm; cũng như thúc đẩy việc khai thác và sử dụng triệt để các nguồn nguyên liệu dễ tái
sinh, xử lý và tái sử dụng nguồn nguyên liệu phế thải giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN
1. Đã nghiên cứu tối ưu hóa và đã thiết lập được chế độ công nghệ thích hợp cho quá trình trích ly các
chất màu từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa để nhuộm vải tơ tằm tại Việt Nam.
2. Đã thiết lập đơn công nghệ nhuộm tối ưu có sử dụng H2O2 làm tác nhân oxy hóa, tăng khả năng gắn

màu của các chất màu trích ly từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa trên vải tơ tằm.
3. Đã thiết lập được quy trình công nghệ nhuộm tơ tằm tối ưu với các chất màu trích ly từ quả mặc nưa.
Đây là quy trình hoàn toàn mới so với quy trình nhuộm truyền thống; quy trình này không chỉ tạo được
màu đen truyền thống mà còn tạo được nhiều gam màu khác nhau và rút ngắn được quy trình nhuộm
từ 40 ngày xuống còn 4 giờ.
4. Bước đầu đã đề xuất cơ chế liên kết của các chất màu được trích ly từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa
với vải tơ tằm.
5. Đã chứng minh được sản phẩm vải tơ tằm nhuộm bằng các chất màu được trích ly từ vỏ quả măng cụt
và quả mặc nưa đảm bảo tính sinh thái, không chứa formaldehyde, không chứa formaldehyde, không
chứa azo độc hại và đạt các chỉ tiêu về độ bền cao.

24