THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆPNGÀNH CN HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM MÀNG TINH BỘT OXI HÓA-CHITOSAN: ĐÁNH GIÁ CÁC TÍN
TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU
Giới thiệu về tinh bột
Tinh bột (C6H10O5)n là một carbohydrate có thể phân hủy sinh học, gồm một số lượng lớn các đơn vị glucose được liên kết bởi các liên kết glycoside (Nasrollahzadeh et al., 2020) Tinh bột là nguồn nguyên liệu dồi dào và rẻ tiền được ứng dụng nhiều trong nông nghiệp, y học và bao bì (H Liu et al., 2013) Tinh bột là nguồn dự trữ carbohydrate phong phú nhất trong thực vật, được tìm thấy trong lá, hoa, quả, hạt và các loại thân rễ khác nhau Tinh bột được hình thành trong lục lạp của lá xanh và amiloplast, bào quan chịu trách nhiệm tổng hợp dự trữ tinh bột từ củ (Smith, 2001) Quá trình tổng hợp tinh bột xảy ra trong quá trình quang hợp, trong khi thức vật và amyloplast tiêu thụ tinh bột vào ban đêm Tinh bột được tích tụ ở nồng độ cao trong cấu trúc sinh sản như hạt, cấu trúc sinh dưỡng (củ, thân), trái cây như chuối, rễ (sắn, khoai) Tinh bột này sau đó được sử dụng trong các giai đoạn phát triển khác nhau của thực vật như nảy mầm, nảy chồi và chín quả (Schmiele et al., 2018a) Tinh bột sắn được lấy từ rễ cây sắn và tìm thấy ở các vùng xích đạo giữa chí tuyến Bắc và chí tuyến Nam Cây sắn có các tên gọi khác nhau tùy theo khu vực: yucca (Trung Mỹ), khoai mì (Ấn Độ và Malaysia), sắn (Châu Phi và Đông Nam Á) (Breuninger et al., 2009) Trong thực vật, tinh bột được tìm thấy ở các tế bào chloroplast được tổng hợp trong quá trình quang hợp và tiêu thụ vào ban đêm của cây và cũng như trong cấu trúc amyloplast Ở cấu trúc amyloplats, quá trình tổng hợp và phân giải tinh bột diễn ra ở các thời điểm khác nhau Tinh bột được tích tụ ở nồng độ cao trong các cấu trúc sinh sản như hạt, cấu trúc thân cây như củ và thân, quả như chuối, quả sấu và các loại quả khác, cũng như trong rễ như sắn và khoai môn Sự dự trữ tinh bột này sẽ được sử dụng trong các giai đoạn khác như nảy mầm, nảy chồi, chín quả và các giai đoạn khác (BeMiller & Whistler, 2009) Tinh bột được sử dụng nhiều mục đích khác nhau trong thực phẩm bao gồm làm chất làm đặc, chất thay thế chất béo…Ngoài ra, trong các lĩnh vực khác tinh bột được sử dụng ngày càng một nhiều trong một số ngành công nghiệp như giấy, dệt may, mỹ phẩm, bao bì… (BeMiller & Whistler, 2009)
Cấu trúc hóa học và đặc điểm chung của hạt tinh bột
2.2.1 Cấu trúc hóa học của hạt tinh bột
Tinh bột được cấu tạo từ hai phân tử amylose và amylopectin Ở một số số loài đột biến, hạt tinh bột có thể chứa gần 100% amylopectin Ngoài amylose và amylopectin, hạt tinh bột còn có một số thành phần phụ khác như protein, lipid, chất vô cơ và polysaccharide (Cui, 2005a) Về mặt hóa học, tinh bột bao gồm cả amylose (thường là 18-33%) và amylopectin (thường là 67-82%) Cả hai polymer này bao gồm các đơn vị α-D- glucose được kết nối thông qua liên kết α-1,4 và liên kết α-1,6 (Buléon et al., 1998)
Amylose thực chất là một đại phân tử bao gồm các gốc α-D- glucose được liên kết với nhau chủ yếu bằng liên kết α-1,4- glycoside (Cui, 2005a) Khối lượng phân tử từ 10 5 -10 6 g.mol -1 Amylose có khả năng tạo phức với lipid rất tốt do cấu trúc xoắn ốc của nó, và có thể ở dạng tự do hoặc dạng phức hợp với lipid (Schmiele et al., 2018b) Amylopectin là một polysaccharide phân nhánh cao của tinh bột Cấu trúc bao gồm các gốc α-D-glucose được liên kết chủ yếu bởi các liên kết α-1,4 như trong amylose nhưng tỷ lệ lớn hơn của các liên kết α-1,6 mang lại cấu trúc phân nhánh cao Amylopectin là một trong những phân tử sinh học lớn và khối lượng phân tử của nó tử 10 6 -10 9 g.mol -1 (Cui, 2005a)
Hình 2 1 Hình ảnh họa tiết cấu trúc cơ bản của amylose và amylopectin cùng với việc đánh dấu các nguyên tử và góc xo ắ n (Pérez & Bertoft, 2010)
2.2.2 Đặc điểm chung của hạt tinh bột
Tinh bột bao gồm amylose và amylopectin được lưu trữ dưới dạng hạt có kích thước và hình dạng khác nhau (Cornejo-Ramírez et al., 2018) Kích thước hạt ảnh hưởng đến các tính chất hóa lý của tinh bột cũng như các phương pháp được sử dụng trong quá trình tinh chế tinh bột (Lindeboom et al., 2004)
2.2.2.1.Hình thái hạt tinh bột
Hình 2 2 Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi quang học ánh sáng phân cực (phần trong) của các hạt tinh bột tự nhiên từ các cây trồng khác nhau: (a) khoai môn, (b) hạt dẻ, (c) ngô, (d) sắn, (e) ngô, (f) chuối xanh (Pérez & Bertoft, 2010)
Các hạt tinh bột chủ yếu được tìm thấy trọng hạt, rễ, củ nhưng cũng được tìm thấy trong thân, lá, quả và thậm chí ở trong phấn hoa Hạt tinh bột có đủ hình dạng và kích cỡ khác nhau (hình cầu, hình elip, hình đa giác, tiểu cầu) Kích thước của chúng siêu nhỏ nằm trong khoảng từ 0,1 đến ít nhất 200μm, tùy thuộc vào nguồn thực vật (BeMiller & Whistler, 2009) Tinh bột khoai tây có hạt lớn nhất trong các loại tinh bột Kích thước của hầu hết các loại hạt tinh bột ngũ cốc nhỏ hơn củ và tinh bột đậu (Cui, 2005a) Hạt tinh bột sắn có kích thước từ 5-35μm, có hình bầu dục và cắt ngắn trên mặt (Hoover, n.d.)
Cấu trúc tinh thể của tinh bột có thể được quan sát bằng kỹ thuật tán xạ tia X để xác định (Sánchez-González et al., 2015) Cấu trúc tinh thể tinh bột được hình thành trong các sản phẩm tinh bột từ các phân đoạn amylose và amylopectin Căn cứ giản đồ nhiễu xạ tia X, tinh bột có bốn loại cấu trúc tinh thể (A, B, C và V) (Zobel, n.d.) Loại A được xem là phổ biến nhất của các loại tinh bột có nguồn gốc từ ngũ cốc và có tính ổn định cao, với sự tổ chức và sắp xếp chặt chẽ của các phân tử glucose thành các khối tinh thể đặc biệt Tinh bột củ và rễ, tinh bột thoái hóa, tinh bột amylomaize thường cho mẫu loại B Cấu trúc tinh thể loại B được hình thành bởi sợi xoắn kép song song được sắp xếp theo hình lục giác và trong cấu trúc này có 36 phân tử nước (Cui, 2005a) Loại C được tìm thấy ở một số thực vật như chuối và đậu Loại V là điển hình của phức hợp amylose với lipid… (Cui, 2005a) Tinh bột loại A có nhiệt độ nóng chảy cao hơn và ổn định hơn tinh bột loại B (Qdley, 1987)
Hình 2 3 Cấu trúc tinh thể của loại A và loại B (Harold et al., 1978)
Hình 2 4 Giản đồ tán xạ tia X của tinh thể loại A, B, C và V (Zobel, n.d.)
Mức độ kết tinh của tinh bột dao động từ 15%-45% Mức độ kết tinh của tinh bột phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn gốc của tinh bột, điều kiện môi trường, quá trình xử lí và lưu trữ (Zobel, n.).d
2.2.2.3.Phổ FTIR của tinh bột
Quang phổ hồng ngoại FTIR là một kỹ thuật phân tích và được sử dụng để xác định đặc tính và phân loại nhanh các mẫu tinh bột Các vùng phổ được phân chia rõ ràng, bao gồm vùng dưới 800 cm -1 ,800-1500 cm -1 (vùng vân tay), vùng kéo dài CH từ 2800-3000 cm -
1 và cuối cùng là vùng kéo dài OH từ 3000-3600 cm -1 (Kizil et al., 2002) Phổ hồng ngoại của tinh bột đều thể hiện nhiều đỉnh phức tạp ở dải sóng thấp (dưới 800 cm -1 ) do sự dao động phức tạp đặc trưng của vòng pyranose Vùng bước sóng 800 cm -1 - 1500 cm -1 cung cấp phổ với nhiều đỉnh chồng chéo và phức tạp khiến cho việc xác định dải chính xác trở nên khó khăn (Tu et al., 1979) Dải hồng ngoại tương ứng với nước được hấp phụ trong các phần vô định hình của tinh bột nằm ở vùng 1550- 1750 cm -1 (Kizil et al., 2002) Phổ hấp thụ FTIR của tinh bột cho thấy các bước sóng tại 1242 cm -1 là do gốc CH2OH và C-O-H Bước sóng
1163 cm -1 là do các chế độ ghép nối của gốc C-O và C-C kéo dài Dải hồng ngoại ở 1344 cm -1 bắt nguồn từ sự chuyển động của gốc CH2 (Cael et al., 1975) Các dải dao động (uốn cong và biến dạng) liên quan đến các nguyên tử carbon và hydro có thể được quan sát thấy trong vùng 1500-3000 cm -1 Vùng 2800-3000 cm -1 thể hiện sự kéo dài đặc trưng của nhóm C-H Chế độ kéo dài O-H của tinh bột từ 3000-3600 cm -1 trong phổ FTIR (Bashir & Aggarwal, 2019; Kizil et al., 2002).
Phương pháp oxy hóa tinh bột bằng sodium periodate (NaIO 4 )
Tinh bột tự nhiên có những hạt chế nhất định nên khó đáp ứng được các yêu cầu khác nhau trong chế biến thực phẩm (Bashir & Aggarwal, 2019) Để khắc phục những hạn chế trên người ta đã tiến hành biến tính tinh bột để cải thiện các đặt tính của gel, khả năng giữ nước, độ pH, nhiệt độ và độ bền, tăng khả năng tiêu hóa, khả năng trương nở trong nước lạnh Bên cạnh đó, tinh bột biến tính còn được ứng dụng là chất nhũ hóa, chất ổn định nhũ tương, vật liệu đóng gói, tạo màng (Gani et al., 2012; S Singh et al., 2011) Hiện nay có nhiều phương pháp được áp dụng để biến tính tinh (Bhat & Karim, 2009; Kaur et al., 2012;
Bao gồm các kỹ thuật sau:
+ Phương pháp hóa học: được áp dụng để biến tính tinh bột nhằm tạo sự ổn định giữa các phân tử tinh bột, giúp tăng khả năng kháng va đập, kháng axit và sự thủy phân ở nhiệt độ cao, cũng như tăng độ nhớt theo mong muốn và cải thiện khả năng tương tác với các ion và các chất điện ly (Cui, 2005b) Một số phương pháp phổ biến có thể kể đến như oxy hóa, tạo liên kết ngang, ester hóa, ether hóa và cation hóa
+ Phương pháp sử dụng enzyme: là một phương pháp an toàn cho con người và môi trường (Zhang & Hamaker, 2009) Hiện nay, enzyme amylase là loại enzyme được sử dụng phổ biến nhằm tạo ra tinh bột có cấu trúc tốt hơn, cải thiện được độ ngọt và khả năng hóa nâu (Chiu & Solarek, 2009)
+ Phương pháp di truyền: tạo ra tinh bột không có amylose, tinh bột có hàm lượng amylose cao, tinh bột bị biến đổi cấu trúc amylopectin
+ Các phương pháp vật lý: hồ hóa sơ bộ, nghiền bột, ủ, xử lý nhiệt-ẩm, sấy khô tinh bột, xử lý bức xạ, biến tính cắt
Tuy nhiên, enzyme dễ bị hạn chế bởi nhiệt độ, áp suất, pH và các ion muối, và khó kiểm soát quá trình phản ứng, tốn nhiều thời gian có ứng dụng hạn chế trong ngành công nghiệp thực phẩm và các lĩnh vực liên quan (M Li et al., 2018) Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học giúp tạo sự ổn định giữa các phân tử; giúp tăng khả năng kháng và đập, kháng axit và sự thủy phân ở nhiệt độ cao, giúp tinh bột đạt được độ nhớt mong muốn cũng như cải thiện khả năng tương tác với các ion và các chất điện ly (Cui, 2005a) Có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng như oxy hóa, tạo liên kết ngang, ester hóa, ether hóa, cation hóa…
Tinh bột oxy hóa là một trong những sản phẩm tinh bột biến tính khá phổ biến, có nhiều tính chất và ứng dụng khác nhau Quá trình oxy hóa xảy ra khi nhóm hydroxyl đầu tiên của phân tử tinh bột chuyển hóa thành nhóm carbonyl và carboxyl, từ đó dẫn đến sự thay đổi tính chất vật lý và hóa lý của tinh bột Hàm lượng của các nhóm carbonyl và cacboxyl trong phân tử tinh bột cho biết mức độ oxy hóa của tinh bột đó Ở pH và nhiệt độ thích hợp tinh bột có thể bị oxy hóa bởi sodium hypochlorite, chromic acid, nitrogen dioxide, ozone và periodate (Kuakpetoon & Wang, 2001; Vanier et al., 2017) Periodate là một chất oxy hóa có tính chọn lọc cao, nó sẽ tiến hành cắt liên kết C2-C3 của các đơn vị anhydroglucose với sự hình thành các nhóm dialdehyde (McGuire & Mehltretter, 1971; Veelaert et al., 1995) Tinh bột được oxy hóa bằng sodium periodate (NaIO4) ở nhiệt độ và
11 độ pH nhất định Các nhóm dialdehyde phản ứng cao trong tinh bột có thể được sử dụng làm chất tạo liên kết ngang Do đó, hầu hết các ứng dụng của tinh bột dialdehyde dựa trên phản ứng liên kết ngang.
Màng phân hủy sinh học
Màng phân hủy sinh học là một sản phẩm góp phần bảo vệ môi trường Được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đóng gói, màng phân hủy sinh học được làm từ các polymer có khả năng phân hủy sinh học, bổ sung thêm các chất phụ gia như chất hóa dẻo, chất nhũ hóa để cải thiện thêm tính chất vật lý và cơ lý Để đáp ứng tiêu chuẩn phân hủy sinh học, tất cả các thành phần màng phải được phân hủy do hoạt động của vi sinh vật và chuyển hóa thành nước, carbon dioxide, metan và sinh khối tế bào mới (Coelhoso et al., 2012)
Trong vài năm gần đây, việc phát triển các vật liệu thân thiện với môi trường thay thế nhựa gốc dầu đã trở thành một chủ đề quan trọng thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu Sự phát triển này nhằm giải quyết các vấn đề về môi trường và giảm sự phụ thuộc vào nguồn dầu mỏ có hạn Tuy nhiên, việc thay thế nhựa tổng hợp không phân hủy sinh học đòi hỏi sự phát triển các vật liệu chi phí thấp với các đặc tính có thể cạnh tranh trên thị trường bao bì (Psomiadou et al., 1996; Sánchez-González et al., 2015)
Từ những năm 1970, các polymer sinh học phân cực như polysaccharides và protein đã được nghiên cứu như những chất thay thế tiềm năng cho polymer tổng hợp trong ngành công nghiệp phim và nhựa Những kỹ thuật truyền thống để xử lý polymer nhiệt dẻo đã được áp dụng cho các polymer ưa nước như tinh bột và gelatin Tuy nhiên, nhược điểm chính của vật liệu polymer sinh học là tính chất cơ học kém Nhược điểm này đã được khắc phục bằng cách trộn tinh bột với polymer tổng hợp, tạo ra vật liệu có thể phân hủy sinh học với các đặc tính cơ học được cải thiện (Escamilla-García et al., 2018)
Trong những năm gần đây, người ta lại quan tâm đến màng làm từ polymer tự nhiên và có thể tái tạo được như tinh bột Màng ăn được hay màng phân hủy sinh học không hoàn toàn thay thế màng đóng gói tổng hợp, tuy nhiên chúng có khả năng thay thế bao bì thông thường trong một số ứng dụng Việc sử dụng một loại polymer sinh học như tinh bột có thể là một giải pháp thú vị vì polymer này rẻ, phong phú, có thể phân hủy sinh học và ăn được (Mali et al., 2006)
2.4.3 Phân loại Để phân loại màng, chúng ta có thể dựa trên nhiều tiêu chí như thành phần hóa học, phương pháp tổng hợp, phương pháp xử lý, hay ứng dụng của chúng Vật liệu phân hủy sinh học được chia làm hai loại chính: màng tự nhiên được tổng hợp từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên như tinh bột, cellulose và màng tổng hợp được sản xuất từ các loại dầu thô Việc phân loại màng giúp ta hiểu rõ hơn về tính chất và đặc tính của chúng, từ đó chọn lựa và ứng dụng màng phù hợp cho từng mục đích sử dụng (Ehsani et al., 2022)
Màng phân hủy sinh học tự nhiên sử dụng các vật liệu khác nhau, bao gồm:
- Polysaccharide: tinh bột, cellulose, chitin, chitosan, carrageenan…
- Protein: gelatine, gluten lúa mì…
- Lipid: dầu thực vật, mỡ động vật
- Polyesters: polylactic acid (PLA), Poly(lactide-co-glycolide) (PLGA)
Màng phân hủy sinh học tổng hợp sử dụng các vật liệu khác nhau, bao gồm:
- Polyurethane aliphatic: Polyhydroxyalkanoates (PHAs), Poly (butylene succinate) (PBS), Poly (ε-caprolactone) (PCL)
2.4.4 Các nguyên liệu bổ sung trong quá trình tạo màng
Trong số các vật liệu màng ăn được khác nhau có sẵn, chitosan được chú ý đáng kể vì các đặc tính độc đáo của nó (Y Xu et al., 2018) Chitosan là polymer sinh học phong phú thứ hai sau cellulose Trong tự nhiên có thể được tìm thấy trong côn trùng, vỏ sò, động vật thân mềm, tôm, cua, nấm…Nó cũng có thể bắt nguồn từ chitin (bộ xương của nhiều sinh vật sống, đặc biệt là côn trùng) bằng cách deacetyl hóa nó (Ehsani et al., 2022)
Ngày nay, chitosan được sản xuất ở các mức độ deacetyl hóa và khối lượng phân tử khác nhau Polymer sinh học này được tiết lộ là hữu ích cho một số ứng dụng như làm sạch nước, làm trong và khử chua nước trái cây, hình thành màng phân hủy sinh học và bảo quản thực phẩm khỏi sự hư hỏng của vi sinh vật (Shahidi et al., n.d.)
Hình 2 5 Cấu trúc của chitin deacetyl hóa thành chitosan (Ehsani et al., 2022)
Chitosan là một polysaccharide mạch thẳng được hình thành bởi sự phân bố ngẫu nhiên của hai monosaccharides, D-glucosamine và D-N-acetyl-glucosamine được liên kết với nhau bằng liên kết β-(1-4) Các nhóm amin trong chitosan được tích điện có khả năng hoạt động hóa học cao hơn so với cellulose, đặt biệt là khả năng tạo phức (Queiroz et al., 2015) Do có khả năng tạo màng tốt, có khả năng phân hủy sinh học và không độc hại, chitosan có tiềm năng lớn làm vật liệu đóng gói thực phẩm (Y Xu et al., 2018) Chitosan chỉ hòa tan trong dung dịch của một số axit và một số N- alkylid hóa và N-acyl hóa (Kumar Dutta et al., 2004) Bên cạnh đó chitosan có những đặc tính sinh học như hoạt tính chống ung thư, kháng khuẩn, chống oxy hóa Chitosan được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng sinh học và y sinh Ví dụ nó có thể sử dụng trong xử lý nước thải, vật liệu chữa lành vết thương, tá dược (Cheung et al., 2015)
Tiềm năng của chitosan hoạt động như một chất bảo quản thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên đã được báo cáo rộng rãi trên cơ sở các thử nghiệm in vitro cũng như thông qua ứng dụng trực tiếp trên các loại thực phẩm nền phức tạp Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan phụ thuộc vào một số yếu tố như mức độ deacetyl hóa, trọng lượng phân tử, pH của môi trường, nhiệt độ và các thành phần khác (Vásconez et al., 2009b)
Chitosan đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc kiểm soát các bệnh sau thu hoạch trên các loại trái cây khác nhau Ngoài ra, chitosan còn gây ức chế sự thối rửa của quả trong quá trình bảo quản (L Wang et al., 2014) Ứng dụng của chitosan màng bọc quả không chỉ giữ nguyên được chất lượng của quả mà còn không gây ra bất kỳ tác động đáng kể nào đến sự giảm trọng lượng hay hàm lượng chất rắn hòa tan khi thời gian bảo quản kéo dài Chitosan có khả năng tạo thành một lớp bảo vệ bền vững xung quanh quả, giúp hạn chế tác
14 động của môi trường bên ngoài và duy trì sự tươi mới của quả trong thời gian dài (L Wang et al., 2014) Chitosan không độc hại, tự nhiên có nguồn gốc từ quá trình deacetyl hóa chitin, đã được ghi nhận rõ ràng về hoạt tính kháng khuẩn (Badawy, 2010) Ứng dụng của chitosan trong bảo vệ thực vật và thực phẩm đã nhận được sự quan tâm đáng kể trong thời gian gần đây như chitosan đã được thử nghiệm kiểm soát bệnh trên cây trồng (Bell et al., 1998); xử lý cây cà chua bằng dung dịch chitosan làm giảm sự phát triển của sợi nấm, sự sản xuất bào tử và sự giải phóng động bào tử (Atia et al., 2005) Theo Li và cộng sự (2008b) nhận thấy dung dịch chitosan có hoạt tính kháng khuẩn in vitro mạnh đối với các chủng Xanthomonas gây bệnh đốm lá Euphorbia pulcherrima (B Li et al., 2008) Chitosan ngoài chức năng sinh học thì chitosan được coi là một lớp phủ tuyệt vời cho trái cây chế biến do tính chất tạo màng, cơ học và hóa sinh cộng với khả năng phân hủy sinh học (Carvalho et al., 2016) Lớp phủ tạo ra sự thay đổi của không khí bao quanh trái cây hoạt động như một rào cản bán thấm kiểm soát sự trao đổi khí, giảm sự mất nước và duy trì độ cứng của mô, ngoài ra còn ức chế sự hư hỏng do vi sinh vật đối với trái cây đã thu hoạch trong thời gian bảo quản lâu dài (González-Aguilar et al., 2009)
Sau khi thu hoạch, trái cây và rau quả được phủ chitosan để duy trì chất lượng Chitosan tinh khiết hoặc hỗn hợp chitosan với axit citric được sử dụng như lớp phủ Sử dụng Chitosan an toàn tương tự như muối làm lớp phủ trong trái cây vì nó không độc hại khi tiêu thụ bởi con người (Hameed et al., 2022)
Hình 2 6 Phương pháp bọc trái cây và rau quả từ Chitosan (Hameed et al., 2022)
Trong số các polymer tự nhiên, tinh bột sắn được xem là một trong những nguyên liệu thân thiện với môi trường hứa hẹn nhất do chi phí thấp và khả năng phân hủy sinh học Tuy nhiên vật liệu dựa trên tinh bột sắn thường giòn và có tính cơ học kém Để khắc phục tính chất giòn, việc sử dụng chất hóa dẻo là rất cần thiết Chất hóa dẻo giảm lực liên kết phân tử và tăng độ ẩm, khả năng hòa tan trong nước cũng như độ hấp thụ nước của màng (Edhirej et al., 2017)
Chất hóa dẻo giúp tăng cường tính linh hoạt của tinh bột bằng cách giảm các tương tác liên phân tử mạnh giữa các phân tử tinh bột Do đó, tính linh động của chuỗi polymer tăng lên, giúp cải thiện tính linh hoạt, khả năng kéo dãn và tăng độ dẻo của màng (Zhong & Li, 2014) Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc sử dụng glycerol, ure, sorbitol, fructose, glucose, xylitol như chất hóa dẻo của màng ăn được hay màng phân hủy sinh học Các chất hóa dẻo phải tương thích với các polymer tạo màng Các hợp chất ưa nước, chẳng hạn như polyols (glycerol and sorbitol), thường được sử dụng trong màng tinh bột Tuy nhiên, đường, axit amin, axit béo cũng được sử dụng (Galdeano et al., 2009; Petersson & Stading, 2005) Glycerol hiện nay được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng vì sự kết hợp đặc biệt của các tính chất hóa học và vật lý của nó và vì nó vô hại về mặt sinh học Glycerol là một chất lỏng hút ẩm có vị ngọt; khi tinh khiết, nó không màu và không mùi Ở nhiệt độ phòng nó nhớt Điểm sôi của glycerol là 290˚C ở áp suất khí quyển (101,3 kPa) (Christoph et al., 2006)
Một nghiên cứu mới đây đã chỉ ra sự ảnh hưởng đáng kể của hàm lượng glycerol đến tính chất cơ học của màng tinh bột sắn Theo nghiên cứu, khi hàm lượng glycerol tăng từ 20 đến 45g/100g tinh bột, khả năng biến dạng do đâm thủng của màng đã giảm đáng kể Trong khi đó, màng không có glycerol lại dễ bị biến dạng hơn nhiều Nguyên nhân được giải thích là khi glycerol kết hợp với tinh bột, nó sẽ tạo ra những thay đổi về cấu trúc trong mạng lưới tinh bột Với trọng lượng phân tử thấp và tính ưa nước, glycerol có khả năng dễ dàng chen vào giữa các mạch polymer và hình thành các liên kết hydro với các nhóm chức của polymer Điều này giúp cải thiện các chuyển động của chuỗi polymer, đồng thời làm cho cấu trúc của màng trở nên linh hoạt và chịu được lực tác động mạnh mẽ hơn (Alves et al., 2007)
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Vật liệu
Trong nghiên cứu ngày chúng tôi sử dụng tinh bột sắn từ Công ty TNHH xuất nhập khẩu Vinastarch (địa chỉ 153/14 Điện Biên Phủ, Phường 15, Quận Bình Thạnh, Thành phố
Bảng 3 1.Chỉ tiêu hóa lý của tinh bột sắn
Chỉ tiêu hóa lý TCVN 10456:2014 Kiểm nghiệm* Độ ẩm (%) 13% 12,8%
Trị số pH của huyền phù tinh bột 10%
Cỡ hạt, % lọt qua rây cỡ lỗ
* Số liệu do nhà nhà xuất cung cấp (Công ty TNHH xuất nhập khẩu Vinastarch)
Sơ đồ quy trình nghiên cứu
Hình 3 1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu màng phân hủy sinh học
Phương pháp
3.3.1 Oxy hóa tinh bột bằng sodium periodate (NaIO 4 )
Tinh bột sắn được biến tính bằng cách tạo các nhóm dialdehyde bằng NaIO4 dựa trên một nghiên cứu và một số chỉnh sửa để phù hợp với điều kiện thí nghiệm (Wongsagon et al., 2005) Tinh bột sắn (200g, bột khô) được hòa tan trong 500 ml dung dịch 0,3N NaIO4 Điều chỉ pH của huyền phù tinh bột (40%, w/v) đến 3,0 bằng dung dịch 2% HCl Phản ứng được thực hiện ở 30 o C, huyền phù tinh bột được khuấy trộn liên tục bằng máy khuấy trong
1 giờ Sau khi kết thúc phản ứng, huyền phù tinh bột được ly tâm (3000 rcf, 15 phút) và rửa
3 lần bằng nước cất, sau khi ly tâm loại bỏ phần nước tách lớp phía trên và thu lại cặn tinh bột lắng phía Tiếp theo, tinh bột được ngâm trong 500 mL dung dịch 0,5% (w/v) sodium metabisulfite (Na2S2O5) trong 1 giờ để loại bỏ hoàn toàn chất oxy hóa (sodium periodate) Sau đó, mẫu tinh bột ly tâm (3000 rcf, 15 phút) và rửa ít nhất 3 lần bằng nước cất và 1 lần với cồn 70 o , sau khi ly tâm loại bỏ phần nước tách phía trên và thu lại cặn tinh bột phía dưới Tiếp theo, cặn tinh bột sau ly tâm được trải ra khay và sấy khô trong tủ sấy đối lưu ở 45 o C đến khi đặt độ ẩm
