Luận án tiến sĩ hóa học nghiên cứu biến tính tinh bột

  • Số trang: 171 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 13 |
  • Lượt tải: 0
transuma

Đã đăng 28936 tài liệu

Mô tả:

i Luận án Tiến Sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu do tôi và các cộng sự thực hiện. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Quang Huy LỜI CẢM ƠN ii Luận án Tiến Sĩ Trong thời gian thực hiện công trình nghiên cứu tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo chân tình của Thầy Cô, bạn bè, đồng nghiệp và các Cơ quan. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Văn Khôi đã cho những kiến thức vô cùng quí báu đồng thời giúp đỡ tận tình cùng các Anh Chị, bạn bè, đồng nghiệp Phòng Vật liệu polyme luôn động viên, giúp đỡ tôi thực hiện thành công luận án tiến sỹ này. Tôi xin cảm ơn chân thành Lãnh đạo, phòng quản lý tổng hợp, các bạn đồng nghiệp Viện Hóa học - Viện KH&CN Việt Nam đã hết lòng ủng hộ giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án này. Xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp tại Viện Hóa học, các đơn vị phối hợp nghiên cứu: Công ty dược phẩm Hà Thành, Viện Hóa Công nghiệp Việt Nam, Viện kiểm nghiệm thuốc Trung ương, Tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng tạo mọi điều kiện thuận lợi cũng như động viên, chia sẻ để tôi hoàn thành những phần việc trong luận án. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy cô, Giáo sư, Phó giáo sư, Tiến sĩ đã đóng góp những ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thiện luận án này. DANH MỤC CÁC HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AA : Axit acrylic AM : Acrylamit AN : Acrylonitrin AMS-1 : Tinh bột biến tính bằng axit acrylic (Acrylic acid modified tapioca starch) AMS-2 : Tinh bột biến tính bằng axit acrylamit (Acrylamit acid modified tapioca starch) iii Luận án Tiến Sĩ Am : Amylozơ Ap : Amylopectin AUL : Độ hấp thụ dưới tải trọng (Absobency under load) BMA : n-butylmetacrylat CMS : Cacboxymetyl tinh bột DMSO : Dimetyl sulfoxyt DSC : Nhiệt vi sai quét (Differential Scanning Calorimetry) DTA : Phân tích nhiệt vi sai (Differential Thermal Analysis) DMF : Dimetyl formamit DS : Độ thế (Degree of subtitution) EPI : Epiclohydrin EMA : Etyl metacrylat FDA : Cơ quan thực phẩm và thuốc Hoa kỳ (Food and Drug Administration) KPS : Kali persunfat KT : Keo tụ MBA : N,N'-metylenbisacrylamit MCA : Monoclo axetic axit MAM : Metacrylamit MAN MA MAA : : : Metacrylonitrin Metyl acrylat Axit metacrylic PA : Copolyme RE : Hiệu suất phản ứng SEM : Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electronic Microscopy) STMP : Matri trimetaphotphat SMCA : Natri monocloaxetat TGA : Phân tích nhiệt trọng lượng (Themal Gravimetric Analysis) TSTP : Trinatri trimetaphotphat iv Luận án Tiến Sĩ TB : Tinh bột TB-G : Tinh bột ghép XRD : Nhiễu xạ tia X %GY : Hiệu suất ghép (Graft yield) %GE : Hiệu quả ghép ( Graft efficiency) %TC %KT : : Chuyển hóa tổng số (Total conversion) Phần trăm keo tụ DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Hàm lượng tinh bột ở một số loại cây ................................................. 3 Bảng 1.2. Kích thước hạt amylozơ c a một số loại tinh bột ............................... 5 Bảng 1.3. Các thành phần tá dược cho thuốc viên ............................................ 39 Bảng 3.1. Ảnh hưởng c a thời gian phản ứng đến quá trình photphat hoá ..................................................................................................... 75 Bảng 3.2. Ảnh hưởng c a nhiệt độ tới quá trình photphat hoá ......................... 76 Bảng 3.3. Ảnh hưởng c a pH đến quá trình photphat hoá ................................ 77 Bảng 3.4. Ảnh hưởng c a tỷ lệ mol photphat/glucozơ đến quá trình photphat hoá ...................................................................................... 78 Bảng 3.5. Ảnh hưởng c a độ thế tới độ bền lạnh đông - tan giá ....................... 83 Bảng 3.6. Ảnh hưởng c a tỷ lệ axit/tinh bột đến quá trình thuỷ phân .............. 92 Bảng 3.7. Ảnh hưởng c a nhiệt độ phản ứng tới tốc độ thuỷ phân ................... 93 Bảng 3.8. Ảnh hưởng c a tỷ lệ H2O/ tinh bột tới tốc độ thuỷ phân .................. 94 Bảng 3.9. Ảnh hưởng c a tác nhân trung hoà đến độ nhớt và hàm lượng tro c a tinh bột biến tính ................................................................... 95 Bảng 3.10. Ảnh hưởng số lần rửa đến sự thay đổi pH ........................................ 96 Bảng 3.11. Ảnh hưởng lượng nưc rửa đến sự thay đổi pH ................................. 96 v Luận án Tiến Sĩ Bảng 3.12. Nhiệt độ hồ hoá (T0, Tp và Te) c a tinh bột tự nhiên và biến tính ................................................................................................... 101 Bảng 3.13. Tính chất c a tinh bột biến tính bằng axit ....................................... 104 Bảng 3.14. Một số tính chất c a viên nén thử nghiệm ...................................... 104 Bảng 3.15. Sự phụ thuộc c a trọng lượng phân tử trung bình vào thời gian phản ứng ở các nhiệt độ khác nhau ......................................... 107 Bảng 3.16. Ảnh hưởng c a nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu hồi sản phẩm, hàm lượng các nhóm chức cacbonyl, cacboxyl ................... 108 Bảng 3.17. Sự phụ thuộc c a trọng lượng phân tử trung bình vào thời gian phản ứng với hàm lượng clo hoạt động khác nhau ................. 110 Bảng 3.18. Ảnh hưởng c a hàm lượng clo hoạt động đến hiệu suất thu hồi sản phẩm, hàm lượng các nhóm chức cacbonyl, cacboxyl ....... 111 Bảng 3.19. Ảnh hưởng c a pH tới TLPT, hiệu suất thu hồi và hàm lượng các nhóm chức cacboxyl, cacbonyl ................................................. 112 Bảng 3.20. Ảnh hưởng c a nồng độ tinh bột đến quá trình oxy hoá ................. 113 Bảng 3.21. Nhiệt độ hồ hoá (T0, Tp và Te) c a tinh bột tự nhiên và biến tính 117 ................................................................................................... Bảng 3.22. Phân tích nhiệt trọng lượng c a tinh bột và tinh bột oxy hoá ......... 119 Bảng 3.23. Ảnh hưởng c a các vật liệu hồ hóa lên các tính chất c a sợi ......... 121 Bảng 3.24. Ảnh hưởng c a thời gian polyme hoá lên TC, GY, GE khi ghép acrylic lên tinh bột .................................................................. 123 Bảng 3.25. Ảnh hưởng c a nhiệt độ lên TC%, GY%, GE% khi ghép axit acrylic lên tinh bột ........................................................................... 124 Bảng 3.26. Ảnh hưởng c a nồng độ axit acrylic lên hiệu suất ghép và hiệu vi Luận án Tiến Sĩ quả ghép. .......................................................................................... 125 Bảng 3.27. Ảnh hưởng c a nồng độ chất khởi đầu lên khả năng ghép ............. 126 Bảng 3.28. Ảnh hưởng c a tỷ lệ lỏng/rắn tới hiệu suất ghép ........................... 126 ảng .2 . Ảnh hưởng c a hàm lượng copolyme đến quá trình keo tụ. ........... 139 ảng . 0. Ảnh hưởng c a pH đến quá trình keo tụ ......................................... 140 ảng . 1. Ảnh hưởng c a nồng độ chất điện ly tới quá trình keo tụ ............... 140 ảng . 2. Hiệu quả keo tụ c a copolyme với copolyme ghép ........................ 141 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Cấu trúc phân tử amylozơ ................................................................... 6 Hình 1.1. Hình 1.2. Cấu trúc phân tử amylopectin ............................................................. 6 Hình 1. . Cơ chế thuỷ phân tinh bột bằng axit ................................................. 32 Hình .1. Ảnh hưởng c a tỷ lệ mol photphat/ glucozơ tới hàm lượng tro....................................................................................................... 79 Hình .2. Ảnh hưởng c a tỷ lệ mol photphat/ glucozơ tới độ tan c a Hình . . tinh bột. .............................................................................................. 80 Ảnh hưởng c a độ thế đến khả năng trương c a tinh bột ................. 80 Hình .4. Ảnh hưởng c a tỷ lệ mol photphat/glucozơ đến độ nhớt c a Hình .5. tinh bột. .............................................................................................. 82 Ảnh hưởng c a độ thế đến độ trong c a dung dịch hồ tinh bột ........ 84 Hình .6. Ảnh SEM c a tinh bột chưa biến tính ............................................. 85 Hình .7. Ảnh SEM c a mol TB photphat monoeste (tỷ lệ photphat/glucozơ 2,5:1)....................................................................... 85 vii Luận án Tiến Sĩ Hình .8. Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng c a tinh bột chưa biến Hình . . tính ..................................................................................................... 87 Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng c a tinh bột photphat hoá (tỷ lệ mol photphat/glucozơ 2,5:1) ............................................. 87 Hình .10. Ảnh hưởng c a loại axit và thời gian đến độ nhớt tinh bột sắn biến tính .............................................................................................. 89 Hình .11. Ảnh hưởng c a loại axit và thời gian đến hàm lượng tro c a tinh bột sắn biến tính ......................................................................... 91 Hình .12. Ảnh hưởng c a loại axit và thời gian đến độ tan c a tinh bột sắn biến tính .............................................................................................. 92 Hình .1 . Ảnh hưởng c a nhiệt độ sấy đến độ nhớt sản phẩm ......................... 97 Hình .14. Ảnh hưởng c a thời gian sấy đến độ nhớt sản phẩm ........................ 98 Hình .15. Ảnh kính hiển vi điện tử quét c a tinh bột sắn tự nhiên (a) và biến tính với tỷ lệ khối lượng axit/tinh bột lần lượt là: 0,02 (b); 0,04 (c); 0,06 (d); 0,08 (e) và 0,10 (f). ....................................... 99 Hình .16. Giản đồ phân tích nhiệt c a TB sắn tự nhiên (1) và T biến tính với tỷ lệ axit/tinh bột lần lượt là: 0,04 (2); 0,06 (3); 0,08 (4) và 0,10 (5). ................................................................................. 100 Hình .17. Giản đồ nhiễu xạ tia X c a tinh bột sắn tự nhiên (1) và biến tính với tỷ lệ axit/tinh bột lần lượt là: 0,02 (2); 0,06 ( ) và 0,10 (4). ........................................................................................... 102 Hình .18. Sự phân bố kích thước hạt c a TB sắn tự nhiên (A) và biến tính với tỷ lệ axit/tinh bột lần lượt là: 0,02 ( ); 0,06 (C) và 0,10 (D). .......................................................................................... 103 viii Luận án Tiến Sĩ Hình .1 . Sự thay đổi lượng clo tiêu thụ theo thời gian phản ứng ở các nhiệt độ khác nhau........................................................................... 106 Hình .20. Ảnh hưởng c a hàm lượng clo hoạt động tới lượng clo tiêu thụ 108 .................................................................................................... Hình .21. Ảnh hưởng c a pH tới lượng clo tiêu thụ ....................................... 111 Hình .22. Ảnh SEM c a tinh bột sắn (a,b) và tinh bột oxy hoá với hàm lượng clo hoạt động 1% (c,d), 2% (e,f) và 4% (g,h) ....................... 115 Hình .2 . Giản đồ nhiễu xạ tia X c a tinh bột sắn (1) và tinh bột oxy hoá với tỷ lệ clo hoạt động so với tinh bột là 1% (2), 2% ( ) và 4% (4) ......................................................................................... 115 Hình .24. Giản đồ DSC c a tinh bột và tinh bột oxy hoá ............................... 116 Hình .25. Giản đồ phân tích nhiệt c a tinh bột sắn (T ) và tinh bột oxy hoá với tỷ lệ clo hoạt động so với tinh bột là 1% (T 1), 2% (T 2) và 4% (T 4) ......................................................................... 118 Hình .26. Phân bố kích thước hạt c a tinh bột sắn (T ) và tinh bột oxy hoá với tỷ lệ clo hoạt động so với tinh bột là 1% (T 1), 2% (T 2) và 4% (T 4) ......................................................................... 120 Hình .27. Ảnh hưởng c a thời gian phản ứng tới quá trình trùng hợp ghép ................................................................................................. 127 Hình .28. Ảnh hưởng c a nhiệt độ phản ứng tới quá trình trùng hợp ghép ................................................................................................. 128 Hình .2 . Ảnh hưởng c a nồng độ monome AM tới quá trình trùng hợp ghép ................................................................................................. 129 Hình . 0. Ảnh hưởng c a nồng độ KPS tới quá trình trùng hợp ghép ........... 130 Hình . 1. Ảnh hưởng c a tỷ lệ pha lỏng/tinh bột tới quá trình trùng hợp ix Luận án Tiến Sĩ ghép ................................................................................................. 131 Hình . 2. Phổ hồng ngoại c a tinh bột ghép PAA .......................................... 132 Hình . . Phổ hồng ngoại c a tinh bột ghép PAM ......................................... 132 Hình . 4. Đường cong TGA c a tinh bột và tinh bột ghép ............................. 134 Hình . 5. Giản đồ phân tích nhiệt vi sai (DTA) c a tinh bột và các copolyme ghép ................................................................................. 136 Hình . 6. Ảnh SEM c a tinh bột và copolyme ghép ...................................... 137 Hình . 7. Giản đồ nhiễu xạ tia X c a các copolyme ghép .............................. 138 MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii DANH MỤC CÁC K HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .......................................... iii DANH MỤC CÁC ẢNG ..................................................................................... v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................ vii MỤC LỤC .............................................................................................................. x MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................. 3 1.1. Giới thiệu chung về tinh bột ............................................................. 3 1.2. Cấu trúc c a tinh bột ........................................................................ 5 1.3. Một số tính chất c a tinh bột ............................................................ 7 x Luận án Tiến Sĩ 1. .1. Tính chất vật lý .......................................................................... 7 1. .2. Tính chất hóa học ...................................................................... 9 1.4. Một số phương pháp biến tính tinh bột .......................................... 11 1.4.1. Một số phương pháp biến tính bằng phương pháp vật lý ............................................................................................. 11 1.4.1.1. Biến tính bằng hồ hóa sơ bộ ............................................. 11 1.4.1.2. Xử lý nhiệt ẩm .................................................................. 12 1.4.1. . Phân huỷ cơ học ................................................................ 12 1.4.2. Phương pháp biến tính bằng enzym ....................................... 13 1.4.3. Biến tính tinh bột bằng một số tác nhân hóa học..................... 14 1.4. .1. Ete hóa tinh bột ................................................................. 14 1.4.3.2. Tạo liên kết ngang ............................................................. 15 1.4. . . Cation hóa ......................................................................... 18 1.4. .4. Este hoá tinh bột ............................................................... 20 1.4.3.5. Biến tính tinh bột bằng axit............................................... 31 1.4. .6. Oxy hoá tinh bột ............................................................... 40 1.4.3.7. Biến tính tinh bột bằng axit acrylic và crylamit ............... 48 1.5. Tình hình nghiên cứu biến tính tinh bột trong nước ....................... 58 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ........................................................................... 61 2.1. Nguyên liệu, hoá chất .................................................................... 61 2.2. Dụng cụ, thiết bị và phương pháp nghiên cứu ............................... 62 xi Luận án Tiến Sĩ 2. . Phương pháp ................................................................... 67 tiến hành 2.3.1. Tiến hành phốt phát hóa .......................................................... 67 2.3.2. Tiến hành biến tính bằng axit ................................................ 69 2.3.3. Tiến hành oxi hóa tinh bột bằng hypoclorit ............................. 70 2.3.4. Tiến hành trùng hợp ghép: ....................................................... 72 2. .5. Các hằng số ghép .................................................................... 73 CHƯƠNG . KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 75 3.1. Phốt phát hóa tinh bột bằng natri hydrophotphat ........................... 75 3.1.1. Ảnh hưởng c a thời gian phản ứng ......................................... 75 3.1.2. Ảnh hưởng c a nhiệt độ ........................................................... 76 3.1.3. Ảnh hưởng c a pH ................................................................... 77 3.1.4. Ảnh hưởng c a tỷ lệ mol photphat/glucozơ ............................ 77 3.1.5. Ảnh hưởng c a độ thế tới các tính chất c a tinh bột photphat monoeste .................................................................. 78 .1.6. Đặc trưng lý hoá c a tinh bột photphat monoeste ................... 85 3.1.6.1. Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) ............................... 85 .1.6.2. Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) ................................... 86 3.2. Th y phân tinh bột bằng axit .......................................................... 88 3.2.1. Ảnh hưởng c a loại axit ........................................................... 88 3.2.2. Ảnh hưởng c a tỷ lệ axit/tinh bột ............................................ 92 3.2.3. Ảnh hưởng c a nhiệt độ phản ứng ........................................... 93 3.2.4. Ảnh hưởng c a tỉ lệ nước/tinh bột ........................................... 94 3.2.5. Ảnh hưởng c a tác nhân trung hoà .......................................... 95 3.2.6. Nghiên cứu quá trình tinh chế sản phẩm đạt tiêu xii Luận án Tiến Sĩ chuẩn dược dụng ..................................................................... 96 3.2.7. Ảnh hưởng c a nhiệt độ và thời gian sấy lên độ nhớt c a sản phẩm ........................................................................... 97 3.2.8. Cấu trúc và tính chất nhiệt c a tinh bột biến tính bằng axit .......................................................................................... 98 .2.8.1. Hình thái học ..................................................................... 98 3.2.8.2. Giản đồ phân tích nhiệt ................................................... 100 3.2.8.3. Nhiễu xạ tia X ................................................................. 101 3.2.8.4. Phân bố kích thước hạt ................................................... 102 3.2.9. Thử nghiệm chế tạo viên nén ................................................. 103 . . Oxy hoá tinh bột bằng natri hypoclorit ......................................... 106 3.3.1. Ảnh hưởng c a nhiệt độ và thời gian phản ứng .................... 106 3.3.2. Ảnh hưởng c a hàm lượng clo hoạt động ........................... 108 3.3.3. Ảnh hưởng c a pH ................................................................. 111 3.3.4. Ảnh hưởng c a nồng độ tinh bột ......................................... 113 3.3.5. Một số đặc trưng lý hoá c a tinh bột oxy hoá ..................... 113 . .5.1. Hình thái học bề mặt ....................................................... 113 3.3.5.2. Nhiễu xạ tia X ................................................................. 115 . .5. . Phân tích nhiệt vi sai quét (DSC) ................................... 116 . .5.4. Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) ................................. 117 3.3.5.4. Phân bố kích thước hạt ................................................... 119 . .6. Hồ sợi ..................................................................................... 120 3.4. Biến tính bằng axit acrylic và acrylamit ....................................... 122 3.4.1. Biến tính bằng axit acrylic .................................................... 122 3.4.1.1. Ảnh hưởng c a thời gian ................................................ 122 xiii Luận án Tiến Sĩ 3.4.1.2. Ảnh hưởng c a nhiệt độ .................................................. 123 3.4.1.3. Ảnh hưởng c a tỷ lệ tinh bột: monome .......................... 124 3.4.1.4. Ảnh hưởng c a chất khởi đầu ......................................... 125 3.4.2. Biến tính bằng acrylamit ........................................................ 127 3.4.2.1. Ảnh hưởng c a thời gian phản ứng ................................ 127 3.4.2.2. Ảnh hưởng c a nhiệt độ phản ứng .................................. 128 3.4.2.3. Ảnh hưởng c a nồng độ monome AM ........................... 129 3.4.2.4. Ảnh hưởng c a nồng độ chất khơi mào KPS ................. 129 3.4.2.5. Ảnh hưởng c a tỷ lệ pha lỏng/tinh bột ........................... 130 .4.2.6. Các đặc trưng hoá lý ....................................................... 131 3.4.2.7. Xử lý nước thải bằng T ghép theo phương pháp keo tụ .............................................................................. 138 KẾT LUẬN CHUNG ......................................................................................... 142 CÁC CÔNG T ÌNH Đ CÔNG ................................................................ 144 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 145 1 MỞ ĐẦU Tinh bột là polysaccarit được tìm thấy trong các loại, hạt, c , quả c a các loại cây trồng. Nó là nguồn nguyên liệu có khả năng tái tạo và gần như vô tận. Tinh bột cùng với protein và chất béo là một thành phần quan trọng bậc nhất trong chế độ dinh dưỡng c a loài người cũng như nhiều loài động vật khác. Ngoài ra, tinh bột còn là một trong những nguyên liệu, rẻ tiền, được ứng dụng rộng rãi cho nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp giấy, thực phẩm, dệt…[1] bởi những tính chất đặc trưng ưu việt c a nó [2]. Tuy vậy, tinh bột tự nhiên vẫn còn hạn chế nhiều tính chất nên chưa đáp ứng được những mục đích sử dụng khác nhau trong nhiều lĩnh vực như không tan trong nước lạnh, mất độ nhớt và giảm khả năng làm đặc sau khi nấu. Ngoài ra, sự thoái hóa xảy ra sau khi mất sự sắp xếp cấu trúc trên tinh bột hồ hóa, mà kết quả là sự tách nước trong hệ thống thực phẩm chứa nhiều tinh bột…. [ ]. Do vậy, việc biến tính tinh bột được quan tâm rất lớn nhằm cải thiện tính chất c a nó đáp ứng nhu cầu sử dụng. Có rất nhiều phương pháp biến tính tinh bột khác nhau được chia thành nhiều lĩnh vực như: vật lý, hóa học, enzym. Việt Nam là một nước nông nghiệp, tinh bột rất dồi dào, trong đó tinh bột sắn rất được quan tâm phát triển. Tuy vậy, ch yếu sử dụng ở dạng nguyên liệu thô chưa biến tính, giá thành rẻ. Do vậy, cần phải biến tính để đáp ứng các nhu cầu kỹ thuật và mục đích sử dụng khác nhau. Xuất phát từ thực tế này, đề tài “Nghiên cứu biến tính tinh bột bằng một số tác nhân hóa học và ứng dụng” nhằm biến đổi cấu trúc, tính chất vật lý, kỹ thuật để mở rộng khả năng ứng dụng c a tinh bột sắn, thông qua đó nâng cao giá trị cho vật liệu này. Với nội dung nghiên cứu bao gồm: 2 - Biến tính tinh bột bằng phương pháp phốt phát hóa và thử nghiệm trong thực phẩm. Trong đó nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ, nồng độ, thời gian, pH, hàm lượng tinh bột... - Biến tính tinh bột sắn bằng axit, nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng và thử nghiệm làm tá dược. - Oxy hóa tinh bột sắn bằng natri hypoclorit, nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ, nồng độ, thời gian, pH, hàm lượng tinh bột… ứng dụng thử nghiệm hồ vải. - Biến tính bằng phương pháp ghép axit acrylic và acrylamit lên tinh bột và thử nghiệm trong xử lý nước. * Đóng góp của luận án: Lần đầu tiên ở Việt Nam đã tổng hợp được tinh bột phốt phát hóa làm cơ sở xây dựng quy mô pilot chế tạo vật liệu sạch sử dụng trong thực phẩm. Đã chế tạo ra tinh bột có trọng lượng phân tử thích hợp bằng phương pháp th y phân ở quy mô pilot có chất lượng đáp ứng yêu cầu dược điển. Sản phẩm đã được sử dụng làm tá dược có chất lượng tốt. Đã oxi hóa tinh bột bằng natri hypoclorit (sản phẩm phụ c a nhà máy hóa chất Việt trì) tạo ra sản phẩm trung gian chế tạo AMS và hồ sợi. Đã ghép tinh bột sắn bằng các monome ưa nước là phương pháp mới đang được quan tâm hiện nay, tạo ra sản phẩm mới sử dụng cho quá trình keo tụ xử lý nước cho kết quả tốt và có khả năng phân h y sinh học. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về tinh bột 3 Tinh bột là loại polysaccarit thực vật tồn tại trong tự nhiên có khối lượng phân tử cao, gồm các đơn vị glucozơ được nối với nhau bởi các liên kết αglycozit. Công thức phân tử c a tinh bột là (C6H10O5)n trong đó n trong khoảng từ 50 đến vài trăm nghìn. Tinh bột được tổng hợp nhờ quá trình quang hợp c a cây và được dự trữ trong cấu trúc c a chúng dưới dạng năng lượng tiềm tàng. Hàm lượng tinh bột có trong các loại cây là khác nhau và có thể thay đổi theo thời tiết, mùa vụ, thổ nhưỡng...[5]. Bảng 1.1. Hàm lượng tinh bột ở một số loại cây Loại cây Tinh bột, % trọng lượng khô Khoai tây 66-84 Sắn 93-97 Lúa mì 70-80 Lúa 75-80 Lúa mạch 70-75 Ngô 60-75 Đậu đỗ 60-66 Trong tự nhiên tinh bột là hợp chất hữu cơ rất phổ biến và dồi dào, chỉ đứng sau xenlulozơ [3, 5]. Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng không hoà tan trong nước nên có thể tích tụ một lượng nước lớn trong tế bào mà vẫn không ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu. Do đó, có thể thu được một lượng lớn tinh bột từ nhiều nguồn phong phú trong tự nhiên. Tinh bột đại diện cho 6090% tổng sản lượng các loại lương thực như ngô, khoai tây, lúa mì, c mì, sắn dây, gạo, đậu, ở một số quả như chuối, táo, rau..[5-9]. Có nhiều loại tinh bột trong đó tinh bột sắn là một trong những loại tinh bột được quan tâm rất nhiều ở Châu Á, Châu Phi và Mỹ La Tinh [7,8]. * Tình hình sản xuất và tiêu thụ tinh bột sắn trên thế giới và Việt Nam 4 Trong ba ngày từ 28 đến 30/6, tại th đô angkok (Thái Lan) đã diễn ra hội nghị sắn toàn cầu năm 2011, quy tụ trên 1.000 đại biểu quốc tế tham dự. Sở dĩ sự kiện này được chú ý bởi nước ch nhà Thái Lan hiện vẫn là quốc gia sản xuất và xuất khẩu hàng đầu thế giới về sản phẩm liên quan đến sắn. Theo các chuyên gia trong nước, kể từ khi ngành công nghiệp chế biến trong nước phát triển, Thái Lan đã giảm được khoảng 120 triệu USD hàng năm để nhập khẩu bột mỳ do đã có tinh bột sắn thay thế. Và điều quan trọng là tạo ra công ăn việc làm cho trên nửa triệu nông hộ quy mô nhỏ, trong khi giá thành các sản phẩm làm ra rẻ hơn nhiều so với nhập khẩu. Thái Lan chiếm trên 85% lượng xuất khẩu sắn toàn cầu, kế đến là Indonesia và Việt Nam. Thị trường xuất khẩu sắn ch yếu c a Thái Lan là Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản và cộng đồng châu Âu với tỷ trọng xuất khẩu sắn khoảng 40% bột và tinh bột sắn, 25% là sắn lát và sắn viên [ ]. Ở Việt Nam, sắn được canh tác phổ biến ở hầu hết các tỉnh c a các vùng sinh thái nông nghiệp. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam qua các năm và phân theo các vùng sinh thái. Diện tích sắn nhiều nhất ở vùng ắc Trung bộ và Duyên hải miền Trung (168,80 ngàn ha). Tây Nguyên là vùng sản xuất sắn lớn thứ hai c a cả nước, tập trung ch yếu ở bốn tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk và Đăk Nông. Năm 2008, diện tích sắn c a Tây Nguyên đạt 150.100 ha [9]. Nhận thấy rõ hiệu quả kinh tế do cây sắn đem lại, nhiều nhà máy chế biến sắn ở trong nước cũng được xây dựng. Trên phạm vi cả nước, có khoảng 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn có quy mô công nghiệp với tổng công suất chế biến mỗi năm hơn nửa triệu tấn tinh bột sắn, tương ứng với nhu cầu sử dụng gần 2,5 triệu tấn c sắn tươi, bằng 30% sản lượng cả nước, tăng gấp đôi số nhà máy và gấp 3 về công suất so với 5 năm trước đây. Từ đầu năm đến nay, sắn là một trong ít các mặt hàng có khối lượng xuất khẩu cũng như kim ngạch xuất khẩu tăng mạnh. Theo số lượng thống kê sơ bộ c a Trung tâm thông tin công nghiệp và thương mại (Bộ Công Thương), trong 7 tháng đầu năm 200 , cả nước đã xuất khẩu được 2,66 triệu tấn sắn và tinh bột sắn, đạt kim 5 ngạch 408 triệu USD, tăng 4,4 lần về sản lượng và tăng 2,8 lần về kim ngạch so với cùng kỳ 2008. 1.2. Cấu trúc của tinh bột Tinh bột tồn tại dưới dạng hạt có kích thước trong khoảng từ 2-120nm, hạt tinh bột có dạng hình tròn, hình bầu dục hay đa giác. Cấu tạo và kích thước các hạt phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng và quá trình sinh trưởng c a cây. Hạt tinh bột c a các loại cây khác nhau thì có kích thước và hình dạng khác nhau. Cùng một loại tinh bột, hình dáng và kích thước c a tất cả các hạt cũng không hoàn toàn giống nhau [5]. Bảng 1. . Kích thước hạt amylo ơ của một số loại tinh bột ại tinh bột ích thước hạt n Hình dáng Lúa mạch 5 - 50 Tròn dài Ngô 5 - 25 Đa giác Lúa mì 3 - 35 Tròn Khoai tây 4 - 40 Bầu dục Khoai lang 5 - 50 Bầu dục Lúa 2 - 10 Đa giác Sắn 3 - 30 Tròn Tinh bột gồm hai thành phần chính là amylozơ (Am) và amylopectin (Ap). Amylozơ là polysaccarit mạch thẳng gồm các đơn vị glucozơ liên kết với nhau bởi liên kết α-1,4-glicozit (hình 1.1). Phân tử amylozơ có một đầu khử và một đầu không khử. Hàm lượng amilozơ hình thức phân tán dạng keo trong nước nóng trong khi amylopectin là hoàn toàn không hòa tan. Khi được phân tán trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái biến, amylozơ thường có cấu trúc hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết t a vào, amylozơ mới chuyển thành dạng xoắn ốc. 6 O H H O H OH H OH C H 2O H C H 2O H C H 2O H H H H H OH H O O O O O H H OH H OH OH Hình 1.1. Cấu trúc phân tử amylo ơ Amylopectin là polysaccarit mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α1,4-glycozit còn có mạch nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α1,6glycozit (hình 1.2). C H 2O H O H H H OH O H C H 2O H O H OH OH H O H OH H C H 2O H CH 2 H OH O H OH H H OH H H O O O O H H OH Hình 1. . Cấu trúc phân tử amylopectin Chúng hoàn toàn không hòa tan trong nước. Bằng phương pháp tán xạ ánh sáng người ta đã xác định được phân tử lượng c a amylopectin vào khoảng 8,10 7 [14, 16]. Amylopectin có thể chứa tới hơn một triệu đơn vị glucozơ nhưng chiều dài c a chuỗi mạch nhánh tuyến tính lại chỉ có khoảng 25- 0 đơn vị glucozơ [5]. Ở dạng nguyên bản, amilopectin có cấu trúc bán tinh thể gồm dạng tinh thể biến đổi và dạng bản mỏng vô định hình. Thể hiện một mô hình c a cấu trúc này. Ở dạng bản tinh thể, các nhánh amilopectin tuyến tính hình thành các mạch xoắn kép bố trí song song với nhau trong khi các bản mỏng vô định hình tái nhóm các điểm phân nhánh c a phân tử lại với nhau. Ở giữa các tinh thể amilopectin cũng tìm thấy các phân tử amilozơ ở dạng bản mỏng vô định hình. Thông thường, tinh thể và bản 7 mỏng vô định hình có độ dày tương ứng 6nm và 4nm. Trong qúa trình tổng hợp sinh học tinh bột, cấu trúc bán tinh thể c a amilozơ và amilopectin được xếp chặt vào bên trong các hạt tinh bột. Tỷ lệ amylozơ và amylopectin trong tinh bột có thể ảnh hưởng tới tính chất tinh bột trong quá trình gia công và tính chất c a sản phẩm cuối [17]. Nhìn chung, tỷ lệ amiloza và amilopectin thông thường trong tinh bột sắn tương ứng là 20 và 80% mặc dù tỷ lệ này có thể thay đổi tùy theo nguồn gốc tinh bột điều kiện canh tác và sinh trưởng. Trong tinh bột nếp (gạo nếp, ngô nếp), gần như 100% là amylopectin, trong tinh bột đậu xanh, dong riềng, hàm lượng amylozơ chiếm trên 50% [16]. 1.3. Một số tính chất của tinh bột 1.3.1. Tính chất vật lý * Tính chất hấp thụ Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất hấp thụ thì bề mặt bên trong và bên ngoài c a tinh bột đều tham dự. Vì vậy trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến thuỷ nhiệt cần phải hết sức quan tâm tới vấn đề này. Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ c a tinh bột. Khi nghiên cứu khả năng hấp thụ các chất điện li hữu cơ có ion lớn như xanh metylen (tích điện dương) c a tinh bột, người ta nhận thấy rằng tinh bột hấp thụ xanh metylen rất tốt. Đường đẳng nhiệt hấp thụ c a các loại tinh bột không giống nhau. Đường đẳng nhiệt hấp thụ c a các loại tinh bột phụ thuộc cấu tạo bên trong c a hạt và khả năng trương nở c a chúng [18]. * Độ hoà tan của tinh bột
- Xem thêm -