Nghiên cứu biến tính tinh bột sắn bằng axit HCI và đồng trùng hợp ghép

Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền Trƣờng đại học sƣ phạm hà nội Khoa Hoá học Nguyễn Thị Hiền Nghiên cứu biến tính tinh bột sắn axit HCl đồng trùng hợp ghép Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá công nghệ - môi trƣờng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Văn Khôi hà nội - 2009 Khoa hoá học Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền Lời cảm ơn Em xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Văn Khôi – Trưởng Phòng vật liệu polyme, Viện Hoá học-Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, đồng thời, em xin gửi lời cám ơn chân thành tới anh chị công tác Phòng Vật liệu polyme tận tình bảo, giúp đỡ, động viên em hoàn thành tốt khoá luận tốt nghiệp Em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới giúp đỡ nhiệt tình thầy Lê Cao Khải thầy cô giáo Khoa Hoá học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội tạo điều kiện tốt để em hoàn thành khoá luận Với hạn chế thời gian hiểu biết thân nên khoá luận khó tránh khỏi thiếu sót, kính mong bảo thầy cô, anh chị toàn thể bạn sinh viên Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2009 Sinh viên Nguyễn Thị Hiền Khoa hoá học Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền Mở đầu Nước ta nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, thuận lợi cho việc phát triển nhiều loại trồng có loại lương thực chiếm vị trí quan trọng sản xuất nông nghiệp nguồn nguyên liệu chủ yếu công nghiệp sản xuất tinh bột Tinh bột nguồn thực phẩm nuôi sống người mà nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp công nghiệp thực phẩm, công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, công nghiệp keo dán tính chất đặc trưng khả tạo hình, tạo dáng, tạo khung, tạo độ dẻo, độ dai, độ đàn hồi, độ xốp có khả tạo gel, tạo màng cho nhiều sản phẩm Tuy nhiên tinh bột tự nhiên hạn chế nhiều tính chất, chưa đáp ứng hoàn toàn nhiều lĩnh vực công nghiệp Vì vậy, từ lâu nhà khoa học tìm cách biến tính tinh bột tức làm thay đổi cấu trúc, tính chất tinh bột qua nâng cao hiệu sử dụng nâng cao hiệu kinh tế Có nhiều cách biến tính tinh bột tạo lưới, biến tính kiềm, axit, enzym, biến tính nhiệt ẩm tuỳ thuộc mục đích sử dụng sản phẩm cuối Trong năm gần đây, phát triển mạnh mẽ ngành khoa học vật liệu nói chung vật liệu polyme nói riêng đem lại thành tựu to lớn mà cụ thể nhiều loại vật liệu phát minh ứng dụng rộng rãi mặt đời sống Trong số đó, vật liệu polyme ưa nước sở tinh bột biến tính chiếm tỷ lệ không nhỏ nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu, vật liệu polyme siêu hấp thụ nước sử dụng nhiều lĩnh vực khác băng vệ sinh, tã lót thấm, phụ gia chống thấm đặc biệt chất giữ ẩm Trên giới, polyme siêu hấp thụ nước áp dụng rộng rãi nông nghiệp với nhiều ứng dụng vận chuyển trồng xa, chuyển chỗ trồng, trồng chậu, sử Khoa hoá học Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền dụng phân bón, cải tạo đất, tăng khả chịu hạn, tăng khả nảy mầm sống sót đưa vào trình canh tác nhằm cải thiện suất trồng Trong khoỏ luận này, sở tinh bột sắn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm có giá trị sử dụng thấp, tiến hành biến tính tinh bột sắn axit HCl nhằm tăng độ phân cực cho tinh bột, giảm độ nhớt dung dịch tinh bột tăng khả phản ứng với tác nhân hoá học Trong khoá luận lựa chọn đề tài “ Nghiờn cứu biến tớnh tinh bột sắn axit HCl đồng trựng hợp ghộp ” Khoa hoá học Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền Chƣơng Tổng quan 1.1 Giới thiệu chung tinh bột [1,2, 12] Tinh bột loại cacbonhydrat thực vật, tồn nhiều tự nhiên Tinh bột có chủ yếu củ thân Các loại lương thực coi nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột Hình dạng, thành phần hóa học tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt, trình sinh trưởng Hàm lượng tinh bột có loại khác Hàm lượng tinh bột thay đổi tuỳ theo thời tiết, mùa vụ, thổ nhưỡng… Tinh bột có nhiều loại củ khoai tây, củ mài Một lượng tinh bột đáng kể thấy loại nhiều loại rau Bảng 1: Hàm lượng tinh bột số loại Loại Khoa hoá học Lƣợng tinh bột, % trọng lƣợng khô Khoai tây 66 - 84 Bột sắn 93-97 Lúa mì 70 -80 Lúa 75 -80 Hạt mạch 70 – 75 Ngô 60 – 75 Hạt đậu 60-66 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền Hàng năm bề mặt địa cầu, thực vật tổng hợp được 400 tỉ chất hữu cơ, nguồn nguyên liệu chứa tinh bột đáng kể Trong loại tinh bột khoai tây, ngô, lúa mỡ nguồn nguyờn liệu khỏ phổ biến cỏc nước châu Âu thỡ cỏc nước châu Á, châu Phi số nước châu Mỹ, sắn lại nguồn nguyên liệu chủ yếu Ở châu Âu, hàng năm khoảng 7,7 triệu tinh bột nguyên liệu sản xuất từ 19,1 triệu nguyên liệu thô, bao gồm 8,8 triệu khoai tây, 5,9 triệu ngô 4,4 triệu lúa mỡ Trong đó, năm 2001, sản lượng sắn giới ước đạt khoảng 175 triệu tấn, đến năm 2004, số 192 triệu Bảng Sản lượng tinh bột sắn giới năm 2001 Quốc gia Sản lƣợng (tấn) Nigeria 33.854.000 Brazil 24.481.356 Thỏi lan 18.283.000 Congo 15.959.000 Indonesia 15.800.000 Ghana 7.845.440 Taanzania 5.757.968 Ấn Độ 5.800.000 Mozambic 5.361.974 Trung Quốc 3.750.900 Các nước khác 38.723.751 Tổng số 175.617.389 Nguồn: FAOSTAT, 2001 Bên cạnh việc tăng suất sản lượng tinh bột nói chung tinh Khoa hoá học Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền bột sắn nói riêng, nước giới khu vực quan tâm đến việc biến tính tinh bột sắn, phương pháp biến tính axit oxy hoá quan tâm nhiều 1.1.1 Cấu trúc cấu tạo tinh bột Trong hạt, tinh bột tồn dạng hạt có kích thước thay đổi từ 0,02- 0,12 mm, hạt tinh bột tất hệ thống có dạng hình tròn, hình bầu dục hay hình đa giác, cấu tạo kích thước hạt tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt trình sinh trưởng Hạt tinh bột loại khác có kích thước, hình dạng khác Cùng hệ thống tinh bột hình dáng kích thước tinh tất hạt giống Ví dụ tinh bột lúa mì có loại hạt bầu dục, có loại hình tròn, có loại kích thước lớn 20 - 25m, có loại hạt kích thước nhỏ 10m có loại kích thước trung bình Cấu tạo bên hạt tinh bột phức tạp Hạt tinh bột có cấu tạo lớp, lớp có phần lớn tinh thể amilozơ amilopectin xếp theo phương hướng tâm Nhờ phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử nhiễu xạ tia X, người ta thấy hạt tinh bột chuỗi polyglucozit amylozơ amylopectin tạo thành xoắn ốc với ba gốc glucozơ vòng Trong tinh bột ngũ cốc, phân tử có chiều dài từ 0,35-0,7 ỡm, chiều dày lớp hạt tinh bột 0,1ỡm Hơn phân tử lại xếp theo phương hướng tâm Khoa hoá học Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền nên mạch glucozit polysaccarit phải dạng gấp khúc nhiều lần Ngoài cách xếp bên vậy, hạt tinh bột có vỏ bao phía Đa số nhà nghiên cứu cho vỏ hạt tinh bột khác với tinh bột nằm lớp bên trong, chứa ẩm bền tác động bên Trong hạt tinh bột có lỗ xốp không đồng Vỏ hạt tinh bột có lỗ nhỏ chất hoà tan xâm nhập vào đường khuếch tán vỏ Tinh bột hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccarit khác khối lượng phân tử cấu trúc hoá học: amylozơ amylopectin Nhìn chung tỷ lệ amylozơ/amylopectin đa số tinh bột xấp xỉ 1/4 Thường tinh bột loại nếp (gạo nếp, ngô nếp) gần 100% amylopectin, trái lại tinh bột đậu xanh, dong giềng hàm lượng amylozơ chiếm 50% Hiện người ta lai tạo loại ngô có thành phần amylozơ tinh bột chiếm tới 80% 1.1.2 Cấu tạo amylozơ Amylozơ polysaccarit mạch thẳng gồm đơn vị glucozơ liên kết với liên kết -1,4glicozit Chiều dài chuỗi tuỳ thuộc nguồn gốc nói chung chiều dài trung bình O H OH H O H OH O H OH H OH H H O O O H H H OH H O Khoa hoá học CH2OH CH2OH CH2OH H OH Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền khoảng 500-2000 đơn vị glucozơ Phân tử amylozơ có đầu khử đầu không khử Hình Phân tử amylozơ Amylozơ "nguyên thuỷ" có mức độ trùng hợp hàng trăm mà hàng ngàn Có hai loại amylozơ: - Amylozơ có mức độ trùng hợp tương đối thấp (khoảng 2000) thường cấu trúc bất thường bị phân ly hoàn toàn - amylaza - Amylozơ có mức độ trùng hợp lớn (hơn 6000), có cấu trúc án ngữ - amylaza nên bị phân giải đến 60% Amylozơ khoai tây có khối lượng phân tử trung bình 400.000, amylozơ ngô thóc nằm 100.000 200.000 Từ lâu người ta chứng tỏ amylozơ lúa mì, sắn, khoai tây có mức độ phân nhánh yếu Với amylozơ khoai tây phân tử có đến điểm phân nhánh Điểm phân nhánh amylozơ khoai tây liên kết  - 1,6 - glicozit Khi hạt tinh bột, dung dịch trạng thái bị thoái hoá, amylozơ thường có cấu hình mạch giãn, thêm tác nhân kết tủa vào, amylozơ chuyển thành dạng xoắn ốc Khi trạng thái tinh thể amylozơ có cấu hình xoắn ốc Mỗi vòng xoắn ốc gồm đơn vị glucozơ Đường kính xoắn ốc 12,97 A0, chiều cao vòng xoắn 7,91 A0 Các nhóm hydroxyl gốc glucozơ bố trí phía xoắn ốc, bên nhóm C - H 1.1.3 Cấu tạo amylopectin Amylopectin polysaccarit mạch nhánh, mạch có liên kết -1,4-glicozit có mạch Khoa hoá học Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền nhánh liên kết với mạch liên kết -1,6 glicozit CH2OH O H H H OH O H CH2OH O H OH OH H O H H H OH O H OH H H O O O O H H OH H CH2OH CH2 H OH OH Hình Phân tử amylopectin Cấu tạo amylopectin lớn dị thể amylozơ nhiều (bằng phương pháp tán xạ ánh sáng người ta xác định phân tử lượng amylopectin vào khoảng 5.107) Phân tử amylopectin chứa tới 100.000 đơn vị glucozơ chiều dài chuỗi mạch nhánh tuyến tính lại có khoảng 25-30 đơn vị glucozơ Bảng Khối lượng phân tử số loại amylopectin Khoa hoá học Loại amylopectin M 105 Khoai tây 65 Sắn 110 Lúa mì 90 Đại mạch 95 Ngô nếp 35 10 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền Hình Hai chế thuỷ phân tinh bột axit Khoa hoá học 24 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyờn liệu, hoỏ chất, dụng cụ *Hóa chất: - Tinh bột sắn (Công ty lương thực Hà Tây) có KLPT trung bình khoảng 860.000.đvC - Các hoá chất khác: Natri hydroxit (NaOH), kali iodua KI, axit clohydric (HCl), etanol (CH3CH2OH), dung dịch chuẩn Na2S2O3 số hoá chất thông thường khác - Axit acrylic C3H4O2 (CH2=CH–COOH) (PA- Trung Quốc): tan nước cất, d = 1,03g/cm3, M = 72,06 g/mol, điểm chảy: 13-140C, điểm sôi: 1410C * Dụng cụ: Bếp điện, tủ sấy, bể điều nhiệt, máy khuấy, nhiệt kế, máy đo độ nhớt, bình cầu, dụng cụ cần thiết khỏc 2.2 Cỏch tiến hành Phản ứng tiến hành cốc thuỷ tinh dung tích 500 ml, khuấy ổn định nhiệt máy khuấy từ Cõn chớnh xỏc 100g tinh bột khụ cho vào bỡnh phản ứng Huyền phự tinh bột chuẩn bị cách thêm nước cất vào tinh bột khô Khi hệ đạt tới nhiệt độ cần khảo sát thỡ thờm xỳc tỏc axit vào bỡnh Sau kết thỳc thớ nghiệm, mẫu trung hoà dung dịch NaOH 1N rửa lại nhiều lần nước cất để loại bỏ axit dư đem lọc hút chân không, sau mẫu sấy chân không nhiệt độ 50oC) nghiền nhỏ trước tiến hành phân tích tiêu 2.3 Các phƣơng pháp phân tích * Chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét ( SEM) mẫu tinh bột, tinh bột oxy hoá sản phẩm ghép thực máy JEOL 5300 Phòng thí nghiệm nghiên cứu vi cấu trúc, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới- Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Khoa hoá học 25 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền *Đo độ nhớt hồ tinh bột: đo theo quy trỡnh Viện tinh bột quốc tế trờn mỏy đo độ nhớt Brookfield Cân 50g mẫu tinh bột khô vào cốc thuỷ tinh 1000 ml Thêm nước cất vào cốc tổng khối lượng nước tinh bột 500g Đặt que khuấy vào cốc thuỷ tinh cân tổng khối lượng tinh bột, nước, cốc que khuấy (mo) Đặt cốc máy điều nhiệt, gắn que khuấy với máy khuấy khuấy với tốc độ không đổi 250 vũng/phỳt Dừng khuấy sau 15 phỳt tiếp tục đun nóng thêm 15 phút (để tinh bột hồ hoá hoàn toàn) Que khuấy tách khỏi máy khuấy giữ cốc Đưa cốc khỏi máy điều nhiệt, bổ sung phần nước bị bay cách cân thêm nước vào cốc đạt khối lượng mo ban đầu Khuấy làm lạnh mẫu nhanh đến 50oC, sau tiến hành đo độ nhớt Khoa hoá học 26 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hƣởng loại axit Để nghiên cứu ảnh hưởng loại axit đến trỡnh thuỷ phõn tinh bột sắn chỳng tụi sử dụng loại axit vụ khác axit HCl, H2SO4, HNO3 H3PO4 để biến tính tinh bột Các thí nghiệm thực điều kiện là: tỷ lệ nước/tinh bột 2/1; tỷ lệ khối lượng axit/tinh bột 0,08; thời gian phản ứng 16 giờ; nhiệt độ phản ứng 300C Hiệu suất thu hồi độ nhớt sản phẩm thuỷ phân biểu diễn bảng 4: Bảng Ảnh hưởng loại axit đến trỡnh thuỷ phõn Loại axit Hiệu suất thu hổi, % Độ nhớt (cp) HCl 96.34 39,4 H2SO4 98.47 157,7 HNO3 96.40 44,3 H3PO4 98.91 415,0 Từ kết bảng chỳng ta thấy axit HCl HNO3 làm giảm mạnh độ nhớt tinh bột (xuống 10 lần so với tinh bột chưa biến tính), sau đến H2SO4, H3PO4 làm giảm độ nhớt không đáng kể Độ nhớt có liên hệ trực tiếp với khối lượng phân tử tinh bột trung bỡnh, khối lượng phân tử trung bỡnh tinh bột thấp thỡ độ nhớt nhỏ Do kết chứng tỏ HCl HNO3 có khả thuỷ phân tinh bột mạnh nhất, H3PO4 thuỷ phõn yếu H2SO4 axit mạnh tác dụng thuỷ phân lại thấp so với HCl HNO3 điều kiện, điều được giải thích Trường hợp axit H3PO4 cho phản ứng thuỷ phân giải thích khả tạo muối phụ gõy ức chế quỏ trỡnh thuỷ phõn tinh bột trường hợp H2SO4, H3PO4 Khoa hoá học 27 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền axit trung bỡnh nờn mức độ thuỷ phân H2SO4 Trong hiệu suất thu hồi sản phẩm tất loại axit cao (> 95%), điều điều kiện thuỷ phân phần lớn phân tử tinh bột chưa bị thuỷ phân triệt để thành monome mà chủ yếu tồn dạng dextrin với số lượng monome phân tử dao động từ vài chục đến vài trăm Ở lựa chọn axit HCl để tiếp tục nghiờn cứu quỏ trỡnh thuỷ phõn tinh bột sắn 3.2 Ảnh hƣởng thời gian phản ứng Để nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến trỡnh thuỷ phõn tinh bột sắn, chỳng tụi tiến hành thớ nghiệm điều kiện: tỷ lệ nước/tinh bột 2/1; tỷ lệ khối lượng axit/tinh bột 0,08; nhiệt độ phản ứng 300C Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ nhớt sản phẩm thuỷ phân biểu diễn hỡnh 4: 600 500 Độ nhớt 400 Độ nhớt 300 200 100 0 10 20 30 Thời gian phản ứng 40 Hỡnh 4: Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ nhớt tinh bột sắn Độ nhớt tinh bột sắn biến tớnh giảm mạnh theo thời gian tất loại axit Tại thời điểm đầu trỡnh thuỷ phõn diễn chậm, thể qua độ nhớt tinh bột, trỡnh axit giai đoạn Khoa hoá học 28 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền phân tán vào hạt tinh bột Ở giai đoạn trỡnh thuỷ phân diễn mạnh xúc tác axit tác động vào vùng vô định hỡnh cỏc hạt tinh bột, điều nhiều tác giả giải thích tỷ lệ amylopectin [ỏ-D (1→ 4)] liên kết với vùng vô định hỡnh lớn amylozo [ỏ-D (1→ 6)], cỏc liờn kết [ỏ-D (1→ 6)] liên kết glucozit bền với axit liên kết [ỏ-D (1→ 4)] tốc độ thuỷ phân amylopectin lớn amylozo.Ở giai đoạn thỡ tốc độ thuỷ phân diễn chậm nhiều trỡnh quỏ trỡnh tỏc động axit lên vựng tinh thể hạt tinh bột Như thời gian phản ứng có ảnh hưởng lớn tới trỡnh thuỷ phõn Khi thời gian thuỷ phõn dài thỡ xỳc tỏc H+ có điều kiện để xâm nhập tái xúc tác vào vị trí bên mạch tinh bột nên mức độ thuỷ phân cao Sau khoảng 16 tiếng thuỷ phõn axit HCl, độ nhớt mẫu tính bột giảm 10 lần Từ cỏc kết nghiờn cứu trờn chỳng tụi lựa chọn thời gian thuỷ phõn thớch hợp 16 3.3 Ảnh hưởng tỷ lệ axit/tinh bột Để nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng axit HCl đến trỡnh thuỷ phõn, phản ứng tiến hành nhiệt độ 30oC, thời gian phản ứng 16 giờ, tỷ lệ nước/tinh bột 2/1 Ảnh hưởng hàm lượng axit đến độ nhớt tinh bột thuỷ phân trỡnh bày hỡnh Khoa hoá học 29 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền 600 Độ nhớt 500 400 độ nh ớt 300 200 100 0 0.05 0.1 0.15 Tỉ lệ axit/ tinh bột Hỡnh Ảnh hưởng tỷ lệ axit/tinh bột đến trỡnh thuỷ phõn Như vậy, việc tăng hàm lượng axit làm giảm nhanh độ nhớt tinh bột Điều giải thích hàm lượng HCl tăng làm tăng lượng H+ công vào mạch tinh bột dẫn tới làm tăng khả cắt mạch phân tử tinh bột, kết làm giảm khối lượng phân tử tinh bột, độ nhớt tinh bột giảm nhanh Khi tăng hàm lượng axit lên 10% so với tinh bột thỡ độ nhớt giảm xuống thấp (~ cps) Ngoài tăng hàm lượng axit lên cao tạo phân cắt triệt để phân tử tinh bột thành monome – thành phần tan hoàn toàn nước, làm giảm mạnh hiệu suất thu hồi sản phẩm Do chọn tỷ lệ axit/ tinh bột 0,08 (g/g) 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến trỡnh thủy phõn chỳng tụi tiến hành thớ nghiệm với tỷ lệ xỳc tỏc axit so với tinh bột 0,08 (g/g), tỷ lệ nước/tinh bột 2/1, thời gian phản ứng 16 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến độ nhớt tinh bột trỡnh bày hỡnh Khoa hoá học 30 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền 50 Độ nhớt 40 30 Độ nhớt (Cp) 20 10 0 10 20 30 40 50 Nhiệt độ Hỡnh Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng tới độ nhớt tinh bột biến tớnh Từ kết hỡnh ta thấy nhiệt độ có ảnh hưởng rừ ràng tới quỏ trỡnh thuỷ phõn tinh bột, nhiệt độ phản ứng tăng thỡ mức độ thuỷ phân tăng lên đáng kể dẫn đến độ nhớt tinh bột bị giảm mạnh Điều giải thớch: Ở nhiệt độ cao cú xảy chuyển động nhiệt ion H+ cỏc phõn tử tinh bột gõy khuếch tỏn ion H+ toàn dung dịch cụng vào mạch phõn tử tinh bột, làm liên kết phân tử tinh bột bị đứt , toàn dung dịch chuyển sang trạng thái keo, lúc phân cắt mạch dễ dàng công ion H+ Nhiệt độ có ảnh hưởng đến số tốc độ thuỷ phân tinh bột Khi tăng nhiệt độ phản ứng thỡ dẫn tới tăng số tốc độ phản ứng tăng tốc độ thuỷ phân Hiệu suất thu hồi sản phẩm giảm tăng nhiệt độ phản ứng, kết sản phẩm thuỷ phân tạo thành tan nhiều nhiệt độ cao làm giảm hiệu suất thu hồi sản phẩm Tuy nhiờn t0 > 600C thỡ xảy hồ hoỏ tinh bột, vỡ nờn thực phản ứng nhiệt độ thấp nhiệt độ hồ hoá (từ – 550C) Ở chọn nhiệt độ 30oC để khảo sát phản ứng sau Khoa hoá học 31 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền 3.5 Ảnh hưởng tỉ lệ nước/tinh bột Để khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ H2O/tinh bột đến trỡnh thuỷ phõn chỳng tụi tiến hành phản ứng 30oC, với tỷ lệ khối lượng axit/tinh bột 0,08 (g/g) thời gian phản ứng 16giờ Ảnh hưởng tỉ lệ H2O/tinh bột đến độ nhớt tinh bột trỡnh bày hỡnh 140 Độ nhớt 120 100 80 60 40 20 0 Tỉ lệ nước/tinh bột Hỡnh Ảnh hưởng tỉ lệ nước/tinh bột đến độ nhớt tinh bột biến tớnh Với kết trờn chỳng ta cú thể nhận thấy tỷ lệ H2O/tinh bột có ảnh hưởng đáng kể tới trỡnh thuỷ phõn Khi tỷ lệ H2O/tinh bột thấp làm cản trở xõm nhập ion H+ vào mạch tinh bột, kết mật độ tiếp xúc ion H+ nờn hiệu quỏ trỡnh phõn cắt mạch tinh bột giảm Tuy nhiên tăng tỷ lệ H2O/tinh bột lên cao làm giảm nồng độ xúc tác, điều dẫn tới làm giảm mật độ tiếp xúc H+ với mạch tinh bột quỏ trỡnh phõn cắt mạch tinh bột giảm đi, mặt khác tỷ lệ H2O/tinh bột lớn thỡ hiệu suất thu hồi giảm, hiệu kinh tế khụng cao Từ kết trờn chỳng tụi chọn tỷ lệ H2O/tinh bột 2/1 Khoa hoá học 32 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền 3.6 Cấu trỳc tinh bột biến tớnh 3.6.1 Hỡnh thỏi học Ảnh kớnh hiển vi điện tử quột tinh bột sắn tự nhiờn biến tính axit trỡnh bày trờn hỡnh Quỏ trỡnh thuỷ phõn tinh bột axit HCl tiến hành 30oC, thời gian phản ứng 16 tiếng, tỷ lệ H2O/tinh bột 2/1 (g/g) với tỷ lệ khối lượng axit/tinh bột biến đổi từ 0,02 đến 0,10 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Hỡnh Ảnh kớnh hiển vi điện tử quột tinh bột sắn tự nhiờn (a) biến tớnh với tỷ lệ khối lượng axit/tinh bột là: 0,02 (b); 0,04 (c); 0,06 (d); 0,08 (e) 0,10 (f) Khoa hoá học 33 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền Từ ảnh kớnh hiển vi điện tử quột cú thể nhận thấy bề mặt cỏc hạt tinh bột sắn tự nhiờn nhẵn không xuất cỏc lỗ xốp Sau 16 thuỷ phõn HCl với tỷ lệ khối lượng axit/tinh bột 0,02 0,04 thỡ bề mặt hạt tinh bột bị bào mũn nhẹ, trờn bề mặt xuất cỏc lỗ xốp Sự bào mũn bề mặt trở nờn rừ ràng tăng tỷ lệ khối lượng axit/tinh bột lờn 0,06 phần lớn lớp cựng hạt tinh bột bị ăn mũn tỷ lệ 0,10 Cỏc kết cho thấy quỏ trỡnh thuỷ phõn diễn chủ yếu trờn bề mặt cỏc hạt tinh bột, cỏc tỏc nhõn axit phỏ huỷ cấu trỳc hạt tinh bột theo lớp Ngoài kết cho thấy nồng độ tác nhân axit ban đầu cú ảnh hưởng mạnh đến mức độ ăn mũn bề mặt hạt tinh bột Quỏ trỡnh ăn mũn thực diễn mạnh tỷ lệ khối lượng axit/tinh bột cao 0,06 3.6.2 Đồng trựng hợp ghộp với axit acrylic Quá trình đồng trùng hợp ghép xảy đồng thời với trình tự trùng hợp monome tạo thành homopolyme Hai trình cạnh tranh gay gắt, để đặc trưng cho trình ghép cần quan tâm đến trình qua việc xác định thông số ghép Các thông số trình đồng trùng hợp ghép tính sau: - Hiệu suất ghép: phần trăm khối lượng polyme ghép ứng với khối lượng sợi ban đầu GY (%) = W2  W1  100 W1 - Hiệu ghép: phần trăm khối lượng polyme ghép tổng khối lượng polyme GE (%) = W2  W1  100 W3  W1 - Phần trăm chuyển hoá tổng số: khối lượng monome chuyển hoá thành polyme Khoa hoá học 34 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền TC (%) = W3  W1  100 W4 Trong W1, W2, W3, W4 khối lượng sợi ban đầu, khối lượng copolyme ghép, khối lượng sản phẩm ghép khối lượng monome ban đầu ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét sản phẩm tinh bột ghép AM trình bày hình Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét tinh bột ghép AM Quan sát ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét tinh bột ghép AM thấy trình ghép làm thay đổi đáng kể hình thái học tinh bột Pha vô định hình PAM bám bề mặt tinh bột, điều lần chứng tỏ tồn sản phẩm ghép Khoa hoá học 35 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền Kết luận Qua việc nghiờn cứu quỏ trỡnh thuỷ phõn tinh bột sắn axit HCl phũng thớ nghiệm, thu số kết sau: * Điều kiện tối ưu cho trỡnh thuỷ phõn tinh bột sắn axit HCl là: * - nhiệt độ 300C; - thời gian thuỷ phõn 16 tiếng; - tỷ lệ khối lượng axit/tinh bột 0,08; - tỷ lệ nước/tinh bột 2/1 Sản phẩm ghộp tinh bột biến tớnh với axit xỏc định phương phỏp chụp ảnh kớnh hiển vi điện tử quột (SEM) Qua cho thấy hiệu suất ghộp tăng lờn Khoa hoá học 36 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Văn Khôi (2005), “Polysaccarit ứng dụng dẫn xuất tan chúng thực phẩm”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lê Ngọc Tú (1994), “Hoá học thực phẩm”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lê Ngọc Tú, Lưu Duẩn, Đặng Thị Thu, Lê Thị Cúc, Lâm Xuân Thanh, Phạm Thu Thuỷ (2000), “Biến hình sinh học sản phẩm từ hạt”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh Atichokudomchai N., Shobsngob S., Varavinit S (2000), “Morphological properties of acid-modified tapioca starch”, Starch, Vol 52, pp 283-289 Chung Y L., Lai H M (2006), “Molecular and granular characteristics of corn starch modified by HCl-methanol at different temperatures”, Carbo Polym., Vol 63, pp 527-534 Graber E and Bothor R (1998), "Cationisation of starch granules by graft copolymerization", Starch, Vol 50, pp 257-264 Hebeish A., El-Rafie M H., Higazy A., Ramadan M (1996), “Synthesis, characterization and properties of polyacrylamide- starch composites”, Starch, Vol 48, pp 175-179 Hebeish A., Beliakova M K., Bayazeed A (1998), “Improved synthesis of poly(MAA)-starch graft copolymers”, J Appl Polym Sci., Vol 68, pp 1709-1715 Hollo J., Szejtli J., Staerke 13 (1961), 327 Khoa hoá học 37 Trường ĐHSPHN Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền 10 Jyothi A N., Moorthy S N., Rajasekharan K N (2006), "Effect of crosslinking with epichlorohydrin on the properties of cassava (Manihot esculenta Crantz) starch", Starch, Vol 58, pp 292-299 11 Khalil M I., Farag S and Fattach S A E (1995), “Hydrolysis of poly(acrylamide)-starch graft copolymer”, J Appl Polym Sci., Vol 57, pp 335-342 12 Kirk- Othmer (2001), Encyclopedia of Chemistry and Technology th edition, OnDisc Dialog, John Wiley & Sons 13 Kryachkov N.N.,“Trudy Leningrad Tekhnal” Inst Pish Prom 48 (1954), 3052 14 Langlois D.P., Moyer W.W., Abstr Papers Am Chem Soc 96 (1938), 10R 15 Moye C.J., Krzeminski Z.S., Aust J Chem., 16 (1963), 258 16 Singh V., Ali S Z (2000), “Acid degradation of starch The effect of acid and starch type”, Carbo Polym., Vol 41, pp 191-195 17 Thirathumthavorn D., Charoenrein S., “Thermal and pasting properties of acid-treated rice starches” Starch 57 (2005), 217-222 18 Robyt J.F., Choe J., Hahn R.S., Fuchs E.B., “Acid modification of starch granules in alcohols: effects of temperature, acid concentration, and starch concentration”.Carbohydrate Research 281 (1996), 203-218 19 Wang Y., Wang L (2003), "Physicochemical properties of common waxy corn starches oxidized by different levels of sodium hypochlorite", Carbo Polym., Vol 52, pp 207-217 Khoa hoá học 38 Trường ĐHSPHN [...]... với nhóm OH của tinh bột thì được tinh bột photphat, photphat monoeste tinh bột hay đúng hơn là tinh bột dihydro (dinatri) photphat Nếu hai nhóm chức axit của H3PO4 được este hoá thì tạo ra photphat hai tinh bột hoặc hai tinh bột một hydro (mononatri) photphat - Tinh bột dihydrophotphat: Đun nóng hỗn hợp tinh bột và muối photphat hoà tan trong nước, ví dụ muối axit, ortho-, piro- hoặc axit tripolyphotphoric,... hạt tinh bột, cỏc tỏc nhõn axit phỏ huỷ cấu trỳc hạt tinh bột theo từng lớp Ngoài ra kết quả này cũng cho thấy nồng độ tác nhân axit ban đầu cú ảnh hưởng mạnh đến mức độ ăn mũn bề mặt của hạt tinh bột Quỏ trỡnh ăn mũn thực sự diễn ra mạnh khi tỷ lệ khối lượng axit /tinh bột cao hơn 0,06 3.6.2 Đồng trựng hợp ghộp với axit acrylic Quá trình đồng trùng hợp ghép xảy ra đồng thời với quá trình tự trùng hợp. .. Quỏ trỡnh thuỷ phõn tinh bột bằng axit HCl được tiến hành ở 30oC, thời gian phản ứng là 16 tiếng, tỷ lệ H2O /tinh bột là 2/1 (g/g) với tỷ lệ khối lượng axit /tinh bột biến đổi từ 0,02 đến 0,10 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Hỡnh 8 Ảnh kớnh hiển vi điện tử quột của tinh bột sắn tự nhiờn (a) và biến tớnh 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) Khoa hoá... mạch tinh bột và quỏ trỡnh phõn cắt mạch tinh bột giảm đi, mặt khác khi tỷ lệ H2O /tinh bột lớn thỡ hiệu suất thu hồi giảm, hiệu quả kinh tế khụng cao Từ kết quả trờn chỳng tụi chọn tỷ lệ H2O /tinh bột là 2/1 Khoa hoá học 32 Trường ĐHSPHN 2 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền 3.6 Cấu trỳc của tinh bột biến tớnh 3.6.1 Hỡnh thỏi học Ảnh kớnh hiển vi điện tử quột của tinh bột sắn tự nhiờn và biến tính axit. .. 0.15 Tỉ lệ axit/ tinh bột Hỡnh 5 Ảnh hưởng của tỷ lệ axit /tinh bột đến quá trỡnh thuỷ phõn Như vậy, việc tăng hàm lượng axit làm giảm rất nhanh độ nhớt của tinh bột Điều này được giải thích là do khi hàm lượng HCl tăng làm tăng lượng H+ tấn công vào mạch tinh bột dẫn tới làm tăng khả năng cắt mạch của phân tử tinh bột, kết quả là làm giảm khối lượng phân tử tinh bột, do đó độ nhớt của tinh bột giảm nhanh... thấy rằng bề mặt cỏc hạt tinh bột sắn tự nhiờn rất nhẵn và hầu như không xuất hiện cỏc lỗ xốp Sau 16 giờ thuỷ phõn bằng HCl với tỷ lệ khối lượng axit /tinh bột là 0,02 và 0,04 thỡ bề mặt hạt tinh bột bị bào mũn nhẹ, và trờn bề mặt đó xuất hiện cỏc lỗ xốp Sự bào mũn bề mặt trở nờn rừ ràng hơn khi tăng tỷ lệ khối lượng axit /tinh bột lờn 0,06 và phần lớn lớp ngoài cựng của hạt tinh bột bị ăn mũn khi tỷ lệ... thuỷ phân yếu nhất H2SO4 tuy là một axit mạnh nhưng tác dụng thuỷ phân lại thấp hơn so với HCl và HNO3 ở cùng điều kiện Khả năng thuỷ phân axit của tinh bột ngũ cốc là lớn nhất, sau đó đến tinh bột cây họ đậu, tinh bột sắn và thấp nhất là tinh bột khoai tây Điều này phản ánh sự khác biệt trong tổ chức hạt và cấu trúc phân tử của các loại tinh bột khác nhau Tinh bột ngũ cốc phản ứng tốt nhất chứng tỏ... 670C, tinh bột gạo là 700C và tinh bột sắn là khoảng 520C Tớnh chất lý hoỏ của tinh bột biến tớnh cũng chịu ảnh hưởng của nồng độ axit sử dụng trong quỏ trỡnh thuỷ phõn Thirathumthavorn và Charoenrein [17] đó so sỏnh ảnh hưởng của nồng độ axit và thời gian phản ứng đến sự biến đổi tớnh chất lý hoỏ của tinh bột gạo biến tớnh bằng axit Nồng độ axit HCl trong dung dịch được biến đổi từ 0 đến 1 N, trong khi... của tinh bột sẽ gõy ra hiện tượng phỏ huỷ cấu trỳc hạt tinh bột do nhiệt và rất khú Khoa hoá học 21 Trường ĐHSPHN 2 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hiền kiểm soỏt Do đú để thu được cỏc sản phẩm như mong muốn quỏ trỡnh thuỷ phõn tinh bột thường được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hoỏ của mỗi loại tinh bột, như tinh bột khoai tõy là khoảng 550C, tinh bột ngụ là 670C, tinh bột gạo là 700C và tinh. .. copolyme ghép, khối lượng sản phẩm ghép và khối lượng monome ban đầu ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét của sản phẩm tinh bột ghép AM được trình bày trên hình 9 Hình 9 ảnh kính hiển vi điện tử quét của tinh bột ghép AM Quan sát ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét của tinh bột ghép AM thấy rằng quá trình ghép làm thay đổi đáng kể hình thái học của tinh bột Pha vô định hình của PAM bám trên bề mặt của tinh bột, ... hoá tinh bột Có thể biến tính tinh bột thành tinh bột photphat để thu tính chất Khi nhóm chức axit H3PO4 este hoá với nhóm OH tinh bột tinh bột photphat, photphat monoeste tinh bột hay tinh bột. .. phõn tinh bột thường thực nhiệt độ thấp nhiệt độ hồ hoỏ loại tinh bột, tinh bột khoai tõy khoảng 550C, tinh bột ngụ 670C, tinh bột gạo 700C tinh bột sắn khoảng 520C Tớnh chất lý hoỏ tinh bột biến. .. QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hƣởng loại axit Để nghiên cứu ảnh hưởng loại axit đến trỡnh thuỷ phõn tinh bột sắn chỳng tụi sử dụng loại axit vụ khác axit HCl, H2SO4, HNO3 H3PO4 để biến tính tinh bột