NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN ĐỘ BỀN MÀNG SINH HỌC ĐỂ LÀM BAO BÌ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN ĐỘ BỀN MÀNG SINH HỌC ĐỂ LÀM BAO BÌ Họ tên sinh viên: PHẠM LAN HƯƠNG VÕ MINH TRUNG Ngành: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Niên khóa: 2006 – 2010 Tháng 09 năm 2010 NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN ĐỘ BỀN MÀNG SINH HỌC ĐỂ LÀM BAO BÌ Tác giả PHẠM LAN HƯƠNG VÕ MINH TRUNG Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư ngành Cơng Nghệ Hóa Học Giáo viên hướng dẫn: PGS TS TRƯƠNG VĨNH Tháng 09 năm 2010 i LỜI CẢM TẠ Chân thành cảm ơn thầy trưởng Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học, đại học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh, PGS TS Trương Vĩnh, người truyền đạt kiến thức quý báu trình học trực tiếp, tận tình hướng dẫn chúng tơi thực đề tài Chân thành cảm ơn quý thầy Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học giảng dạy tạo điều kiện để chúng tơi hồn thành khóa luận Chân thành cảm ơn tất quý thầy cô giảng dạy, truyền đạt cho nhiều kiến thức để chúng tơi vận dụng hồn thành đề tài Kính gởi đến cha mẹ lòng biết ơn chân thành sâu sắc nhất, người sinh thành, nuôi dưỡng, dạy dỗ khôn lớn hôm nay, động viên, ủng hộ suốt trình học tập thực đề tài Cảm ơn bạn lớp DH06HH, người bạn bên cạnh chúng tơi, động viên chúng tơi suốt q trình học tập thực đề tài Cảm ơn anh, chị quan giúp đỡ chúng tơi hồn thành đề tài Một lần xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực Phạm Lan Hương Võ Minh Trung ii TÓM TẮT Đề tài: “Nghiên cứu cải thiện độ bền màng sinh học để làm bao bì” tiến hành phòng thí nghiệm I4, Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học, trường Đại học Nơng Lâm thành phố Hồ Chí Minh, từ tháng 03/2010 đến tháng 08/2010 Nguồn nguyên liệu sử dụng bột sắn, PVA, sorbitol, glycerol dung môi nước Các nguyên liệu phối trộn theo tỉ lệ khác nhau, từ chọn tỉ lệ tối ưu Nội dung đề tài gồm phần chính: - Khảo sát tính chất hóa lý vật liệu tinh bột - Nghiên cứu công thức màng, tạo thành màng từ tinh bột thường tinh bột biến tính - Xử lý nhiệt nhằm tăng độ bền màng - Đo nhiệt độ hóa thủy tinh màng (Tg) Xác định nhiệt độ hồ hóa tinh bột biến tính Kết cho thấy nhiệt độ hồ hóa tinh bột biến tính 70oC Cơng thức đổ màng tốt tinh bột thường công thức 3, tinh bột biến tính cơng thức Màng tạo thành từ tinh bột thường dễ bóc khỏi khn có màu sắc đẹp màng từ tinh bột biến tính, khả chịu lực màng không cao màng tạo thành từ tinh bột biến tính Tinh bột biến tính dẻo, khó đổ màng, màng tạo thành từ tinh bột biến tính khó bóc khỏi khn, khả chịu lực màng cao tinh bột thường màng có tính chất học tốt màng B, D (tạo thành từ tinh bột thường) E (tạo thành từ tinh bột biến tính) Nhiệt độ hóa thủy tinh màng B 21,92oC; màng D 22,12oC; màng E 33,90oC iii Đối với màng B D, nhiệt độ xử lý tốt Tg + 74oC, màng E Tg + 24oC; Ở màng B tính chất học màng nhiệt độ xử lý tăng theo quy luật tuyến tính Các tính chất học màng tỉ lệ thuận với nhiệt độ xử lý Ở màng E tính chất học màng nhiệt độ xử lý có mối quan hệ theo mơ hình bậc Nhiệt độ xử lý tốt vùng gần nhiệt độ glass Với nhiệt độ xử lý làm cho màng tăng độ bền học Khảo sát khả hút ẩm màng điều kiện nhiệt độ thường, khả hòa tan nước Màng tạo thành từ tinh bột thường hút ẩm chậm có độ hòa tan nước tinh bột biến tính Các mẫu polymer thí nghiệm gần phân hủy hồn tồn đất sau ngày iv ABSTRACT The thesis entitled: “Research on improvement of biofilm strength for packaging” was carried out at I4 laboratory, Chemical Engineering Department, Nong Lam University, Ho Chi Minh City from March to August, 2010 The main materials used were tapioca, PVA, sorbitol, glycerol and water for solvent Materials were mixed with different proportions to chose an optimal formula Content consists of main parts: - Study physicochemical properties of starch material - Research on formula of film, manufacturing film from starch and modified starch - Heat treatment to increase film strength - Measurement the glass transition temperature of film (Tg) The gelatinization temperature of modified starch was determined to be 70oC Formula was the best for normal starch, and formula was the best for modified starch Film made from normal starch was easily to be removed from the mold and had better color than film made from modified starch, but the bearing capacity of the film was lower compared to modified starch film Modified starch was plastic and difficult to form a film The film was hard to remove from the mold, but the bearing capacity of the film was often higher than that of normal starch Three films had good mechanical properties were B, D (made from normal starch) and E (made from modified starch) Glass transition temperature of the film B, D and E was 21.92oC, 22.12oC and 33.90oC, respectively For films, the best temperatures for treatment were Tg + 74oC for film B and D, and Tg + 24oC for film E; In the film B, mechanical properties of the film and treatment temperature increase linearly as a rule The mechanical properties of the film were proportional to the treatment temperature In the film E, mechanical properties of the film and treatment temperature related as quadrate model The treatment v temperature was the best when it was near the glass transition temperature This treatment temperatures will increase the mechanical strength of the film The absorption properties of the films at ambient temperature and degree of solubility in water of the films were studied Film made from normal starch was slowly absorbed the moisture and had degree of solubility in water less than that of modified starch Experimental film samples were almost completely decomposed in the soil after days vi MỤC LỤC Trang Trang tựa i  Lời cảm tạ ii  Tóm tắt iii  Abstract v  Mục lục vii  Danh sách bảng xi  Danh sách hình xiii  CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1  1.1. Đặt vấn đề .1  1.2. Mục đích đề tài .2  1.3. Nội dung đề tài .2  1.4. Yêu cầu 2  CHƯƠNG TỔNG QUAN 3  2.1. Tổng quan bao bì .3  2.1.1.  Khái niệm bao bì 3  2.1.2.  Chức bao bì 3  2.1.3.  Yêu cầu kỹ thuật bao bì 3  2.1.4.  Một số vấn đề việc sử dụng bao bì nylon 4  2.1.4.1.  Lượng bao bì nylon sử dụng 4  2.1.4.2.  Ảnh hưởng bao bì nylon đến mơi trường người 5  2.2. Tổng quan Polymer sinh học 8  2.2.1.  Khái niệm .8  2.2.2.  Phân loại .8  2.2.3.  Ứng dụng polymer sinh học 8  2.3. Nguyên liệu dùng làm bao bì sinh học 8  2.3.1.  Polysaccharide .8  2.3.2.  Protein 10  vii 2.3.3.  Polylactic acid 10  2.4. Cơ sở lý thuyết trình sản xuất màng sinh học làm bao bì .10  2.4.1.  Các phương pháp sử dụng 10  2.4.2.  Một số quy trình tạo thành màng sinh học có .11  2.4.3.  Các kết có .11  CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 13  3.1. Vật liệu .13  3.2. Thiết bị dụng cụ .14  3.3. Quy trình tạo thành màng 15  3.3.1 Sơ đồ quy trình 15  3.3.2 Thuyết minh quy trình 16  3.3.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 16  3.3.2.2 Quy trình tạo màng .16  3.4. Quy trình tạo tinh bột biến tính 17  3.4.1 Sơ đồ quy trình 17  3.4.2 Thuyết minh quy trình cho mẻ tạo 100 g tinh bột biến tính .17  3.4.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 17  3.4.2.2 Quy trình tạo tinh bột biến tính 18  3.5. Phương pháp thí nghiệm .18  3.5.1.  Thí nghiệm sơ bộ: Khảo sát tính chất hóa lý vật liệu 19  3.5.2.  Thí nghiệm 1: Tạo thành màng từ hai loại tinh bột với tỉ lệ phối trộn khác 20  3.5.2.1 Tạo thành màng theo công thức (Phụ lục A2, A3) 20  3.5.2.2 Tạo thành màng theo công thức (Phụ lục A4) 20  3.5.2.3 Tạo thành màng theo công thức (Phụ lục A5) 21  3.5.2.4 Tạo thành màng theo công thức (Phụ lục A6) 21  3.5.3.  Thí nghiệm 2: Khảo sát tính chất học loại màng chế tạo 22  3.5.4.  Thí nghiệm 3: Khảo sát tính chất học màng sau ép gia nhiệt màng gia nhiệt máy đo cấu trúc 25  3.5.5.  Thí nghiệm 4: Khảo sát tính hút ẩm độ hòa tan màng nước 26  viii 3.5.5.1 Khảo sát tính hút ẩm màng 26  3.5.5.2 Khảo sát độ hòa tan màng nước 27  3.5.6 Thí nghệm 5: Ứng dụng nhiệt độ glass vào trình ép gia nhiệt màng 27  3.5.7.  Thí nghiệm 6: Khảo sát khả phân hủy màng 28  3.5.8.  Phương pháp xử lý số liệu 29  CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30  4.1 Tính chất hóa lý vật liệu 30  4.2.  Tạo thành màng từ hai loại tinh bột với tỉ lệ phối trộn khác .32  4.3 Tính chất học loại màng chế tạo 34  4.4. Tính chất học loại màng sau ép gia nhiệt màng gia nhiệt máy đo cấu trúc 37  4.5. Tính hút ẩm độ hòa tan nước màng .49  4.5.1.  Tính hút ẩm 49  4.5.2 Độ hòa tan màng nước 49  4.6 Ứng dụng nhiệt độ glass vào trình ép gia nhiệt màng 50  4.6.1  Lực cực đại Fmax 53  4.6.2  Công phá hủy (công Ar) 59  4.7 Khả phân hủy môi trường đất 66  CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 67  5.1. Kết luận .67  5.2. Đề nghị .68  TÀI LIỆU THAM KHẢO 70  PHỤ LỤC .72  ix Phụ lục B5.11: Bảng giá trị trung bình cơng Ar theo nhiệt độ xử lý màng B Table of Least Squares Means for TBT5.Ar -95% Confidence Level Count Average Stnd Error for mean -GRAND MEAN 40.600250 4279978 39.238169 41.962331 A:AMANGBG.nhietdo 45.92 36.428000 8559956 33.703837 39.152163 65.92 40.727000 8559956 38.002837 43.451163 85.92 41.555500 8559956 38.831337 44.279663 95.92 43.690500 8559956 40.966337 46.414663 B:AMANGBG.ll 40.391750 6052803 38.465476 42.318024 40.808750 6052803 38.882476 42.735024 - Phụ lục B5.12: LSD ảnh hưởng nhiệt độ xử lý tới công Ar màng B Multiple range analysis for TBT5.Ar by AMANGBG.nhietdo -Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups -45.92 36.428000 a 65.92 40.727000 b 85.92 41.555500 b 95.92 43.690500 b Phụ lục B5.13: Anova công Ar theo nhiệt độ xử lý màng D Analysis of Variance for TBT20.Ar - Type III Sums of Squares -Source of variation Sum of Squares d.f Mean square F-ratio Sig level -MAIN EFFECTS A:AMANGDG.nhietdo 50.676255 16.892085 140.098 0010 B:AMANGDG.ll 3.836450 3.836450 31.818 0110 RESIDUAL 3617190 1205730 -TOTAL (CORRECTED) 54.874424 Phụ lục B5.14: Bảng giá trị trung bình cơng Ar theo nhiệt độ xử lý màng D Table of Least Squares Means for TBT20.Ar -95% Confidence Level Count Average Stnd Error for mean -GRAND MEAN 35.705000 1227665 35.314302 36.095698 A:AMANGDG.nhietdo 46.12 32.307000 2455331 31.525603 33.088397 66.12 37.816500 2455331 37.035103 38.597897 86.12 34.286000 2455331 33.504603 35.067397 96.12 38.410500 2455331 37.629103 39.191897 B:AMANGDG.ll 35.012500 1736181 34.459969 35.565031 36.397500 1736181 35.844969 36.950031 97 Phụ lục B5.15: LSD ảnh hưởng nhiệt độ xử lý tới công Ar màng D Multiple range analysis for TBT20 Ar by TBT20.Tg -Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups -46.12 51.33000 a 86.12 106.25500 b 66.12 115.06000 b 96.12 115.68000 b Phụ lục B5.16: Anova công Ar theo nhiệt độ xử lý màng E Analysis of Variance for TBBT0.Ar - Type III Sums of Squares -Source of variation Sum of Squares d.f Mean square F-ratio Sig level -MAIN EFFECTS A:AMANGE.nhietdo 135.61009 45.203362 66.548 0030 B:AMANGE.ll 92752 927522 1.365 3270 RESIDUAL 2.0377750 6792583 -TOTAL (CORRECTED) 138.57538 Phụ lục B5.17: Bảng giá trị trung bình cơng Ar theo nhiệt độ xử lý màng E Table of Least Squares Means for AMANGE.congA -95% Confidence Level Count Average Stnd Error for mean -GRAND MEAN 43.284250 2913886 42.356921 44.211579 A:AMANGE.nhietdo 57.9 49.799000 5827771 47.944341 51.653659 77.9 39.136500 5827771 37.281841 40.991159 97.9 40.464000 5827771 38.609341 42.318659 107.9 43.737500 5827771 41.882841 45.592159 B:AMANGE.ll 43.624750 4120857 42.313308 44.936192 42.943750 4120857 41.632308 44.255192 Phụ lục B5.18: LSD ảnh hưởng nhiệt độ glass tới công Ar màng E Multiple range analysis for TBBT0 Ar by TBBT0.Tg -Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups -77.9 128.76000 a 97.9 133.31000 a 107.9 210.14500 b 57.9 258.47000 c 98 Phụ lục B5.19: Anova Fmax theo loại màng nhiệt độ xử lý Analysis of Variance for FMAXGLAS.Fmax - Type III Sums of Squares -Source of variation Sum of Squares d.f Mean square F-ratio Sig level -MAIN EFFECTS A:FMAXGLAS.loaimang 62.394683 31.197342 106603.972 0000 B:FMAXGLAS.ndxuly 15.817773 5.272591 18016.892 0000 INTERACTIONS AB 41.670597 6.9450996 23731.996 0000 RESIDUAL 0017559 2.92647E-004 -TOTAL (CORRECTED) 119.89045 23 Phụ lục B5.20: Bảng trung bình Fmax theo loại màng nhiệt độ xử lý Table of Least Squares Means for FMAXGLAS.Fmax -95% Confidence Level Count Average Stnd Error for mean -GRAND MEAN 24 24.652321 0034919 24.643774 24.660868 A:FMAXGLAS.loaimang E 26.385150 0060482 26.370346 26.399954 B 25.069513 0060482 25.054709 25.084316 D 22.502300 0060482 22.487496 22.517104 B:FMAXGLAS.ndxuly I 24.081117 0069839 24.064023 24.098211 II 24.382633 0069839 24.365539 24.399727 III 24.102267 0069839 24.085173 24.119361 IV 26.043267 0069839 26.026173 26.060361 AB E I 28.844800 0120964 28.815192 28.874408 E II 24.581800 0120964 24.552192 24.611408 E III 25.028400 0120964 24.998792 25.058008 E IV 27.085600 0120964 27.055992 27.115208 B I 22.545600 0120964 22.515992 22.575208 B II 25.167950 0120964 25.138342 25.197558 B III 25.671500 0120964 25.641892 25.701108 B IV 26.893000 0120964 26.863392 26.922608 D I 20.852950 0120964 20.823342 20.882558 D II 23.398150 0120964 23.368542 23.427758 D III 21.606900 0120964 21.577292 21.636508 D IV 24.151200 0120964 24.121592 24.180808 Phụ lục B5.21: LSD ảnh hưởng loại màng đến Fmax Multiple range analysis for FMAXGLAS.Fmax by FMAXGLAS.mau -Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups -D 22.502300 a B 25.069513 b E 26.385150 c 99 Phụ lục B5.22: LSD ảnh hưởng loại màng đến Fmax Multiple range analysis for FMAXGLAS.Fmax by FMAXGLAS.ndxuly -Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups -I 24.081117 a III 24.102267 a II 24.382633 b IV 26.043267 c Phụ lục B5.23: Anova công Ar theo loại màng nhiệt độ xử lý Analysis of Variance for A2YEUTO.congAr - Type III Sums of Squares -Source of variation Sum of Squares d.f Mean square F-ratio Sig level -MAIN EFFECTS A:A2YEUTO.ndxuly 36.39662 12.13221 17.047 0024 B:A2YEUTO.loaimang 235.89053 117.94526 165.728 0000 INTERACTIONS AB 205.78366 34.297276 48.192 0001 RESIDUAL 4.2700861 7116810 -TOTAL (CORRECTED) 489.91554 23 Phụ lục B5.24: Bảng trung bình cơng Ar theo loại màng nhiệt độ xử lý Table of Least Squares Means for A2YEUTO.congAr -95% Confidence Level Count Average Stnd Error for mean -GRAND MEAN 24 39.863167 1722016 39.441677 40.284656 A:A2YEUTO.ndxuly I 39.511333 3444031 38.668354 40.354313 II 39.226667 3444031 38.383687 40.069646 III 38.768500 3444031 37.925520 39.611480 IV 41.946167 3444031 41.103187 42.789146 B:A2YEUTO.loaimang B 40.600250 2982618 39.870208 41.330292 D 35.708375 2982618 34.978333 36.438417 E 43.280875 2982618 42.550833 44.010917 AB I B 36.428000 5965237 34.967917 37.888083 I D 32.307000 5965237 30.846917 33.767083 I E 49.799000 5965237 48.338917 51.259083 II B 40.727000 5965237 39.266917 42.187083 II D 37.816500 5965237 36.356417 39.276583 II E 39.136500 5965237 37.676417 40.596583 III B 41.555500 5965237 40.095417 43.015583 III D 34.286000 5965237 32.825917 35.746083 III E 40.464000 5965237 39.003917 41.924083 IV B 43.690500 5965237 42.230417 45.150583 IV D 38.424000 5965237 36.963917 39.884083 IV E 43.724000 5965237 42.263917 45.184083 AC I 38.981667 4870595 37.789514 40.173820 I 40.041000 4870595 38.848847 41.233153 II 39.567000 4870595 38.374847 40.759153 100 Phụ lục B5.25: LSD ảnh hưởng loại màng đến công Ar Multiple range analysis for A2YEUTO.congAr by A2YEUTO.loaimang -Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups -D 35.708375 a B 40.600250 b E 43.280875 c Phụ lục B5.26: LSD ảnh hưởng nhiệt độ xử lý đến công Ar Multiple range analysis for A2YEUTO.congAr by A2YEUTO.ndxuly -Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups -III 38.768500 a II 39.226667 a I 39.511333 a IV 41.946167 b CÁC HÌNH ĐO CẤU TRÚC VÀ NHIỆT ĐỘ GLASS Phụ lục C1: Các hình đo cấu trúc màng C1.1 Nhóm màng khơng xử lý nhiệt Hình C1.1.1: Màng A 101 Hình C1.1.2: Màng B Hình C1.1.3: Màng C Hình C1.1.4: Màng D 102 Hình C1.1.5: Màng E Hình C1.1.6: Màng F Hình C1.1.7: Màng G 103 Hình C1.1.8: Màng H C1.2 Nhóm màng xử lý nhiệt Hình C1.2.1: Ép gia nhiệt màng Hình C1.2.2: Màng A 104 Hình C1.2.3: Màng B Hình C1.2.4: Màng C Hình C1.2.5: Màng D 105 Hình C1.2.6: Màng E Hình C1.2.7 : Màng F Hình C1.2.8: Màng G 106 Hình C1.2.9: Màng H C1.3 Ứng dụng nhiệt độ glass vào trình xử lý nhiệt C1.3.1 Đối với màng B Hình C1.3.1.1: Tg + 24oC Hình C1.3.1.2: Tg + 44oC 107 Hình C1.3.1.3: Tg + 64oC C1.3.2 Đối với màng D Hình C1.3.2.1: Tg + 24oC Hình C1.3.2.2: Tg + 44oC 108 Hình C1.3.2.3: Tg + 64oC C1.3.3 Đối với màng E Hình C1.3.3.1: Tg + 44oC Hình C1.3.3.2: Tg + 64oC 109 Hình C1.3.3.: Tg + 74oC Phụ lục C2: Đo nhiệt độ glass màng Hình C2.1: So sánh màng TBBT Hình C2.2: Mẫu PVA 110 Hình C2.3: Mẫu TBT Hình C2.4: Mẫu TBT Hình C2.5: So sánh mẫu TBT TBBT 111 ... tăng độ bền màng - Đo ứng dụng nhiệt độ hóa thủy tinh màng (Tg) 1.4 Yêu cầu - Tìm quy trình sản xuất màng sinh học làm bao bì - Sản xuất thử bao bì sinh học thay bao nylon - Bao bì phải có tính bền, ... PGS.TS Trương Vĩnh, tiến hành thực đề tài: Nghiên cứu cải thiện độ bền màng sinh học để làm bao bì 1.2 Mục đích đề tài - Nghiên cứu tạo thành màng sinh học từ hai loại tinh bột (tinh bột thường... trình sản xuất màng sinh học làm bao bì Màng sinh học dùng làm bao bì bao gói vật liệu, thực phẩm Q trình sản xuất màng sinh học gồm bước: - Bẻ gãy liên kết nội phân tử tác nhân hóa học vật lý -