THPT vũ lễ 07 TÁCH PECTN từ cây SƯƠNG sáo và ỨNG DỤNG TRONG sản XUẤT ỐNG hút PHAN hủy SINH học

0 BÁO CÁO DỰ ÁN THAM DỰ CUỘC THI KHOA HỌC CẤP TỈNH NĂM HỌC 2021 - 2022 DỰ ÁN TÁCH PECTIN TỪ CÂY SƯƠNG SÁO VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT ỐNG HÚT PHÂN HỦY SINH HỌC Lĩnh vực: 07 – Hóa học MỤC LỤC LạngMỤC Sơn,LỤC tháng 11 năm 2021 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nội dung phương pháp nghiên cứu Lịch sử nghiên cứu Điểm đề tài Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN Tổng quan Pectin 1.1.Khái niệm 1.2 Cấu tạo 1.3 Tính chất 1.4 Các phương pháp chiết tách pectin 1.4.1 Chiết tách pectin axit 1.4.2 Chiết tách pectin nước 1.4.3 Chiết tách pectin tác dụng enzym Giới thiệu sương sáo 2.1 Đặc điểm thực vật học phân bố 2.2 Thành phần hóa học 2.3 Cơng dụng sương sáo Ống hút phân hủy sinh học 3.1 Phân hủy sinh học 3.2 Một số vật liệu phân hủy sinh học 3.3 Ống hút tự phân hủy sinh học CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.2 Hóa chất thiết bị nghiên cứu 2.3 Phương pháp ngiên cứu 2.3.1 Phương pháp vật lí 2.3.2 Phương pháp xác định thành phần pectin 2.3.3 Quy trình tách pectin từ sương sáo 2.4 Khảo sát điều kiện tách pectin 2.4.1 Khảo sát lựa chọn dung môi 2.4.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đơn biến đến trình chiết pectin 2.5 Xác định chiết tách phương pháp kết tủa canxi peptat 2.6 Chế tạo ống hút phân hủy sinh học phịng thí nghiệm 2.7 Đánh giá khả áp dụng sản phẩm 2.7.1 Thời gian bền sản phẩm với số loại đồ uống 2.7.2 Thời gian phân hủy sản phẩm môi trường CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ, THẢO LUẬN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 4 4 5 6 6 6 7 7 7 8 8 9 11 11 11 12 12 12 13 16 16 17 23 24 26 26 28 31 32 33 DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Cấu tạo phân tử pectin Hình 1.2 Cây sương sáo Bảng 1.1 Thời gian phân hủy số vật liệu Hình 2.1 Cây sương sáo khơ Bảng 2.1 Nguồn gốc hóa chất Hình 2.2 Một số dụng cụ thiết bị nghiên cứu Sơ đồ 2.3 Quy trình tách chiết tách pectin Hình 2.4 Trộn bột sương sáo với dung mơi Hình 2.5 Lọc dung dich lấy pectin Hình 2.6 Rửa kết tủa Hình 2.7 Sấy kết tủa Bảng 2.2 Ảnh hưởng dung môi đến hàm lượng pectin thô Biểu đồ 2.2 Ảnh hưởng dung môi đến hàm lượng pectin thô Bảng 2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết, trích li đến hàm lượng pectin thơ Biểu đồ 2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết, trích li đến hàm lượng pectin thô Bảng 2.4 Ảnh hưởng thời gian chiết, trich li đến hàm lượng pectin thô Biểu đồ 2.4 Ảnh hưởng thời gian chiết, trich li đến hàm lượng pectin thô Bảng 2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ cô cạn đến hàm lượng pectin thô Biểu đồ 2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ cô cạn đến hàm lượng pectin thô Bảng 2.6 Ảnh hưởng thời gian cô đặc đến hàm lượng pectin thô Biểu đồ 2.7 Ảnh hưởng thời gian cô đặc đến hàm lượng pectin thô Bảng 2.7 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến chất lượng pectin Bảng 2.8 Ảnh hưởng thời gian sấy đến độ ảm pectin Bảng 2.9 Hàm lượng pectin mẫu thu Sơ đồ 2.2 Quy trình sản xuất ống hút Hình 2.8 Trộn nguyên liệu Hình 2.9 Đun sơi ngun liệu Hình 2.10 Tạo hình ống hút Hình 2.11 Ống hút thành phẩm Hình 2.12 Thử nghiệm khả bền nước ống nước Hình 2.13 Sơ đồ khả phân hủy ống hút mơi trường khơng khí Trang 11 11 12 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 22 23 24 24 25 25 25 26 28 Hình 2.14 Sơ đồ khả phân hủy ống hút môi trường đất ẩm 29 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT PLA PVA axit polylactic Poli (vinyl ancol) MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Ống hút nhựa vật dụng ưa chuộng đời sống nhiều người Tuy nhiên loại rác khó phân hủy tác hại ống hút nhựa với môi trường lớn Hiện nay, ống hút nhựa xếp thứ top loại rác khó phân hủy nằm top 10 loại rác thải tìm thấy nhiều nhắc đến vấn đề chất thải đại dương Có tới 8.3 tỷ ống hút nhựa làm nhiễm bãi biển toàn giới Những ống hút nhựa nhỏ bé tưởng chừng vô hại thực chất lại tác nhân lớn gây nguy hiểm cho sức khỏe người làm ô nhiễm mơi trường Vì năm gần đây, nhà khoa học giới Việt Nam tập trung nghiên cứu sản xuất ống hút dễ phân hủy thải mơi trường, nhằm mục đích ngăn ngừa ô nhiễm môi trường Ống hút dễ phân hủy thường sản xuất từ tre, nứa, sậy… từ bột ngô, sắn, gạo dựa PLA Đa số ống hút phân hủy sinh học ngồi thành phần tinh bột phải sử dụng thêm hợp chất chiết xuất từ hóa học glixerol PLA Hầu hết phân hủy phần thời gian phân hủy dài Mặt khác sử dụng ống hút phân hủy sinh học phần gây hại cho người sử dụng chưa sản xuất 100% từ nguyên liệu thiên nhiên Qua kiến thức mơn Hóa học lớp 12 chúng em biết hợp chất pectin hợp chất có khả tạo kết dính đơng tụ có nhiều loại vỏ chuối, cam, chanh… đặc biệt có nhiều sương sáo (thường dùng để nấu thạch đen) Ở Bắc Sơn, sương sáo trồng nhiều nơi với sản lượng lớn Tuy nhiên chưa gây dựng thương hiệu thạch đen Bắc Sơn nên giá thành thạch đen tương đối rẻ khó bán – đời sống nhân dân chưa cao Từ lí chúng em chọn đề tài Tách pectin từ sương sáo ứng dụng sản xuất ống hút phân hủy sinh học Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng quy trình tách pectin từ sương sáo - Thử nghiệm sản xuất ống hút phân hủy sinh học từ pectin thu - So sánh ống hút sản xuất ống hút có thị trường Nội dung phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Tổng quan sương sáo, đặc điểm tích chất pectin Tác hại ống hút nhựa lợi ích, phương pháp sản xuất ống hút phân hủy sinh học - Phương pháp thực nghiệm: + Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến tách pectin từ sương sáo: Nhiệt độ sôi, thời gian đun sôi, lượng nước cho vào đun, thời gian lọc, phương pháp lọc… + Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất ống hút phân hủy sinh học: tỉ lệ tinh bột gạo: pectin, thời gian sấy, nhiệt độ sấy… + Đánh giá khả phân hủy sinh học ống hút - Phương pháp sử lí số liệu: sử dụng phần mềm excel để tính tốn tỉ lệ, vẽ biểu đồ, từ đố đưa số liệu tối ưu việc nghiên cứu Lịch sử nghiên cứu Trên Thế giới Việt Nam có số cơng trình nghiên cứu tách pectin sản xuất ống hút phân hủy sinh học sau: - Ống hút cỏ Green Joy chị Võ Quốc Thảo Nguyên tham gia sark tank - Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm khả phân hủy sinh học polyme từ tinh bột sắn làm màng phủ sinh học Trường Đại học Sao Đỏ năm 2018 - Đề tài “Nghiên cứu sản xuất pectin từ vỏ chuối ứng dụng tạo màng bảo quản thực phẩm” Thạc sĩ Ngô Minh Phương Điểm đề tài - Đưa quy trình tách pectin sản xuất ống hút phân hủy sinh học 100% từ thiên nhiên - Đánh giá khả phân hủy sinh học ống hút sản xuất Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: + Khai thác gần tối ưu cơng dụng, vai trị sương sáo + Đề tài thành công nguồn tư liệu trình giảng dạy Ngồi ra, cịn nguồn tư liệu quan trọng trình nghiên cứu khác + Sản xuất thêm loại ống hút có tác động tích cực đến sống người, mơi trường tự nhiên,… góp phần cho đất nước trở nên phát triển - Ý nghĩa thực tiễn: + Giúp người tiêu dùng tiếp cận với ống hút tự phân hủy sinh học từ sương sáo với giá thành rẻ, chất lượng tốt, an toàn cho sức khỏe,… + Làm tăng giá trị sương sáo, góp phần phát triển kinh tế địa bàn huyện Bắc Sơn + Giảm thiểu ô nhiễm môi trường vấn nạn sử dụng tràn lan ống hút nhựa + Nâng cao ý thức bảo vệ môi trường người dù nhỏ + Truyền cảm hứng tinh thần nghiên cứu học tập cho học sinh, nghiên cứu sinh đam mê mơn hóa học cơng nghệ NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN Tổng quan Pectin 1.1 Khái niệm Pectin polysacarit tồn phổ biến thực vật, thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật Tên gọi pectin bắt nguồn từ từ gốc Hi Lạp “Pectos” có nghĩa hóa gel hay hóa đặc Ở thực vật pectin tồn chủ yếu dạng pectin hòa tan protopectin khơng hịa tan Dưới tác dụng axit, enzyme protopectinaza gia nhiệt protopectin chuyển thành pectin 1.2 Cấu tạo - Pectin polymer acid polygalacturonic este methyl chúng Pectin có nhiều quả, củ thân Trong thực vật, pectin tồn hai dạng: + Dạng protopectin không tan, tồn chủ yếu thành tế bào dạng kết hợp với polysaccharide araban + Dạng hòa tan pectin, tồn chủ yếu dịch tế bào - Các chất pectin polysaccharide, mạch thẳng, cấu tạo từ liên kết mạch phân tử acid D- galacturonic C6H10O7, liên kết với liên kết 1,4glucoside Trong số gốc acid có chứa nhóm methoxyl (-OCH3) Chiều dài chuỗi acid polygalacturonic biến đổi từ vài đơn vị tới hàng trăm đơn vị acid polygalacturonic - Cấu tạo đơn vị chuỗi pectin: Hình 1.1 Cấu tạo phân tử pectin - Phân tử lượng: loại pectin tách từ nguồn khác thay đổi giới hạn rộng tùy theo số phân tử acid galaturonic thường thay đổi phạm vi từ 10.000 ÷ 100.000 Trong hợp chất dạng glucid so chiều dài phân tử pectin cao tinh bột thấp cellulose Ví dụ từ nguồn táo, mận thu pectin có phân tử lượng từ 25.000 ÷ 35.000, pectin lấy từ cam lại có phân tử lượng đạt tới 50.000 1.3 Tính chất - Dạng bột màu trắng vàng, xám, nâu - Có khả tạo gel bền - Pectin khơng tan dung dịch ethanol Trong cồn dung dịch muối pectin bị kết tụ - Bị phá hủy đun nóng nhiệt độ cao thời gian dài làm giảm tính đơng sản phẩm đặc - Pectin tan nước tạo thành dung dịch có tính keo cao Keo pectin có độ nhớt độ bền lớn - Tính chất quan trọng pectin tạo đơng nồng độ thấp (1-1,5%) có mặt đường 60-70% axit 1% Khả tạo đông phụ thuộc vào nguồn pectin, mức độ methoxyl hóa phân tử lượng pectin 1.4 Các phương tách chiết pectin 1.4.1 Chiết tách pectin axit Phương pháp dựa thủy phân protopectin tác dụng axit Nó bao gồm ba giai đoạn: Sự thủy phân protopectin pha rắn dung dịch axit Sự khuếch tán pectin mao quản từ Sự di chuyển pectin qua lớp màng mỏng thoát khỏi vật liệu Pectin vỏ cam bã táo chiết tách dung dịch axit nóng pH = 1– Rolin 2002 Điều kiện chiết tách thời gian, nhiệt độ tỷ lệ dung môi nghiên cứu khác phụ thuộc vào tỷ lệ loại pectin pectin thu nhận mong muốn Tuy nhiên, thông thường nhiệt độ dao động từ 50 đến 100 oC thời gian 0,5h đến 5h 1.4.2 Chiết pectin nước Trong thành tế bào thực vật tồn pectin tự do, ta dễ dàng chiết tách nước Hiệu q trình tăng ta kết hợp chiết pectin nước nóng thời gian dài Tuy nhiên, chiết với nhiệt độ cao thời gian dài ta cần quan tâm đến vấn đề suy thái pectin yếu tố lượng (Simpson, Egyakor 1984) 1.4.3 Chiết pectin tác dụng enzym Sử dụng hỗn hợp enzyme cenlluloza pectinaza để chiết tách pectin Trong đó, enzym cenlulaza có nhiệm vụ phá hủy cenlulose thành tế bào để giải phóng pectin để lộ protopectin cho enzyme pectinasa tương tác thủy phân thành pectin Đây phương pháp thân thiện với môi trường Giới thiệu sương sáo 2.1 Đặc điểm thực vật học phân bố -Tên gọi khác: Sương xáo, Thủy cẩm, Thạch đen -Tên tiếng Anh: Asian grass jelly -Tên khoa học: Mesona chinensis -Các loài tương cận: Mesona procumbens Hemsley, Mesona palustris Phân loại khoa học: Bộ (Order): Hoa môi (Lamiales) Họ (Family): Hoa mơi/Bạc hà (Lamiaceae) Chi (Genus): Cỏ thạch (Mesona) Lồi (Species): Mesona chinensis Cây sương sáo thân thảo năm Cây hoa vào mùa thu, mùa đông -Thân: Cây cao 15-50 cm (có thể đến m) Ít phân nhánh, có lơng thơ, rậm -Lá: Lá ngun, mọc đối, hình trứng hình thn, dày Thon, hẹp gốc, nhọn chóp, dài 3-6 cm, rộng 1-2 cm, mép có hình cưa Cuốn dài 1-2 cm -Hoa: Cụm hoa ngọn, dày đặc vào lúc hoa nở, kéo dài dài tới 1012cm, có bắc màu hồng gốc, hoa có cuống dài, có lơng; đài có lơng, môi trên; tràng trắng hay hồng nhạt, môi thuỳ, mơi to; nhị 2, thị dài, nhị tím -Quả: Quả bế nhẵn, thn, dài 0,7mm Hình 1.2 Cây sương sáo Cây sương sáo (Mesona chinensis Benth.) có nguồn gốc Đơng Đơng Nam Châu Á, phân bố nhiều Đông Nam Trung Quốc, Đài Loan khu vực Đơng Nam Á Lồi mọc mạnh khu vực đất cỏ, đất cát đất khô Ở Việt Nam sương sáo mọc hoang dại vùng rừng núi sau trồng nhiều vùng đồng Đồng sông Cửu Long Miền Đông Nam Bộ 2.2 Thành phần hóa học Chưa thấy tài liệu thành phần hóa học sương sáo Được biết thân, sương sáo có chất pectrin tạo gel, bột thân, khô ngâm vào nước chất gel trương nước tạo thành khối thạch màu đen dùng làm thức uống giải khát Khối thạch đen óng ánh người Việt Nam gọi “sương sáo” 2.3 Công dụng sương sáo Dùng làm thạch giải khát Trong ngày hè nóng nực thạch đen (sương sáo) thứ giải khát vô phổ biến quen thuộc, khơng phải biết thạch đen (sương sáo) cịn tân dược có tác dụng giải nhiệt, giúp q trình chuyển hóa diễn rõ ràng có lợi cho sức khỏe Ngồi dùng làm số vị thuốc chữa tiểu đường, dày… Ống hút phân hủy sinh học 3.1 Phân hủy sinh học Phân hủy sinh học khái niệm phân hủy chất hữu tác động vi sinh vật, chẳng hạn vi khuẩn, nấm thành CO 2, H2O, sinh khối… Nói cách dễ hiểu q trình vật liệu (hay rác thải) tự phân hủy môi trường tác động nhiệt độ, độ ẩm… hỗ trợ vi khuẩn, nấm Thực tế, tất rác thải phải trải qua trình phân hủy Tuy nhiên, tùy thuộc vào loại vật liệu mà có thời gian, tốc độ phân hủy mức độ ảnh hưởng tới môi trường khác Theo đó, có sản phẩm sau sử dụng xong cần – tuần phân hủy hết mà không gây hại tới hệ sinh thái đất nước Đây sản phẩm làm từ vật liệu có khả tự hủy sinh học, thân thiện với mơi trường Ngược lại, có loại phải hàng chục hay hàng triệu năm phân hủy hết, chí chưa xác minh thời gian Ví dụ sản phẩm nhựa bao bì dùng lần (túi nilon, ống hút nhựa…) khơng có khả tự hủy sinh học, gây ô nhiễm môi trường nặng nề Sản phẩm Thời gian sinh học môi trường biển Thời gian sinh học môi trường đất Khăn giấy – tuần – tháng Đồ len năm – năm Lon thiếc 50 năm 50 – 100 năm Lon nhôm 200 năm 80 – 100 năm Chai nhựa 100 năm 450 – 1000 năm Túi nhựa 10 – 20 năm 500 năm đến vô hạn Chai thủy tinh Không xác định triệu năm Bảng 1.1 Thời gian phân hủy số vật liệu Hiện nay, phân hủy sinh học ứng dụng vào mục đích xử lý mơi trường, tảng để sản xuất sản phẩm sinh học có khả phân huỷ thời gian ngắn, giúp giảm thiểu lượng rác thải, bảo vệ môi trường sống trái đất xanh 3.2 Một số vật liệu phân hủy sinh học Hiện khơng khó để tìm vật liệu phân hủy sinh học với giá thành rẻ, tiện dùng, mẫu mã đẹp như: - Giấy: Được sản xuất từ gỗ tự nhiên nguyên liệu phi gỗ, sản phẩm làm từ giấy ly, cốc, dĩa, hộp giấy, túi giấy… tự hủy nhanh – tháng, sử dụng rộng rãi đời sống - Nhựa nguyên sinh: Các sản phẩm hộp nhựa, tô nhựa hay khay nhựa… làm từ nhựa nguyên sinh có khả tái chế Điều vừa bảo vệ sức khỏe sử dụng vừa hạn chế rác thải gây ô nhiễm môi trường - Nhựa sinh học: Túi rác tự hủy, găng tay sinh học… làm từ vật liệu hữu cơ, có thành phần nguồn gốc tự nhiên nên cho khả phân hủy nhanh, từ – 12 tháng mà không gây ô nhiễm môi trường đất, nước - Các chất liệu khác tre, gỗ, cát sa mạc… vật liệu thân thiện cho môi trường, vừa an tồn với sức khỏe, vừa có tuổi thọ bền lâu 3.3 Ống hút tự phân hủy sinh học Sản xuất ống hút tự phân hủy sinh học có ưu điểm như: - Ống hút có thời gian phân hủy sinh học nhanh, dễ dàng sử dụng, ăn chỗ (nêu muốn), không gây hại đến mơi trường mà cịn giúp giảm thiểu số lượng ống hút nhựa dử dụng - Ống hút dai, khó vỡ vận chuyển, dễ bảo quản có thời hạn sử dụng lâu Giá hợp lý, thích hợp cho quán cafe, nhà hàng, khách sạn Ống hút sinh học tự phân hủy không chứa Bisphenol A (BPA) , nhựa Polypropylen (PP).Khơng có phụ gia tăng cường tự phân rã OXO-biodegradable, D2W, EPI, P-life, Reverte - Ống hút an toàn cho sức khỏe người: 19 Từ đó, tăng khả chiết tách thu nhận pectin Tuy nhiên khoảng thời gian từ 2,5 đến 4,0 hàm lượng pectin tăng khơng đáng kể Xuất phát từ phân tích trên, chúng tơi chọn thời gian chiết, trích li 2,5 để nghiên cứu tiếp c, Ảnh hưởng nhiệt độ cô đặc Tiến hành thí nghiệm sơ đồ 2.1 với gam bột sương sáo, 100 ml axit axetic, nhiệt độ chiết, trích li 80oC 2,5 Tiến hành cô đặc dung dịch thu nhiệt độ: 50oC, 60oC, 70oC, 80oC, 90oC, 100oC Các thông số khác giữ nguyên theo sơ đồ 2.1 Tiến hành thí nghiệm lần với mẫu ta thu bảng số liệu sau: Nhiệt độ (oC) Lần thí nghiệm 40 50 60 70 80 90 4.32 7.44 9.25 9.41 8.51 9.34 4.33 7.54 9.13 9.15 8.03 9.62 4.76 7.52 9.78 9.07 8.32 10.17 5.02 7.08 9.24 9.14 8.12 9.73 4.96 7.26 9.18 9.28 8.99 9.98 Trung bình 4.68 7.37 9.32 9.21 8.39 9.77 Bảng 2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ cô đặc đến hàm lượng pectin thô 100 7.41 7.24 7.32 7.08 7.36 7.28 Căn vào bảng số liệu trên, ta có biểu đồ ảnh hưởng nhiệt độ cô đặc đến hàm lượng pectin thô thu sau: 9.32 Hàm lượng pectin % 10 9.21 8.39 7.37 9.77 7.28 4.68 40 50 60 70 80 Nhiệt độ OC 90 100 Biểu đồ 2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ cô đặc đến hàm lượng pectin thô Qua bảng đồ thị ta thấy, nhiệt độ cô đặc khoảng nhiệt độ từ 40oC đến 70 oC lượng pectin chiết tách tăng giảm dần từ 80oC đến 100oC Vì nhiệt độ tăng, tốc độ bay dung mơi tăng làm giàm lượng pectin hịa tan vào dung môi Khi tiếp tục tăng nhiệt độ, tốc độ bay dung môi tăng lượng pectin 20 hịa tan dung mơi tăng dẫn đến hàm lượng pectin thu giảm Căn vào biều đồ ta chọn nhiệt độ cô đặc 70oC để nghiên cứu tiếp d Ảnh hưởng thời gian cô đặc đến lượng pectin thu Tiến hành thí nghiệm sơ đồ 2.1 với gam bột sương sáo, 100 ml axit axetic, nhiệt độ chiết, trích li 80oC 2,5 giờ, đặc 70oC các khoảng thời gian 0,5 giờ; 1,0 giờ; 1,5 giờ; 2,0 giờ; 2,5 giờ; 3,0 giờ; 3,5 giờ; 4,0 Các thông số khác giữ nguyên theo sơ đồ 2.1 Tiến hành thí nghiệm lần với mẫu ta thu bảng số liệu sau: Thời gian (giờ) Lần thí nghiệm 2,0 1,0 1,5 2,5 3,0 3,5 4,0 5.34 8.26 9.54 11.14 11.95 11.98 11.85 5.66 8.12 10.62 11.13 11.75 11.86 11.93 5.52 8.29 9.17 11.16 11.94 11.83 11.91 5.98 8.18 9.83 11.23 11.78 11.88 11.89 5.55 8.38 9.78 11.11 11.98 11.88 11.98 Trung bình 5.61 8.25 9.79 11.15 11.88 11.89 11.91 Bảng 2.6: Ảnh hưởng thời gian cô đặc đến hàm lượng pectin thô Căn vào bảng số liệu trên, ta có biểu đồ ảnh hưởng thời gian cô đặc đến hàm lượng pectin thô thu sau: 11.15 Hàm lượng pectin % 12 11.88 11.89 11.91 9.79 10 8.25 5.61 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Thời gian (giờ) 3,5 4,0 Biểu đồ 2.7: Ảnh hưởng thời gian cô đặc đến hàm lượng pectin thô Qua biều đồ ta thấy hàm lương pectin tăng thời gian cô đặc tăng Tăng nhanh khoảng thời gian từ 1,0 đến 3,0 giờ, tiếp tục tăng chậm khoảng thời gian Vì thời gian đặc tăng lượng pectin tách khỏi dung môi nhiều Tuy nhiên hàm lượng pectin sương sáo mức độ định nên tăng tiếp thời gian đặc hàm lượng pectin có tăng khơng đăng kể 21 Căn vào nhận định, ta chọn thời gian cô đặc 3,0 Thời gian cô đặc vừa đảm bảo hàm lượng pectin thu cao vừa tiết kiệm thời gian lượng e Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến chất lượng pectin Sấy mẫu thu nhiệt độ 40oC, 50oC, 60oC, 70oC, 80oC, 90oC, Các thông số khác giữ nguyên theo sơ đồ 2.1 Quan sát màu sắc mẫu thu từ kết luận nhiệt độ sấy kết tủa để nghiên cứu tiếp Nhiệt độ (oC) Màu sắc pectin 40 50 60 70 80 90 100 Bảng 2.7: Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến chất lượng pectin 22 Căn vào mẫu thu ta chọn nhiệt độ sấy 70oC nhiệt độ thấp dung mơi chưa bay hêt nên màu pectin có màu tối, cịn nhiệt độ q cao pectin bị cháy dẫn tới màu thu có màu đen mùi khét f Ảnh hưởng thời gian sấy đến độ ẩm pectin Sấy mẫu nhiệt độ 70oC khoảng thời gian giờ; 1,5 giờ; giờ; 2,5 giờ; 3,0 giờ; 3,5 giờ; 4,0 Thử độ ẩm nguyên liệu giấy thấm Quan sát màu sắc giấy thấm kết luận thời gian sấy pectin Thời gian Màu sắc giấy thấm (giờ) 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Bảng 2.8: Ảnh hưởng thời gian sấy đến độ ẩm pectin 23 Căn vào mầu sắc giấy thấm ta thấy: độ ẩm pectin giảm tăng thời gian sấy Độ ẩm giảm dần từ 1,0 đến 2,5 giờ, không đổi tiếp tục tăng thời gian sấy Căn vào kết trên, ta chọn thời gian sấy 2,5 giờ, vừa phù hợp mặt kĩ thuật vừa đảm bảo mặt kinh tế 2.5 Xác định pectin chiết tách phương pháp kết tủa canxi pectat Trong mơi trường kiềm, pectin hịa tan giải phóng nhóm methoxyl thành rượu methylic axit pectin tự Định lượng axit pectic sinh cách kết tủa với Ca2+ tạo canxi pectat Rửa sạch, sấy khô cân lượng tủa tạo thành từ tính hàm lượng axit pectic *Cách tiến hành - Bước 1: Xà phịng hóa pectin Cân khoảng 10g mẫu vào bình, cho thêm 100ml NaOH 0,1N Để hỗn hợp vịng để xà phịng hóa hoàn toàn pectin: -Bước 2: Kết tủa axit pectin tự CaCl2 - Lọc hỗn hợp qua giấy lọc thêm 50ml CH3COOH 1N vào dịch lọc - Sau phút, thêm 50ml CaCl2 2N giữ - Đun sôi hỗn hợp phút lọc qua giấy lọc sấy đến khối lượng không đổi (m1) -Bước 3: Rửa kết tủa xác định khối lượng kết tủa - Rửa kết tủa canxi pectat nước cất nóng đến khơng cịn ion Cl- (thử nước rửa dung dịch AgCl 1% đến khơng có tủa trắng) - Cho giấy lọc có kết tủa vào tủ sấy, sấy đến khối lượng không đổi cân (m2) Tiến hành xác định pectin lần Ta thu kết sau: Lần thí nghiệm Trung bình Khối lượng Khối lượng Khối lượng Hàm mẫu (g) giấy lọc (g) kết tủa (g) lượng (%) 10 0.89 11.23 95.13 10 0.91 11.01 92.92 10 1.01 11.21 93.84 10 0.94 11.15 93.93 Bảng 2.9: Hàm lượng pectin mẫu thu Căn vào kết pectin thu mẫu tách từ sương sáo Ta thấy hàm lượng pectin nguyên chất (93,93%) Căn vào quy trình tách pectin đánh giá chất lượng mẫu pectin thu quy trình tách pectin hợp lí có khả áp dụng sản xuất với quy mô lớn 24 2.6 Chế tạo ống hút phân hủy sinh học phịng thí nghiệm * Hóa chất, dụng cụ - Hóa chất: Tinh bột gạo, pectin tách được, nước - Dụng cụ: Máy say sinh tố, Bếp ga đơn, Dụng cụ ép tự chế từ bơm kim tiêm, Tủ sấy, Một số cốc thủy tinh, đũa thủy tinh, thìa… phịng thí nghiệm * Cách tiến hành Trên sở nghiên cứu lí thuyết chúng em dự kiến đưa quy trình chế tạo ống hút phân hủy sinh học từ pectin thu Như sau Nguyên liệu (Tinh bột gạo + pectin + nước) Phối trộn ↓ Hỗn hợp nguyên liệu Đun sôi ↓ Phôi Thiết bị đùn ↓ Ống hút ẩm Sấy (60oC, 6h) ↓ Ống hút khô Gia công (Cắt, gọt, mài) ↓ Ống hút thành phẩm Sơ đồ 2.2: Quy trình sản xuất ống hút Tiến hành sản xuất thử ống hút phân hủy sinh học từ pectin tinh bột sau: - Bước 1: Trộn nguyên liệu + Cân 50g tinh bột + 25g pectin + 50ml nước cho vào cốc say sinh tố Dùng đũa thủy tinh khuấy + Trộn máy say sinh tố (số 1) thời gian phút Hình 2.8: Trộn nguyên liệu 25 - Bước 2: Đun sôi nguyên liệu + Chuẩn bị xong nước sôi + Dũng đũa thủy tinh khuấy hỗn hợp bếp cách thủy (15 phút) đến hỗn hợp đặc lại Hình 2.9: Đun sơi ngun liệu - Bước 3: Tạo hình ống hút + Nén nguyên liệu vào bơm tiêm + Đùn nguyên liệu thành hình ống hút Hình 2.10: Tạo hình ống hút - Bước 4: Sấy ống hút + Xếp ống hút vào khay máy sấy + Điều chỉnh nhiệt độ máy sấy 60oC vịng 6h để làm khơ ống tăng khả chịu lực ống, thời gian bảo quản - Bước 5: Gia cơng sản phẩm đóng gói bảo quản + Gia cơng: sản phẩm sau sấy cắt gọi mài nhẵn + Bảo quản: Cho vào túi, đóng gói bảo quản Hình 2.11: Ống hút thành phẩm 26 2.7 Đánh giá khả áp dụng sản phẩm 2.7.1: Thời gian bền sản phẩm với sơ loại đồ uống Trong thí nghiệm này, chúng em thử nghiệm nhúng ống hút vào số loại đồ uống thông dụng như: trà sữa, soda, trà chanh, milo thời gian 0,5h Quan sát độ trương ống, quan sát cảm quan khác từ kết luận độ bền ống sử dụng làm ống hút Hình 2.12: Thử nghiệm khả bền nước ống nước Sau 0,5 lấy ống để xem độ bền ống ta nhận thâý ống cịn ngun hình dạng, chưa bị biến dạng vị ống xử lí nhiệt Vì xử lí nhiệt làm tăng khả chịu lực khả chống hút ẩm Căn vào thí nghiệm trên, ta thấy ống hút chúng em đủ điều kiện để dùng cho quán trà sữa, tra tranh đồ uống thông thường Chúng em áp dụng sử dụng thử số quan trà sữa, trà chanh xung quanh trường Đã xin đánh giá cảm quan thầy có chun mơn lĩnh vực Hóa – Sinh sản phẩm ống hút gồm: Thành viên Trịnh Thị Nhạn Dương Thị Hồng Hồng Thúy Chun Ngơ Ngọc Hùng Nguyễn Ngọc Tú Theo tiểu chí mức điểm cho tiêu chí tối đa điểm trạng thái, tính – lí, màu sắc, mùi sản phẩm sau: Hệ số Điểm chưa Tên tiêu quan có trọng Yêu cầu trọng lượng Bề mặt mỏng mịn không thấm nước Bề mặt mỏng mịn, thấm nước Trạng thái 1,5 Bề mặt mịn, thấm nước Bề mặt nhăn, thấm nước Bề mặt nhăn, nứt vỡ, hút nước 27 5 Sản phẩm bị hỏng Cứng, dẻo, không bị biến dạng Dẻo, đàn hồi khơng cao Dẻo Tính chất 1,2 – li Khả đàn hồi không tốt Mủn, dễ đứt vỡ Sản phẩm bị hỏng Màu Vàng nâu Màu vàng đen Màu vàng Màu sắc 0,8 Màu vàng đục Màu vàng đục, có vẩn bọt bề mặt Sản phẩm bị hỏng Mùi thơm hòa hợp đặc trưng cho sản phẩm, khơng có mùi lạ Mùi thơm 0,5 Thống mùi thơm, đặc trưng cho sản Mùi phẩm Nồng mùi, đặc trưng cho sản phẩm Có mùi khó chịu Sản phẩm hư hỏng Bảng 2.10: Thang điểm cảm quan sản phẩm ống hút phân hủy sinh học tiêu chí đánh giá Thu kết sau : Trung Trùng bình Hệ số bình có Tổng Điểm thành viên chưa có quan điểm trọng Chỉ tiêu trọng lượng trọng lượng Trạng thái 5 23 4.6 1.5 6.9 Tính chất – lí Màu sắc Mùi 5 4 22 4.4 1.2 5.3 4 4 4 4 19 19 3.8 3.8 0.8 0.5 3.0 1.9 17.1 Tổng điểm Bảng 2.11: Đánh giá cảm quan ống hút phân hủy sinh học Căn vào bảng ta thầy mặt cảm quan đáp ứng yêu cầu người tiêu dùng trạng thái, màu sắc mùi 2.7.2: Thời gian phân hủy sản phẩm mơi trường - Thí nghiệm 1: Phân hủy mơi trường khơng khí Để khảo sát khả phân hủy môi trường không khí: Ta đưa sản phẩm ngồi mơi trường khơng khí phịng thí nghiệm Hóa – Sinh, Trường THPT Vũ Lễ 28 Đánh giá phân hủy ống hút mơi khơng khí dựa vào trạng thái sản phẩm, độ tổn hao khối lượng tượng bị nấm, mốc Ống hút Đưa môi trường khơng khí – Điều kiện nhiệt độ thường 27oC - 35oC Quan sát, đánh giá sản phẩm 15 ngày 30 ngày 45 ngày Đưa kết luận Hình 2.13 Sơ đồ khả phân hủy ống hút môi trường khơng khí Q trình phân hủy ống hút quan sát sau thời gian định kỳ 15 ngày thông qua biến đổi trạng thái, độ bền xuất hiện tượng mốc (c) 45 ngày (b) 30 ngày (a) 15 ngày Hình 2.14: Hình ảnh ống hút để ngồi mơi trường khơng Sau thời quan sát, thu kết phân hủy sinh học ống hút từ sương sáo mơi trường khơng khí sau: Thời gian quan sát đánh giá Độ tổn hao khối lượng (%) 15 ngày 30 ngày 45 ngày Bắt đầu thay đổi Bắt đầu xuất 3,2 Không thay đổi trạng thái nấm mốc Bảng 2.12: Khảo sát khả phân hủy ống hút mơi trường khơng khí Qua bảng trên, ta thấy thời gian bắt đầu phân hủy khơng khí 30 ngày sau sử dụng, đến ngày thứ 45 bắt đầu phân hủy nhanh Chứng tỏ ống hút chúng em bền với mơi trường khơng khí dễ bị phân hủy sau 30 ngày Nhanh sản phẩm ống hút có thị trường ống hút nhựa - Thí nghiệm 2: Phân hủy mơi trường đất ẩm Để khảo sát khả phân hủy mơi trường đất, ta đưa ống hút góc sân trường THPT Vũ Lễ Đánh giá phân hủy ống hút môi trường đất ẩm dựa vào trạng thái sản phẩm, độ tổn hao khối lượng 29 Ống hút Chôn đất Quan sát, đánh giá sản phẩm Thời gian: 15 ngày Thời gian: 45 ngày Thời gian: 30 ngày Đưa kết luận Hình 2.15 Sơ đồ khả phân hủy ống hút mơi trường đất ẩm Q trình phân hủy ống hút quan sát sau thời gian định kỳ 10 ngày thông qua biến đổi trạng thái, độ bền xuất hiện tượng mốc Đánh giá phần khối lượng ông hút đất: Ống hút chôn vùi đất Sau thời gian định kỳ, ống hút lấy lên cân lại để xác định % khối lượng tổn hao (c) 45 ngày (b) 30 ngày (a) 15 ngày Hình 2.16: Hình ảnh ống hút để ngồi mơi trường đất ẩm Sau thời quan sát, thu kết phân hủy sinh học ống hút từ sương sáo môi trường đất ẩm sau: Thời gian quan sát đánh giá Độ tổn hao khối lượng (%) 15 ngày 30 ngày 45 ngày 10,85 Bắt đầu thay đổi trạng thái Bắt đầu xuất nấm mốc Xuất nhiều nấm mốc Bảng 2.13: Khảo sát khả phân hủy ống hút môi trường đất ẩm Qua bảng trên, ta thấy thời gian bắt đầu phân hủy đất ẩm 15 ngày sau chơn vùi vào đất, đến ngày thứ 45 bắt đầu phân hủy nhanh Chứng tỏ ống hút phân hủy nhanh môi trường đất ẩm 30 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1: Điều kiện tối ưu cho quy trình tách pectin từ sương sáo Từ kết trên, ta đưa điều kiện tối ưu tách pectrin từ sương sáo sau: - Dung môi: sử dụng axit axetic nồng độ 5% Lựa chọn vừa đẩm bảo mặt kĩ thuật vừa đảm bảo mặt kinh tế - Chiết, trích li 80oC 2,5h Vì pectin sương sáo bền so với pectin số nguyên liệu khác vỏ chuối, vỏ cam… nên phải thực nhiệt độ cao - Cô đặc dung dịch nhiệt độ 70oC 3,0h - Sấy pectin nhiệt độ 70oC 2,5 Với điều kiện trên, tách pectin sương sáo với thành phần phần trăm 11,88% theo khối lượng sương sáo khô Tỉ lệ cao Đã xác định hàm lượng pectin mẫu thu phương pháp kết tủa canxi pectat cho hàm lượng 93,93% Với điều kiên trên, đề xuất quy trình tách pectin với quy mơ lớn sau: Nguyên liệu: axit axetic (1 : 20) Chiết, trích li 80oC, 2,5h Lọc Dịch lọc 700C, 3,0h Cô đặc Kết tủa, Lọc Cồn 96° Cồn 96° ( 2:1) Rửa tủa Sấy 700C, 2,5h Nghiền nhỏ Pectin thô Sơ đồ 3.1: Quy trình tách chiết tách pectin từ sương sáo 31 3.2 Thử nghiệm sản xuất ống hút phân hủy sinh học từ bột pectin Để kiểm nghiệm khả tạo gel đông cứng pectin thu được, chúng em thử nghiệm sản xuất ống hút phẩn hủy sinh học từ tinh bột gạo bột pectin với quy trình sau: Nguyên liệu (Tinh bột gạo + pectin + nước) (2:1:2) Phối trộn ↓ Hỗn hợp nguyên liệu Đun sôi cách thủy ↓ Phôi Thiết bị đùn ↓ Ống hút ẩm Sấy (60oC, 6h) ↓ Ống hút khô Gia công (Cắt, gọt, mài) ↓ Ống hút thành phẩm Sơ đồ 3.2: Quy trình sản xuất ống hút từ bột pectin Đã đánh giá khả áp dụng ống hút phân hủy sinh học thực tế: - Về mặt cảm quan: bề mặt nhãn mịn, thấm nước, tính chất li tương đối đảm bảo, có mùi thơm đặc trưng Có khả sử dụng cho lữa tuổi với số loại đồ uống trà chanh, trà sữa, nước ngọt, milo - Có khả phân hủy mơi trường khơng khí đất ẩm nhanh so với sản phẩm ống hút nhựa ống hút phân hủy sinh học có thị trường 32 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Với đề tài Tách pectin từ sương sáo ứng dựng sản xuất ống hút phân hủy sinh học nhóm nghiên cứu thu kết sau: - Đưa quy trình tách pectin vừa có hiệu mặt kĩ thuật vừa có hiệu mặt kinh tế - Đưa quy trình sản xuất ống hút phân hủy sinh học khơng cần máy móc q đắt tiền có khả áp dụng thực tế Với pectin tách có khả tạo gel đơng cứng cao Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu ứng dụng pectin thu vào số lĩnh vực có lợi nhuận kinh tế cao như: Y học, công nghiệp tạo màng, đồ dùng gia dụng Do thời gian nghiên cứu có hạn nên sản phẩm ống hút làm chưa có nhiều mẫu mã chủng loại Trong gian tới, nhóm nghiên cứu mong nhận hợp tác giúp đỡ quan chức năng, nhà đầu tư để sản xuất nhiều ống hút với mẫu mã, chủng loại đa dạng góp phần bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng, bảo vệ mơi trường góp phần phát triển kinh tế địa phương 33 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Đỗ Quang Kháng, Đỗ Trường Thiện, Nguyễn Văn Khôi (1995), “Vật liệu tổ hợp polyme - ưu điểm ứng dụng”, Tạp chí hoạt động khoa học, 10, tr.37 - 41 Đỗ Quang Kháng (2013), Vật liệu polyme - vật liệu polyme tính cao, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ Hà Nội Andrew Ciesielski (1999), An Introduction to Rubber Technology, Rapra Technology Limited, United Kingdom A Das,, K.W Sto ¨ckelhuber, R Jurk, M Saphiannikova, J Fritzsche, H Lorenz,M Klu¨ppel, G Heinrich (2008), “Modified and unmodified multiwalled carbon nanotubes in high performance solution-styrene-butadiene and butadiene rubber blends”, Polymer, 49, pp 5276-5283 https://www.youtube.com/watch?v=BaZxR_EUIOM https://laxanh.net/ong-hut-phan-huy-sinh-hoc-hoan-toan-hut-sua-cho-be Sách giáo khoa Hóa học lớp 12, NXB Giáo dục ... đời sống nhân dân chưa cao Từ lí chúng em chọn đề tài Tách pectin từ sương sáo ứng dụng sản xuất ống hút phân hủy sinh học Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng quy trình tách pectin từ sương sáo -... Đưa quy trình tách pectin sản xuất ống hút phân hủy sinh học 100% từ thiên nhiên - Đánh giá khả phân hủy sinh học ống hút sản xuất Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: + Khai... có tuổi thọ bền lâu 3.3 Ống hút tự phân hủy sinh học Sản xuất ống hút tự phân hủy sinh học có ưu điểm như: - Ống hút có thời gian phân hủy sinh học nhanh, dễ dàng sử dụng, ăn chỗ (nêu muốn),