Nghiên cứu chế tạo và xác định đặc tính màng trên cơ sở chitosan và tinh bột

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH THỊ THU DIỆU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH MÀNG TRÊN CƠ SỞ CHITOSAN VÀ TINH BỘT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Đà Nẵng, 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH THỊ THU DIỆU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH MÀNG TRÊN CƠ SỞ CHITOSAN VÀ TINH BỘT Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật Hóa học : 8520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Dương Thế Hy Đà Nẵng, 2019 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Nếu khơng nêu trên, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm đề tài Người cam đoan Huỳnh Thị Thu Diệu TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH MÀNG TRÊN CƠ SỞ CHITOSAN VÀ TINH BỘT Học viên: Huỳnh Thị Thu Diệu Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 8520301 Khóa: 35 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt: Đề tài đề cập đến việc kết hợp ưu điểm hai polymer tự nhiên chitosan tinh bột để tạo màng định hướng bảo quản thực phẩm bền, hút nước, có khả kháng khuẩn, phân hủy sinh học Màng tinh bột có tính hút nước cao, bền Để tăng độ bền màng giảm khả hút nước, tiến hành đóng rắn tinh bột acid citric Các điều kiện đóng rắn khảo sát bao gồm hàm lượng acid citric, thời gian đóng rắn nhiệt độ đóng rắn Độ trương màng nước sau đóng rắn lựa chọn để đánh giá mức độ hình thành liên kết ngang màng Kết nghiên cứu tìm điều kiện đóng rắn tốt nhất, phản ánh qua độ trương nước bé nhất, là: hàm lượng AC 5% đóng rắn 150° C 30 phút Tuy nhiên, màng màng tinh bột đóng rắn lại có độ bền kéo bé so với màng chưa đóng rắn Khi phối hợp tinh bột với chitosan làm giảm khả hút nước, tăng độ bền kéo khơng làm thay đổi độ thấm nước Ngồi màng phối hợp cịn có khả kháng khuẩn gram âm Escherichia coli Từ khóa: Chitosan; Tinh bột; Màng thực phẩm; Kháng khuẩn; Phân hủy sinh học FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF THE FILM BASED ON CHITOSAN AND STARCH Abstract: This research mentions about combination of advantages of two natural polymers, chitosan and starch, to create film that has low water sorption, antibacterial and biodegradable properties The use of this film is aimed to food packaging Starch film has high water sorption, low strength In order to increase the strength and to reduce the water sorption of the starch film, it considers to crosslink the starch using citric acid The conditions investigated for starch curing are citric acid content, time and temperature The swelling in water of the film after hardening is selected to evaluate the crosslink density in the film Research results have found the best curing conditions that correspond to the smallest degree of swelling in water: the ratio of citric acid to starch (by mass) is 5/100, the temperature is 150oC and curing time is 30 minutes However, the crosslinked starch film has a lower tensile strength than that of uncrosslinked starch film Adding chitosan to starch reduces the water sorption, increase the tensile strength but remain water vapor penetration In addition, the starch/chitosan film has antibacterial property with gram-negative Escherichia coli Key words: Starch; Chitosan; Food packaging; Antibacterial; Biodegradable MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề .1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực nghiệm CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chitin - chitosan 1.1.1 Cấu trúc phân tử chitin chitosan 1.1.2 Các loại nguyên vật liệu sản xuất chitin 1.1.3 Tính chất chitosan 1.1.4 Ứng dụng chitosan 10 1.2 Tổng quan tinh bột sắn 10 1.2.1 Giới thiệu tinh bột 10 1.2.2 Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt tinh bột .11 1.2.3 Thành phần hóa học tinh bột 15 1.2.4 Thành phần, cấu trúc amylose 15 1.2.5 Thành phần, cấu trúc amylopectin 16 1.2.6 Các phản ứng tiêu biểu tinh bột 17 1.2.7 Những tính chất vật lý huyền phù tinh bột nước 19 1.2.8 Độ nhớt hồ tinh bột .21 1.2.9 Khả tạo gel thối hóa gel 21 1.2.10 Hóa dẻo tinh bột 21 1.2.11 Ứng dụng màng tinh bột thực phẩm 22 1.3 Tổng quan Axit Citric 22 1.3.1 Giới thiệu 22 1.3.2 Thông tin tổng quát 23 1.3.3 Tính chất .23 1.3.4 Ứng dụng 24 1.4 Tổng quan Natri Hypophotphit 25 1.4.1 Tính chất .25 1.4.2 Ứng dụng 25 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 27 2.1 Nội dung thực 27 2.2 Hoá chất dụng cụ thiết bị 27 2.3 Tiến hành thực nghiệm 27 2.4 Deacetyl hóa chitin 30 2.5 Đo độ trương màng 30 2.6 Đo đồ bền kéo đứt màng 31 2.7 Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) 31 2.8 Xác định khả kháng khuẩn 32 2.9 Xác định độ thấm nước màng 32 2.10 Khảo sát khả phân hủy sinh học 33 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Deacetyl hóa chitin 34 3.1.1 Deacetyl hóa 34 3.1.2 Ảnh hưởng màu chitosan đến màng 36 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình đóng rắn màng tinh bột 37 3.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng acid citric (AC) 37 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian đóng rắn 39 3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đóng rắn 40 3.3 Ảnh hưởng hàm lượng chitosan đến độ trương màng 41 3.4 Tính chất lý 42 3.5 Sự phân hủy nhiệt 42 3.6 Sự thấm nước 43 3.7 Khả kháng khuẩn 46 3.8 Khảo sát phân hủy sinh học 47 KẾT LUẬN 49 KIẾN NGHỊ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên đầy đủ CA Acid citric CS Chitosan TGA Thermogravimetric analysis DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1: Thành phần hóa học chủ yếu nguyên liệu sản xuất chitin chitosan 1.2: Hoạt tính kháng khuẩn kháng nấm dẫn xuất chitosan 1.3: Đặc điểm số loại tinh bột 13 1.4: Nhiệt độ hồ hóa số loại tinh bột 20 3.1: Độ thấm nước màng 45 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1: Cấu trúc chitin, chitosan, xenllulose 1.2: Sơ đồ quy trình deacetyl hóa chitin thành chitosan 1.3: Cấu tạo hóa học tinh bột 11 1.4: (1) tinh bột sắn 1500X (2) tinh bột sắn 3500X 14 1.5: Cấu trúc amylose 16 1.6: Amylose amylopectin 17 1.7: Phản ứng phân hủy tinh bột 18 1.8: Sơ đồ phân tử thể nhóm cacboxyl 18 2.2: Thiết bị đo độ bền kéo 31 2.2: Cốc đo độ thấm nước cố định màng 32 3.1: Chitosan 34 3.2: Phổ FTIR chitosan 35 3.3: (a) Màng tinh bột (b) màng chitosan 36 3.4: Màng tinh bột/chitosan chưa đóng rắn 150°C 37 3.5: Độ trương màng tinh bột nhiệt độ đóng rắn 150°C 30 phút 38 3.6: Ảnh hưởng thời gian đóng rắn đến độ trương 39 3.7: Ảnh hưởng vào nhiệt độ đóng rắn đến độ trương 40 3.8: Đồ thị biểu độ trương loại màng 41 3.9: Độ bền kéo đứt màng 42 3.10: TGA màng 43 3.11: Sự thay đổi khối lượng cốc theo thời gian 44 3.12: Khả kháng khuẩn màng (a) tinh bột đóng rắn (b) tinh bột phối trộn 10% chitosan 46 3.13: Các màng tinh bột chứa 0, 5, 10 20% (từ trái qua phải) trước chơn (phía trên) sau khơn đất 10 ngày (phía dưới) 48 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (1998), Hóa lí tập II, Nxb Giáo dục, Hà Nội [2] Nắng Sân Trường, “Đề tài nguyên liệu cho sản xuất khoai mì tài liệu, ebook, giáo trình,” 10:02:03 UTC [3] Nguyễn Thị Ngọc Tú, Vũ Thị Ngọc Thanh (1998), “Khảo sát tác dụng kháng khuẩn kháng nấm Chitosan”, Tạp chí dược học, số [4] Lê Ngọc Tú (chủ biên) (2002), Biến hình sinh học sản phẩm từ hạt, NXB Khoa học Kỷ thuật, Hà Nội [5] Lê Ngọc Tú (chủ biên) (1999), Hóa học thực phẩm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [6] Đặng Xuân Việt (2007), Nghiên cứu phương pháp thích hợp để khử màu thuốc nhuộm hoạt tính nước thải dệt nhuộm, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội) Tiếng Anh [7] Allan, C.R and Hadwiger, L.A (1979) The fungicial effect of chitosan on fungi of varying cell wall composition Experimental Mycology 3, p 285-287 [138 Antibacterial and antifungal activity of alkylsulfonated chitosan; Department of Medical Laboratory Sci- ence and Biotechnology, College of Health Sciences, Kaohsiung Medical University, Number 100 Shih-Chuan 1st Road, Kaohsiung 807,Taiwan.E-mail address: chfape@kmu.edu.tw (C.F Peng) http://dx.doi.org/10.1016/j.bgm.2014.09.001 22140247/Copyright ª 2014, Taiwan Genomic Medicine and Biomarker Society [9] Basavaraju K.C., T Damappa, S.K Rai (2006) Preparation of chitosan and its miscibility studies with gelatin using viscosity, ultrasonic and refractive index Journal of Carbohydrate Polymes 29, p 353 – 358 [10] Blaise Ouattara, Ronald E Simard, Gabriel Piette, André Bégin, Richard A Holley (2000) Inhibition of surface spoilage bacteria in processed meats by ap.lication of antimicrobial films prepared with chitosan International journal of food microbiology, 62, p 139 – 148 [11] Cagri, A., Ustunol, Z., Ryser, E.T (2001) Antimicrobial, mechanical and moisture barrier properties of low pH whey protein – based edible films 52 containing p- Amminobenzoic or sorbic axit Journal of Food Science 66, p 865 – 870 [12] Chang Y P., A Abd Karim, C C Seow (2006), “Interactive plasticizing antiplasticizing effects of water and glycerol on the tensile properties of tapioca starch films”, Carbonhydrate polymes, vol 20, pp 1-8 [13] Chen, R.H., Hwa, H.D (1996) Effect of molecular weight of chitosan with the same degree of deacetylation on the thermal, mechanical and premeability properties of the prepared membrane Journal of Carbohydrate Polymes 29, p 353 – 358 [14] Citric acid cross-linking of starch flms, Food Chemistry 118:3 (February 1, 2010), pp 702–711; doi: 10.1016/j.foodchem.2009.05 050; Robust and Flexible Films from 100% Starch Cross-Linked by Biobased Disaccharide Derivative, ACS Sustainable Chem Eng 2015, 3, 2631−2639 [15] Domard A and M Rinaudo, “Preparation and characterization of fully deacetylated chitosan,” Int J Biol Macromol., vol 5, no 1, pp 49–52, Feb 1983 [16] Elsabee MZ, Abdou ES (2013) Chitosan based edible flms and coatings: A review Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 33: 1819-1841 [17] Hadwiger, L.A., Kendra, D.F., Fristensky, B.W., et al Chitosan both activates genes in plants and inhibits RNA synthesis in fungi In: Muzzarelli, R.A.A., Jeuniaux, C., Gooday, G.W Eds.; Chitin in Nature and Technology New York, USA: Plenum Press; 1985 pp 209–222 [18] Hirano S et al (1998) Production and ap.lication of chitin and chitosan Elsvier Ap.lied Science, London, UK, p 51-61 [19] Ji Yeon Kim , Yun-Kyung Lee & Yoon Hyuk Chang (2017): Structure and digestibility properties of resistant rice starch cross-linked with citric acid, International Journal of Food Properties, DOI: 10.1080/10942912.2017.1368551 [20] Jonathan Rhoades, Bob Rastall Chitosan as an antimicrobial agent Food technology [21] Mayachiew, P., Devahastin, S., Mackey, B.M., et al Effects of drying methods and conditions on antimicrobial activity of edible chitosan films enriched with galangal extract Food Res Int 2010; 43: 125–132) [22] Pillai CKS, Paul W, Sharma CP, (2008), Chitin anh chitosan polymers; Chemistry solubility and fiber formation, Progressing Polymer Science [23] Pradip Kumar, Joydeep Dutta and V S Tripathi (2004), “Chitin and chitosan: 53 Chemistry, properties and applications” Journal of Scientific & Industrial Research Vol 63, January, pp 20-31 [24] Ravi KMNV (2000) A review of chitin and chitosan applications React funct Polym 46: 1-27 [25] Recent trend in the physical and chemical modification of starches from different botanical sources: A review, Faculty of Science, Department of Chemistry and Industrial Chemistry, Adekunle Ajasin University, Akungba-Akoko, Ondo State, Nigeria Faculty of Science, Department of Chemistry, Ekiti State University, Ado-Ekiti, Ekiti State, Nigeria; Starch/Starke 2014, 66, 41– 57, DOI 10.1002/star.201300106 [26] Rvanitoyannis, (1999) and Prakash et al., (2007), “A Prakash, S Solanki and P.T.S.R.K Prasad Rao, Treatment of textile effluent by cationic starches: Reclamation of waste water”, Pollution Research, 26, pp 19–25 [27] Shahidi F., J K V Arachchi, and Y.-J Jeon (Feb 1999); “Food applications of chitin and chitosans,” Trends Food Sci Technol., vol 10, no 2, pp 37–51 [28] Sherpherd R., S Reader and A Falshaw (1997) Chitosan functional properties Glycoconjugate journal 14, p 535 – 542 [29] Suchada Boonlertnirun, Ed Sarobol and Isara Sooksathan (2006), “Effects of Molecular Weight of Chitosan on Yield Potential of Rice Cultivar Suphan Buri ” Kasetsart J (Nat Sci.), 40, pp 854 – 861 [30] Suzana Mali, Maria Vict\oria E Grossmann, Mria A Garcia, Miriam N Martino, Nonemi E Zarizky; Barrier (2004), “ Mechanical and optical properties of plasticized yam starch films”, Carbonhydrate polymes, vol 56, pp 129-135; [31] Sodium Hypophosphite Inhibition of the Growth of Selected Gram Negative Foodborne Pathogenic and Spoilage Bacteria,Journal of Food Protection, Vol 53, No L Pages 56-63 (January 1990); E JEFFERY RHODEHAMEL* and MERLE D PIERSON, Food and Drug Administration, Division of Microbiology, 200 C Street S.W., Washington, DC 20204 USA; and Virginia Polytechnic Institute and State University, Departmen t of Food Science and Technology, Blacksburg, Virginia 24061 USA (703) 231-6805, (Received for Publication May 26, 1989) [32] The Effects of Citric Acid on the Properties of Thermoplastic Starch Plasticized by Glycerol [33] Water-Vapor Permeability of Polyvinyl Alcohol Films 54 Trang web [34]http://luanvan.net.vn/luan-van/ung-dung-chitosan-trong-bao-quan-thuc-pham38432/; truy cập ngày 13/10/2018 [35] http://doan.edu.vn/do-an/de-tai-san-xuat-chitin-chitosan-tu-vo-tom-va-ung-dungchitosan-lam-mang-bao-bao-quan-ca-chua-25027/; truy cập ngày 28/4/2019 [36] https://www.scribd.com/document/287105182/S%E1%BA%A3n-Xu%E1%BA% A5t- Chitin-Chitosan-B%E1%BA%B1ng-Ph%C6%B0%C6%A1ng-PhapSinh-H%E1%BB%8Dc [37] http://www.zbook.vn/ebook/nghien-cuu-che-tao-mang-chitosan-gelatin-ungdung-lam-bao-bi-thuc-pham-46518/; truy câp cập ngày 05/6/2019 [38]http://thuvienso.dastic.vn:801/dspace/bitstream/TTKHCNDaNang_123456789/16 73/1/Khai%20th%C3%A1c%20tinh%20b%E1%BB%99t%20v%C3%A0%2 0c%C3%A1c%20s%E1%BA%A3n%20ph%E1%BA%A9m%20t%E1%BB %AB%20tinh%20b%E1%BB%99t%20%20L%C3%AA%20Th%E1%BB%8B%20Kim% 20Ng%E1%BB%8Dc%2C%20127%20Trang.pdf; truy cập ngày 28/4/2019 [39] “Hóa Học Thực Phẩm-Lê Ngọc Tú,” Scribd [Online] Available: https://www.scribd.com/document/372931269/Hoa-H%E1%BB%8DcTh%E1%BB%B1c-Ph%E1%BA%A9m-Le-Ng%E1%BB%8Dc-Tu [Accessed: 03-Jun-2019] ... tiêu nghiên cứu Chế tạo màng từ chitosan - tinh bột xác định số đặc tính Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: màng polymer sở chitosan tinh bột sắn Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu. .. lí màng cách dễ dàng Đề tài ? ?Nghiên cứu chế tạo xác định đặc tính màng sở chitosan tinh bột" đề xuất nhằm thực mục đích Mục tiêu trước mắt đề tài tạo màng sở phối hợp chitosan tinh bột xác định. ..ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH THỊ THU DIỆU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH MÀNG TRÊN CƠ SỞ CHITOSAN VÀ TINH BỘT Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật Hóa học : 8520301 LUẬN VĂN