Bài viết trình bày kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu cho phản ứng oxy hóa tinh bột hạt mít bằng tác nhân natri hypochlorite. Ảnh hưởng của nồng độ tác nhân oxy hóa, tỷ lệ tinh bột/nước, pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng được đánh giá bằng hàm lượng carbonyl, carboxyl tạo thành và hiệu xuất thu hồi tinh bột sau oxy hóa.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thực phẩm 20 (2) (2020) 120-130 OXY HĨA TINH BỘT HẠT MÍT SỬ DỤNG TÁC NHÂN NATRI HYPOCHLORITE: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN PHẢN ỨNG Lê Thị Hồng Thuý1,2*, Nguyễn Thị Huệ Chi1, Huỳnh Thị Anh Thư 1, Bùi Vương Thịnh1, Nguyễn Thị Lương1,2, Nguyễn Văn Khôi2, Nguyễn Thanh Tùng2 Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TP.HCM Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam *Email: thuylth@hufi.edu.vn Ngày gửi bài: 20/3/2020; Ngày chấp nhận đăng: 08/5/2020 TĨM TẮT Nghiên cứu trình bày kết khảo sát điều kiện tối ưu cho phản ứng oxy hóa tinh bột hạt mít tác nhân natri hypochlorite Ảnh hưởng nồng độ tác nhân oxy hóa, tỷ lệ tinh bột/nước, pH, nhiệt độ thời gian phản ứng đánh giá hàm lượng carbonyl, carboxyl tạo thành hiệu xuất thu hồi tinh bột sau oxy hóa Kết cho thấy sản phẩm tinh bột hạt mít oxy hóa điều kiện tối ưu có hàm lượng carbonyl carboxyl 0,37% 0,98% ứng với hiệu suất thu hồi 98,61% Ảnh SEM cho thấy cấu trúc hạt tinh bột oxy hóa giữ nguyên, bề mặt bị bào mòn nhẹ xuất mảnh vỡ nhỏ Phổ FTIR tinh bột oxy hóa xuất peak hấp thụ 1744 cm-1 ứng với dao động nhóm C=O chứng tỏ phản ứng oxy hóa xảy Kết đo XRD cho thấy tác nhân hypochlorite chưa tác động đến vùng kết tinh cấu trúc hạt tinh bột, q trình oxy hóa chủ yếu xảy vùng vơ định hình với tham gia amylopectin Từ khóa: Carbonyl, carboxyl, natri hypochlorite, tinh bột hạt mít, tinh bột oxy hóa MỞ ĐẦU Tinh bột oxy hoá tổng hợp nhờ phản ứng tinh bột với tác nhân oxy hoá điều kiện cụ thể môi trường, nhiệt độ thời gian Trong phản ứng oxy hố, nhóm hydroxyl vị trí C2, C3 C6 phân tử tinh bột trước tiên bị oxy hố thành nhóm carbonyl sau thành nhóm carboxyl Do đó, mức độ oxy hố phản ánh thơng qua số nhóm carbonyl carboxyl tinh bột oxy hóa [1-3] Theo Kuakpetoon Wang (2001) q trình oxy hóa xảy chủ yếu vùng vơ định hình, khơng có thay đổi quan sát thấy mẫu tia X cường độ sản phẩm bị oxy hóa [4] Sản phẩm tinh bột biến tính thu có đặc trưng tính chất phụ thuộc vào phương pháp oxy hoá tác nhân oxy hoá [5, 6] Rất nhiều tác nhân oxy hoá sử dụng để oxy hoá tinh bột periodat, acid chromic, kali pemanganat, nitrogen dioxide, hydroperoxite, natri hypochlorite, ozone,… Tuy nhiên, hypochlorite hóa chất phổ biến sử dụng để sản xuất tinh bột oxy hóa quy mơ cơng nghiệp [7] So với tinh bột tự nhiên tinh bột oxy hóa có độ nhớt thấp ổn định theo nhiệt độ, nhiệt độ hồ hóa thấp, độ hịa tan tốt, khả tạo màng đồng ứng dụng nhiều ngành công nghiệp thực phẩm, giấy, vật liệu xây dựng công nghiệp dệt may [6-8] Nguồn nguyên liệu sử dụng để biến tính tinh bột chủ yếu loại tinh bột phổ biến gạo [4, 9], ngô [1, 2, 4, 5, 9], khoai tây [1, 4, 5], sắn [3, 6],… Ngày nay, với gia tăng nhu cầu tinh bột sản phẩm thực phẩm nên ảnh hưởng lớn tới việc cung 120 Oxy hóa tinh bột hạt mít sử dụng tác nhân natri hypochlorite: Ảnh hưởng điều kiện cấp nguồn tài nguyên thiên nhiên Các nghiên cứu tinh bột có xu hướng tập trung vào việc tìm kiếm nguồn tinh bột tinh bột phân tách từ củ rễ loại không phổ biến (cây họ đậu, số loại trái cây, thân củ,…), cho phép mở rộng phạm vi tính chất mong muốn tinh bột Điều cần thiết việc phát triển sản phẩm lĩnh vực thực phẩm, dược phẩm vật liệu Tinh bột hạt mít nguồn nguyên liệu tinh bột không phổ biến nghiên cứu biến tính năm gần Hàm lượng tinh bột hạt mít khoảng 77,76% tổng khối lượng chất khô chiếm 10-15% tổng khối lượng [10] Các nghiên cứu tinh bột hạt mít tinh bột hạt mít biến tính hạn chế, số nghiên cứu tinh bột hạt mít cơng bố đặc trưng tính chất [10-16], thủy phân tinh bột [14] carboxymethyl hóa tinh bột [11, 15] Bài báo giới thiệu kết khảo sát điều kiện phản ứng oxy hóa tinh bột hạt mít tác nhân natri hypochlorite làm sở để lựa chọn nguyên liệu cho ngành công nghiệp VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu, hóa chất Hạt mít tươi thuộc giống mít nghệ Việt Nam thu gom sở chế biến sản phẩm mít huyện Tân Phú, Đồng Nai Natri hypochlorite, natri hydroxit, natri hydrosunfit, acid chlohydric, ethanol hóa chất tinh khiết phân tích từ hãng XiLong chemical (Trung Quốc) 2.2 Phương pháp tiến hành 2.2.1 Tách thu hồi tinh bột hạt mít (JS) Tinh bột hạt mít tách thu hồi theo phương pháp Mehnaz & Aditi (2014) có thay đổi để phù hợp với điều kiện thực nghiệm [10] Hạt mít tươi đem tách bỏ lớp vỏ trắng loại bỏ phần vỏ nâu cách ngâm dung dịch NaOH 0,25% 0,5 Hạt sau rửa nghiền nước có chứa NaHSO3 0,1%, tỷ lệ nguyên liệu/nước dùng để nghiền 1:5 (w/v) Dịch bào lọc bỏ bã sau nghiền để lắng khoảng 16 giờ, thu phần tinh bột lắng thành khối đem hoà tan vào nước, ly tâm với tốc độ 5000 vòng/phút 15 phút máy ly tâm CN - 650 (Đài Loan) Quá trình ly tâm lặp lại lần để rửa tinh bột Tinh bột sấy khô nhiệt độ 50 °C 10 2.2.2 Oxy hóa tinh bột hạt mít tác nhân NaClO Các bước oxy hóa tinh bột hạt mít tác nhân NaClO thực theo nghiên cứu trước nhóm cơng bố [8] Cho 40 g tinh bột vào nước để tạo huyền phù, điều chỉnh pH nhiệt độ thích hợp Thêm thể tích NaClO phù hợp khuấy khoảng thời gian cần khảo sát Trong trình phản ứng, pH hỗn hợp điều chỉnh giữ không đổi dung dịch HCl NaOH Kết thúc q trình oxy hóa, hỗn hợp phản ứng trung hòa pH dung dịch HCl 0,1M, sản phẩm tinh bột oxy hóa lọc hút phễu lọc Buchner, rửa lần nước cất, kết tủa lại ethanol sấy 50 oC 10 Hiệu suất thu hồi tinh bột tính theo cơng thức: H (%) = m × 100 mo Trong đó: mo khối lượng tinh bột hạt mít nguyên liệu (g), m khối lượng tinh bột hạt mít oxy hóa (g) 121 Lê Thị Hồng Thúy, Nguyễn Thị Huệ Chi, Huỳnh Thị Anh Thư, Bùi Vương Thịnh, … 2.2.3 Xác định hàm lượng carbonyl Hàm lượng carbonyl tinh bột oxy hóa xác định theo Naknaen et al (2017) [16] Cân g tinh bột khơ hịa tan với 100 mL nước cốc 500 mL Gia nhiệt huyền phù 40 °C, chỉnh pH 3,2 dung dịch HCl 0,1N thêm 15 mL dung dịch hydroxylamine Đậy kín mẫu đặt bể ổn nhiệt (đã gia nhiệt 40 oC) giờ, cách 30 phút lắc nhẹ lần Chuẩn lượng dư hydroxylamine dung dịch chuẩn HCl 0.1N tới pH 3,2 với thị bromphenol xanh Mẫu trắng chứa hydroxylamine làm tương tự mẫu thực Hàm lượng carbonyl tính theo cơng thức: CO/100GU = (Vb − VS ) M 0,028 100 W Trong đó: Vs thể tích dung dịch HCl tiêu tốn cho mẫu thực (mL), Vb thể tích dung dịch HCl tiêu tốn cho mẫu trắng (mL), M nồng độ HCl (N) W khối lượng tinh bột (g) 2.2.4 Xác định hàm lượng carboxyl Hàm lượng carboxyl tinh bột oxy hóa xác định theo Naknaen et al (2017) [16] Cân g tinh bột khơ hịa tan 25 mL dung dịch HCl 0.1N Thực phản ứng 30 phút, khuấy Hút chân không dịch huyền phù tinh bột qua phễu lọc Buchner dung tích 150 mL rửa với 400 mL nước cất để loại bỏ hoàn toàn ion clorua Tinh bột sau lọc chuyển vào cốc thuỷ tinh 500 mL thêm 300 mL nước cất, gia nhiệt liên tục 15 phút để hồ hố hồn tồn Mẫu sau hồ hóa chuẩn độ dung dịch chuẩn NaOH 0.01N tới pH 8,3 với thị phenolphtalein Mẫu trắng thực tinh bột khơng oxy hóa Hàm lượng carboxyl tính theo cơng thức: COOH/100GU = (VS − Vb ) M 0,045 100 W Trong đó: Vs thể tích HCl tiêu tốn cho mẫu thực (mL), Vb thể tích HCl tiêu tốn chuẩn độ mẫu trắng (mL), M nồng độ NaOH (N) W khối lượng mẫu (g) 2.2.5 Đặc trưng hình thái cấu trúc tinh bột Vi ảnh tinh bột chụp thiết bị kính hiển vi điện tử quét (SEM) FM-6510LV (JEOL - Nhật Bản) Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) thực thiết bị FTI IMPACT Nicolet 410 vùng 4000-400 cm-1 Sấy khô mẫu tinh bột ngày tủ sấy chân không 50 °C sử dụng kỹ thuật ép viên với KBr Cấu trúc hạt đo thiết bị nhiễu xạ XRD - Rontghen SIEMENS với điều kiện đo: tế bào CuK∞ (λ = 0,15406 nm); U = 35 kV; I = 35 mA; góc quét (ω-2θ) từ 5°- 80° KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát điều kiện phản ứng oxy hóa tinh bột hạt mít 3.1.1 Ảnh hưởng nồng độ chlorine hoạt động Kết Hình cho thấy hàm lượng carbonyl carboxyl tinh bột oxy hóa tăng lên với gia tăng nồng độ chlorine hoạt động Hàm lượng carboxyl tinh bột oxy hóa tăng với tốc độ nhanh nhiều so với hàm lượng carbonyl Điều Sánchez-Rivera et al [17] giải thích oxy hóa thường xảy mơi trường kiềm với hypochlorite, giúp tăng cường hình thành nhóm carboxyl Khi nồng độ chlorine hoạt động tăng lên nhiều nhóm hydroxyl chuyển đổi thành nhóm carbonyl bị oxy hóa kịp thời thành nhóm carboxyl, dẫn đến hàm lượng carboxyl cao hình thành 122 Oxy hóa tinh bột hạt mít sử dụng tác nhân natri hypochlorite: Ảnh hưởng điều kiện tinh bột oxy hóa Các yếu tố loại tinh bột, cấu trúc hạt tinh bột, tác nhân oxy hóa điều kiện oxy hóa (như nồng độ chất oxy hóa thời gian phản ứng) ảnh hưởng đến hình thành carbonyl carboxyl [5] 1,2 100 0,98 a 98,22a Carbonyl 0,9 0,6 0,45 0,3 0,99 a 0,98 a 98 H (%) Carboxyl (%) Carbonyl (%) Carboxyl b 0,37 a 0,27b 0,23 c 0,37 a 96,62b 95,83c 96 95,23d 0,37 a 94 0,12 c 92,78 e 92 0,0 5 Nồng độ chlorine hoạt động (%) Nồng độ chlorine hoạt động (%) Hình Ảnh hưởng nồng độ chlorine hoạt động đến hàm lượng carboxyl, carbonyl Hình Ảnh hưởng nồng độ chlorine hoạt động đến hiệu suất thu hồi (Tỷ lệ tinh bột/nước: 40%; pH: 9; nhiệt độ: 40 °C; thời gian: 90 phút thể khác biệt có ý nghĩa thống kê mức 5% ứng với loại đồ thị) a, b, c, : Ngồi ra, Hình cịn cho thấy q trình oxy hóa tinh bột thực khoảng nồng độ chlorine hoạt động từ đến 3% Nồng độ chlorine hoạt động cao 3% hàm lượng carboxyl carbonyl thay đổi Olatunde et al (2017) cho lượng tác nhân oxy hóa cịn lại chủ yếu tham gia vào trình cắt mạch tinh bột để tạo sản phẩm có khối lượng phân tử thấp có khả tan nước dễ bị thất q trình lọc rửa tinh bột sản phẩm [18] Do hiệu suất thu hồi tinh bột oxy hóa tăng đạt cực trị nồng độ chlorine hoạt động 3% (Hình 2) Như vậy, nồng độ chlorine hoạt động 3% trình oxy hóa có hiệu suất thu hồi cao giá trị tối ưu lựa chọn để thực q trình oxy hóa tinh bột 3.1.2 Ảnh hưởng tỷ lệ tinh bột/nước Khi tăng tỷ lệ tinh bột/nước cố định thơng số ảnh hưởng cịn lại đến q trình oxy hóa tinh bột hàm lượng carboxyl carbonyl tăng đạt cực trị tỷ lệ tinh bột/nước 40% (Hình 3) Điều giải thích tăng lượng tinh bột/nước làm rút ngắn khoảng cách hạt tinh bột tác nhân oxy hóa thuận tiện cho q trình oxy hóa tinh bột nên giá trị hàm lượng carboxyl carbonyl tăng [19] 100 1,20 0,98 a 0,90 Carbonyl 0,82 0,91b c 0,68 d 0,60 0,30 0,45 f 0,19 f 0,52e 0,26 e 0,29 d 0,33 c 0,37 a a 98,23 98 H (%) Carboxyl (%) Carbonyl (%) Carboxyl 94,79 d 95 0,35 b 93 c 96,18 96,24b 93,64 e 92,11f 90 0,00 20 25 30 35 40 20 45 Tinh bột/nước (%) Hình Ảnh hưởng tỷ lệ tinh bột/nước đến hàm lượng carboxyl, carbonyl 25 30 35 Tinh bột/nước (%) 40 45 Hình Ảnh hưởng tỷ lệ tinh bột/nước đến hiệu suất thu hồi (Nồng độ chlorine hoạt động: 3%; pH: 9; nhiệt độ: 40 °C; thời gian: 90 phút : thể khác biệt có ý nghĩa thống kê mức 5% ứng với loại đồ thị) a, b, c, Khi nồng độ huyền phù lớn 40%, hệ phản ứng đặc lại dẫn đến khả đồng mẫu giảm cản trở q trình oxy hóa tinh bột, nhóm hydroxyl khó chuyển đổi thành 123 Lê Thị Hồng Thúy, Nguyễn Thị Huệ Chi, Huỳnh Thị Anh Thư, Bùi Vương Thịnh, … nhóm carbonyl carboxyl nên hàm lượng nhóm carboxyl, carbonyl hiệu suất thu hồi giảm (Hình 4) Như vậy, tỷ lệ tinh bột/nước 40% giá trị lựa chọn để thực q trính oxy hóa tinh bột hạt mít 3.1.3 Ảnh hưởng pH Các kết thực nghiệm Hình cho thấy, q trình oxy hóa tinh bột tác nhân natri hypochlorite ưu tiên hình thành nhóm carboxyl nhóm carbonyl mơi trường kiềm so với mơi trường trung tính Hàm lượng carboxyl cao hàm lượng carbonyl mẫu tinh bột oxy hóa điều kiện Cả giá trị đạt cực đại pH giảm pH phản ứng tăng lên Kết phù hợp với nghiên cứu Sangseethong et al tinh bột sắn [20] 100 Carboxyl 0,98 Carbonyl 0,9 0,6 0,3 a 0,93 b 0,83d 0,57 e 0,26 e cd 0,32 0,37 a 98,23 0,87 c 0,34b a 98 H (%) Carboxyl (%) Carbonyl (%) 1,2 96,30 b 96 95,38 c 95,61 d bc 0,33 94 0,0 93,23 e 92 10 11 pH Hình Ảnh hưởng pH đến hàm lượng carboxyl, carbonyl pH 10 11 Hình Ảnh hưởng pH đến hiệu suất thu hồi (Nồng độ chlorine hoạt động: 3%; tỷ lệ tinh bột/nước: 40%; nhiệt độ: 40 °C; thời gian: 90 phút a, b, c : thể khác biệt có ý nghĩa thống kê mức 5% ứng với loại đồ thị) Ngồi ra, q trình oxy hóa tinh bột có hiệu suất thu hồi cao pH (Hình 6) Theo nghiên cứu Han & Lim (2004), liên kết hydro liên phân tử tinh bột dễ bị phá vỡ môi kiềm mạnh, đồng thời làm tăng khả hòa tan tinh bột nước [21] Do đó, q trình lọc rửa thu hồi tinh bột oxy hóa, lượng nhỏ tinh bột bị hịa tan thất làm cho hiệu suất thu hồi giảm pH tăng lớn Như vậy, khảo sát ảnh hưởng pH đến q trình oxy hóa pH giá trị tối ưu chọn để khảo sát yếu tố ảnh hưởng 3.1.4 Ảnh hưởng nhiệt độ Kết thực nghiệm Hình cho thấy, hàm lượng carbonyl carboxyl tăng tăng nhiệt độ phản ứng oxy hóa tinh bột, nhiệt độ lớn 40 °C giá trị hàm lượng carbonyl carboxyl giảm Điều giải thích nhiệt độ lớn 40 °C, lượng lớn chlorine hoạt động chuyển thành khí chlorine khỏi mơi trường phản ứng làm giảm hiệu bẻ gãy liên kết glucosite phân huỷ tinh bột Nếu nhiệt độ tăng cao tượng hồ hóa xảy gây ảnh hưởng q trình oxy hóa [22] Kết nghiên cứu phù hợp với nghiên cứu báo cáo tinh bột khoai tây Fonseca et al [19], tinh bột cao lương Yuniar et al [23] Kết thực nghiệm cho thấy hiệu suất thu hồi đạt cực đại 40 oC giảm mạnh nhiệt độ tăng 40 oC (Hình 8), nguyên nhân tượng hồ hóa phản ứng oxy hóa tinh bột hạt mít natri hypochlorite tạo thành sản phẩm có khối lượng phân tử nhỏ tan nước nên dễ bị thất q trình lọc rửa thu hồi tinh bột oxy hóa Như vậy, 40 oC q trình oxy hóa cho kết tốt 124 Oxy hóa tinh bột hạt mít sử dụng tác nhân natri hypochlorite: Ảnh hưởng điều kiện 1,2 Carboxyl (%) Carbonyl (%) 0,98 Carboxyl a 0,93 b 0,88 0,9 100 98,24 a e 96,63 0,6 0,37 0,3 0,25 b 97,22 98 d 0,75 H (%) 0,65 Carbonyl c a e 0,33 b 0,31 c 96 94,57 d 0,29 c 95,17 e d 94 92 0,0 30 40 50 60 Nhiệt độ phản ứng (oC) 30 70 40 50 60 70 Nhiệt độ phản ứng (oC) Hình Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hàm lượng carboxyl, carbonyl Hình Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu hồi (Nồng độ chlorine hoạt động: 3%; tỷ lệ tinh bột/nước: 40%; pH: 9; thời gian: 90 phút a, b, c : thể khác biệt có ý nghĩa thống kê mức 5% ứng với loại đồ thị) 3.1.5 Ảnh hưởng thời gian phản ứng Kết khảo sát Hình cho thấy, hàm lượng carboxyl tăng thời gian phản ứng oxy hóa tăng Tuy nhiên, thời gian lớn 60 phút hàm lượng carboxyl tăng khơng đáng kể, giá trị khơng có khác biệt mặt tốn học, đó, hàm lượng carbonyl giảm theo thời gian phản ứng Điều giải thích tăng thời gian phản ứng tốc độ phản ứng oxy hóa tinh bột tăng nhanh nồng độ tác nhân NaClO lớn, q trình chuyển hóa nhóm hydroxyl nhóm carbonyl ưu tiên hình thành nhóm carboxyl Sau 60 phút phản ứng oxy hóa đến giai đoạn cuối, nồng độ tác nhân NaClO không cịn nhiều, đó, hàm lượng carboxyl tăng hàm lượng carbonyl giảm không đáng kể Kết khảo sát Hình 10 cho thấy, thời gian phản ứng oxy hóa tăng hiệu suất thu hồi tinh bột oxy hóa tăng đạt cực đại thời gian 90 phút Khi nghiên cứu ảnh hưởng thời gian phản ứng lên q trình oxy hóa tinh bột sắn, Sangseethong & Sriroth (2009) kết luận thời gian phản ứng dài thuận lợi cho tác nhân oxy hóa chlorine tham gia phản ứng phụ tạo phân tử có khối lượng nhỏ làm cho hiệu suất thu hồi tinh bột oxy hóa giảm [22] Mặt khác, phân tích ANOVA, giá trị hiệu suất thu hồi thời gian 60 phút 90 phút khác biệt mặt tốn học Do đó, 60 phút chọn thời gian tối ưu cho q trình oxy hóa tinh bột 1,5 Carboxyl 98,23 0,98 a 0,88 b 0,6 0,38 0,99 a 0,99 a a 0,37 a 0,37 a 0,35 b a 98,24 0,35 b a 97,23b 98 0,99 a H (%) Carboxyl (%) Carbonyl (%) 1,2 0,9 100 Carbonyl 96,60 96 c 94,88 d 94 0,3 92 0,0 30 60 90 120 Thời gian phản ứng (phút) 30 180 60 90 120 180 Thời gian phản ứng (phút) Hình Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hàm lượng carboxyl, carbonyl Hình 10 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất thu hồi (Nồng độ chlorine hoạt động: 3%; tỷ lệ tinh bột/nước: 40%; pH: 9; nhiệt độ: 40 °C a, b, c : thể khác biệt có ý nghĩa thống kê mức 5% ứng với loại đồ thị) 125 Lê Thị Hồng Thúy, Nguyễn Thị Huệ Chi, Huỳnh Thị Anh Thư, Bùi Vương Thịnh, … Như qua khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình oxy hóa tinh bột hạt mít tác nhân natri hypochlorite cho hiệu suất thu hồi tốt (98,23%) thực nhiệt độ phản ứng 40 °C thời gian 60 phút với nồng độ chlorine hoạt động 3% tỷ lệ tinh bột/nước 40% pH Hàm lượng carbonyl carboxyl sản phẩm tinh bột oxy hóa thu 0,37% 0,98% 3.2 Đặc trưng cấu trúc tinh bột 3.2.1 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Quang phổ hồng ngoại nhạy để theo dõi thay đổi nhóm chức thay đổi cấu trúc đại phân tử tinh bột Phổ hồng ngoại tinh bột hạt mít tự nhiên (JS) tinh bột oxy hóa nồng độ chlorine hoạt động 3% (OJS 3%) thể Hình 11 (1) - JS (2) - OJS 3% 1637 1024 (1) - JS (2) - OJS 3% 1154 3400 Counts Absorbance (2) (1) 1734 2932 1406 (2) 1062 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 Wavenumber (1) 400 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Theta (cm-1) Hình 12 Giản đồ XRD JS OJS 3% Hình 11 Phổ hồng ngoại JS OJS 3% Kết phổ hồng ngoại loại tinh bột không khác nhiều, phổ hồng ngoại loại tinh bột xuất peak 3400 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm –OH; nhóm peak 2932 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị khơng đối xứng liên kết C–H no; peak 1637 cm-1 đặc trưng cho liên kết hydrogen nội phân tử; peak 1406 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng liên kết C–H no; nhóm peak 1154 cm-1, peak 1062 cm-1 peak 1024 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị đối xứng liên kết C–O–C Tuy nhiên, phổ hồng ngoại tinh bột hạt mít oxy hóa có xuất peak 1734 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm carbonyl (C=O) phổ hồng ngoại tinh bột hạt mít tự nhiên hồn tồn khơng xuất peak Các nghiên cứu đo phổ FTIR cho kết tương tự tinh bột oxy hóa tạo từ tinh bột chuối [18], tinh bột ngô [5, 24], tinh bột đậu tinh bột khoai tây [5] Ngoài ra, kết đo phổ FTIR cho thấy peak hấp thụ 1637 cm-1 (tương ứng với liên kết hydrogen nội phân tử) JS OJS có độ lớn cường độ khác Điều chứng tỏ nhóm hydroxyl tham gia liên kết hydrogen nội phân tử bị oxy hóa phần để tạo nhóm carbonyl carboxyl 3.2.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X Kết đo nhiễu xạ tia X JS OJS trình bày Hình 12 cho thấy khơng có thay đổi đáng kể phát mơ hình nhiễu xạ tia X tinh bột hạt mít oxy hóa so với tinh bột hạt mít tự nhiên Các peak kết tinh loại tinh bột gồm đỉnh góc 2θ vào khoảng 15,4°và 23,3° với đỉnh kép 17,1° 18,2° Đỉnh tinh bột hạt mít thể kiểu tinh thể loại C điển hình [25] Kết hồn tồn phù hợp với nghiên cứu công bố loại tinh bột khác [4, 5, 17, 26, 27] Như vậy, q trình oxy hóa 126 Oxy hóa tinh bột hạt mít sử dụng tác nhân natri hypochlorite: Ảnh hưởng điều kiện chủ yếu xảy vùng vơ định hình với tham gia amylopectin không làm thay đổi cấu trúc tinh thể hạt tinh bột 3.2.3 Vi ảnh phân bố kích thước hạt tinh bột Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) tinh bột hạt mít tự nhiên (Hình 13A) cho thấy hầu hết hạt tinh bột có dạng hình cầu nửa oval chảy tự do, hạt tách rời nhau, bề mặt hạt tương đối nhẵn, không thấy khuyết tật chứng tỏ phương pháp trích ly làm khơ khơng gây phá hủy tinh bột Vi ảnh hạt tinh bột hạt mít thu có hình dạng tương đồng với kết tác giả khác [14, 16, 28] Hình 13 Ảnh SEM JS (A) OJS 3% (B) ( 5000) Hạt tinh bột oxy hóa khơng có khác biệt đáng kể với tinh bột hạt mít nguyên liệu, cấu trúc hạt tinh bột giữ nguyên bề mặt hạt khơng cịn nhẵn tinh bột tự nhiên mà bị bào mòn nhẹ xuất mảnh vỡ nhỏ (Hình 13B) Kết nghiên cứu cho thấy khơng thay đổi nhiều đặc tính bề mặt hình dạng hạt sau q trình oxy hóa báo cáo tinh bột khoai lang [29], tinh bột chuối [17], tinh bột khoai tây [19] Tuy nhiên, theo nghiên cứu Adebowale et al (2006) lại cho thấy cấu trúc hạt tinh bột đậu kiếm oxy hóa bị vỡ tạo hốc trung tâm số hạt [30] Những quan sát khác khác phương pháp oxy hóa, khác cấu trúc hạt độ bền hạt tinh bột Kích thước hạt trung bình tinh bột hạt mít oxy hóa (10,03 ± 3,34 m) tăng nhẹ so với tinh bột hạt mít nguyên liệu (9,22 ± 3,36 m) Kết điều kiện thí nghiệm q trình oxy hố chủ yếu diễn lớp vỏ hạt tinh bột, đồng thời có chuyển đổi nhóm hydroxyl thành nhóm carboxyl carbonyl làm tăng kích thước hạt tinh bột lực đẩy tĩnh điện KẾT LUẬN Q trình oxy hóa tinh bột hạt mít tác nhân natri hypochlorite cho hiệu suất thu hồi tốt (98,23%) thực nhiệt độ phản ứng 40 oC thời gian 60 phút với nồng độ chlorine hoạt động 3% tỷ lệ tinh bột/nước 40% pH Hàm lượng carbonyl sản phẩm tinh bột oxy hóa thu 0,37% carboxyl 0,98% Bề mặt hạt tinh bột oxy hóa khơng cho thấy khác biệt đáng kể với tinh bột hạt mít tự nhiên, cấu trúc hạt tinh bột giữ nguyên bề mặt hạt khơng cịn nhẵn tinh bột tự nhiên mà bị bào mòn nhẹ xuất mảnh vỡ nhỏ Phổ FTIR OJS xuất peak hấp thụ 1744 cm-1 ứng với dao động nhóm C=O chứng tỏ phản ứng oxy hóa xảy Kết đo XRD cho thấy khơng có thay đổi đáng kể phát mơ hình nhiễu xạ tia X tinh bột oxy hóa so với tinh bột hạt mít Kết điều kiện tối ưu q trình oxy hóa tinh bột hạt mít áp dụng cho việc sản xuất sản phẩm tinh bột oxy hóa ngành cơng nghiệp 127 Lê Thị Hồng Thúy, Nguyễn Thị Huệ Chi, Huỳnh Thị Anh Thư, Bùi Vương Thịnh, … TÀI LIỆU THAM KHẢO Kuakpetoon D., Wang Y.J - Locations of hypochlorite oxidation in corn starches varying in amylose content, Carbohydrate Research 343 (1) (2008) 90-100 Kuakpetoon D., Wang Y.-J - Structural characteristics and physicochemical properties of oxidized corn starches varying in amylose content, Carbohydrate Research 341 (11) (2006) 1896-1915 Dias A.R.G., Zavareze E da R., Helbig E., Moura F.A de, Vargas C.G., Ciacco C.F - Oxidation of fermented cassava starch using hydrogen peroxide, Carbohydrate Polymers 86 (2011) 185-191 Kuakpetoon D., Wang Y.-J - Characterization of different starches oxidized by hypochlorite, Starch - Stärke 53 (5) (2001) 211-218 Zhang Y.R., Wang X.L., Zhao G.M., Wang Y.Z - Preparation and properties of oxidized starch with high degree of oxidation, Carbohydrate Polymers 87 (4) (2012) 2554-2562 Sangseethong K., Termvejsayanona N., Sriroth K - Characterization of physicochemical properties of hypochlorite and peroxide-oxidized cassava starches, Carbohydrate Polymers 82 (2) (2010) 446-453 Vanier N.L., El Halal S.L.M., Dias A.R.G., da Rosa Zavareze E - Molecular structure, functionality and applications of oxidized starches: A review, Food Chemistry 221 (2017) 1546-1559 Nguyen Thanh Tung, Le Thi Hong Thuy, Giang Dinh Trung, Hoang Thi Van An, Nguyen Van Khoi - Some physicochemical and functional properties of native and modified starch isolated from jackfruit seeds, Vietnam Journal of Chem 57 (4e3,4) (2019) 410-415 Chávez-Murillo C.E., Wang Y.-J., Bello-Pérez L.A - Morphological, physicochemical and structural characteristics of oxidized barley and corn starches, Starch - Stärke 60 (11) (2008) 634-645 10 Mehnaz S., Aditi Roy C - Isolation of starch from a non-conventional source (Jackfruit seeds) as an alternative to conventional starch for pharmaceutical and food industries, Annals of Pharma Research (1) (2014) 47-54 11 Nisit K., Suwakon J., Ornanong K - Preparation of cross-linked carboxymethyl jackfruit starch and evaluation as a tablet disintegrant, Pak J Pharm Sci 24 (4) (2011) 415-420 12 Akinmutimi A H - Nutritive value of raw and processed jack fruit seeds (Artocarpus heterophyllus): Chemical analysis, Agricultural Journal (4) (2006) 266-271 13 Tulyathana V., Tananuwonga K., Songjinda P., Jaiboonb N - Some physicochemical properties of jackfruit (Artocarpus heterophyllus lam) seed flour and starch, ScienceAsia 28 (2002) 37-41 14 Le Thi Hong Thuy, Nguyen Hoc Thang, Nguyen Van Khoi, Nguyen Thi Luong, Nguyen Thanh Tung - Effect of hcl-alcoholic treatment on the modification of jackfruit (Artocarpus heterophyllus Lam) Seed Starch, Materials Science Forum 991 (2020) 150-156 15 Lê Thị Hồng Thuý, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn Thị Lương, Lê Nguyễn Phương Thanh, Nguyễn Quỳnh Như, Nguyễn Thị Thảo, Hồ Thị Thu Thảo Ảnh hưởng nồng độ natri hydroxide đến đặc trưng tính chất tinh bột hạt mít cacboxymethyl, Tạp chí hóa học 57 (6E1,2) (2019) 108-112 128 Oxy hóa tinh bột hạt mít sử dụng tác nhân natri hypochlorite: Ảnh hưởng điều kiện 16 Naknaen P., Tobkaew W., Chaichaleom S - Properties of jackfruit seed starch oxidized with different levels of sodium hypochlorite, International Journal of Food Properties 20 (5) (2016) 979-996 17 Sánchez-Rivera M M., Méndez-Montealvo G., Núñez-Santiago C., de la Rosa-Millan J., Wang Y.-J., Bello-Pérez L A - Physicochemical properties of banana starch oxidized under different conditions, Starch - Stärke 61 (2009) 206-213 18 Olatunde G.O., Arogundade L.K., Orija O.I - Chemical, functional and pasting properties of banana and plantain starches modified by pre-gelatinization, oxidation and acetylation, Cogent Food & Agriculture (1) (2017) 19 Fonseca L.M., Gonỗalves J.R., El Halal S.L.M., Pinto V.Z., Dias A.R.G., Jacques A.C., Zavareze E da R - Oxidation of potato starch with different sodium hypochlorite concentrations and its effect on biodegradable films, LWT - Food Science and Technology 60 (2) (2015) 714-720 20 Sangseethong K., Lertpanit S., Sriroth K - Hypochlorite oxidation of cassava starch, Starch - Stärke Lectures of the 57th Starch Convention (2006) 21 Han J., Lim S - Structural changes in corn starches during alkaline dissolution by vortexing, Carbohydrate Polymers 55 (2) (2004) 193-199 22 Sangseethong K., Sriroth K - The effect of reaction temperature on hypochlorite oxidation of cassava starch, P-Starch-10 the 5th International Conference on Starch Technology (2009) 23 Yuniar, Margaretty E., Fadarina, Anerasari M., Febriana I - The effect of reaction time and pH on the process of sago starch, Journal of Physics: Conference Series 1167 (2019) 012053 24 Dao Phi Hung, Mac Van Phuc, Nguyen Anh Hiep, Trinh Van Thanh, Nguyen Thien Vuong, Truong Thi Nam, Do Dang Xuan - Oxidized maize starch: Characterization and effect of it on the biodegradable films Part II Infrared spectroscopy, solubility of oxidized starch and starch film solubility, Vietnam Journal of Science and Technology 55 (4) (2017) 395-402 25 Nguyễn Thanh Tùng - Biến tính tinh bột vinyl monome ứng dụng, Luận án tiến sĩ Hóa học, Viện Hóa học-Viện KH&CN Việt Nam (2010) 26 Lawal O.S., Adebowale K.O., Ogunsanwo B.M., Barba L.L., Ilo N.S - Oxidized and acid thinned starch derivatives of hybrid maize: functional characteristics, wide-angle X-ray diffractometry and thermal properties, International Journal of Biological Macromolecules 35 (1-2) (2005) 71-79 27 Garrido L.H., Schnitzler E., Zortéa M.E.B., de Souza Rocha T., Demiate I.M Physicochemical properties of cassava starch oxidized by sodium hypochlorite, Journal of Food Science and Technology 51 (10) (2012) 2640-2647 28 Kushwaha K., Singh V., Kaur D - Comprehensive review of the impact of modification on the properties of jackfruit seed starch and its applications, Nutrafoods (2019) 68-79 29 Zuluaga M.F., Baena Y., Mora C.E., Ponce L.F - Physicochemical characterization and application of yam starch as a pharmaceutical excipient, Starch-Stärke (2007) 07-317 30 Adebowale K.O., Afolabi T.A., Olu-Owolabi, B.I - Functional, physicochemical, and retrogradation properties of sword bean (Canavalia gladiata) acetylated and oxidized starches, Carbohydrate Polymer 65 (2006) 93-101 129 Lê Thị Hồng Thúy, Nguyễn Thị Huệ Chi, Huỳnh Thị Anh Thư, Bùi Vương Thịnh, … ABSTRACT OXIDATION OF JACKFRUIT SEED STARCH USING SODIUM HYPOCHLORITE: THE EFFECTS OF VARIOUS REACTION FACTORS Le Thi Hong Thuy1,2*, Nguyen Thi Hue Chi1, Huynh Thi Anh Thu 1, Bui Vuong Thinh1, Nguyen Thi Luong1,2, Nguyen Van Khoi2, Nguyen Thanh Tung2 Ho Chi Minh City University of Food Industry Institute of Chemistry - Vietnam Academy of Science and Technology *Email: thuylth@hufi.edu.vn This study presents the results of the survey of optimal conditions for oxidation of jackfruit starch by sodium hypochlorite agent The effect of oxidation agent concentration, starch/water ratio, pH, temperature and reaction time are assessed by the content of carbonyl and carboxyl and the recovery efficiency of oxidized starch The results showed that the recovery efficiency was 98,61%; carbonyl and carboxyl contents of the oxidized starch were 0,37% and 0.98%, respectively SEM images showed that OJS particles remained the original structure, the surface is slightly eroded and appeared small debris FTIR spectra of OJS appear absorption peak at 1744 cm-1 corresponding to the oscillation of the C=O group XRD results showed that oxidation mainly occurred in the amorphous regions with the participation of amylopectin Keywords: Carbonyl, carboxyl, jackfruit seed starch, oxidized starch, sodium hypochlorite 130 ... 122 Oxy hóa tinh bột hạt mít sử dụng tác nhân natri hypochlorite: Ảnh hưởng điều kiện tinh bột oxy hóa Các yếu tố loại tinh bột, cấu trúc hạt tinh bột, tác nhân oxy hóa điều kiện oxy hóa (như nồng... phát mơ hình nhiễu xạ tia X tinh bột oxy hóa so với tinh bột hạt mít Kết điều kiện tối ưu q trình oxy hóa tinh bột hạt mít áp dụng cho việc sản xuất sản phẩm tinh bột oxy hóa ngành công nghiệp 127... Thảo Ảnh hưởng nồng độ natri hydroxide đến đặc trưng tính chất tinh bột hạt mít cacboxymethyl, Tạp chí hóa học 57 (6E1,2) (2019) 108-112 128 Oxy hóa tinh bột hạt mít sử dụng tác nhân natri hypochlorite: