Chế tạo và xác định đặc trưng của vi sợi xenlulozơ trích ly từ lùng phế thải ở nghệ an luận văn thạc sỹ hóa học

Danh mục các hình vẽ và đồ thịTrang Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của xenlulozơ Hình 1.2: Liên kết hydro giữa các phân tử xenlulozơ 6 Hình 1.3: Tế bào đơn vị của xenlulozơ I – IV... Thành p

CAO XUÂN CƯỜNG

CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA VI SỢI XENLULOZƠ TỪ LÙNG

PHẾ THẢI Ở NGHỆ AN

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

CAO XUÂN CƯỜNG

CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG CỦA VI SỢI XENLULOZƠ TRÍCH LY TỪ LÙNG PHẾ

THẢI Ở NGHỆ AN

Chuyên ngành: Hóa học hữu cơ

Mã số: 60.44.27

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

TS LÊ ĐỨC GIANG

VINH - 2012

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

Danh mục các hình vẽ và đồ thị v

Trang v

Danh mục các bảng vi

Trang vi

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Định nghĩa và phân loại sợi thực vật/sinh học 3

1.2 Thành phần hóa học và cấu tạo của sợi thực vật 4

1.2.1 Xenlulozơ 5

1.2.2 Hemixenlulozơ 8

1.2.3 Lignin 14

1.2.4 Pectin 16

1.2.5 Sáp 18

1.3 Sợi tre 18

1.3.1 Giới thiệu về cây tre 18

1.3.2 Thành phần hóa học của tre [1] 21

1.4 Vi sợi xenlulozơ 22

1.4.1 Cấu trúc của vi sợi xenlulozơ 22

1.4.2 Ứng dụng của vi sợi 23

CHƯƠNG 2 25

NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 25

2.1 Nguyên vật liệu 25

2.2 Phương pháp xác định thành phần hóa học 25

2.2.1 Xác định hàm lượng lignin không tan trong axit 25

2.2.2 Xác định hàm lượng Pentozan 26

2.2.4 Xác định hàm lượng các chất tan trong axeton 29

2.3 Hình thái cấu trúc sợi 31

2.4 Khảo sát cấu trúc vi sợi 31

2.4.1 Khảo sát cấu trúc hóa học 31

2.4.2 Khảo sát cấu trúc tinh thể 31

2.5 Phương pháp phân tích nhiệt 31

2.5.1 Phương pháp nhiệt lượng vi sai quét (DSC) 31

2.5.2 Phương pháp trọng lượng theo nhiệt độ (TGA) 31

2.6 Phương pháp chế tạo vi sợi 31

CHƯƠNG 3 33

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Khảo sát thành phần hóa học của phoi 33

3.1.1 Thành phần hóa học của cây Lùng và phoi chưa xử lý 33

3.1.2 Hàm lượng các chất tan trong axeton của phoi xử lý 33

3.1.3 Hàm lượng xenlulozơ 34

3.1.4 Hàm lượng lignin không tan trong axit của phoi xử lý 35

3.1.5 Hàm lượng Pentozan 38

3.2 Khảo sát cấu trúc của vi sợi xenlulozơ 38

3.2.1 Khảo sát cấu trúc hóa học 38

3.2.2 Khảo sát cấu trúc tinh thể 39

3.3 Khảo sát hình thái học 40

3.4 Khảo sát tính chất nhiệt của vi sợi 41

3.4.1 Phương pháp DSC 41

3.5.2 Phương pháp TGA 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO vii

Danh mục các ký hiệu và viết tắt

DSC Nhiệt lượng vi sai quét (Differential Scanning Calorimeter)

IR Hồng ngoại (Infrared spectroscopy)

MFC Vi sợi xenlulo (Microfibrillated cellulose)

SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)TGA Trọng lượng theo nhiệt độ (Thermogravimetry)

TNHH Trách nhiệm hữu hạn

XRD Nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction)

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Trang Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của xenlulozơ

Hình 1.2: Liên kết hydro giữa các phân tử xenlulozơ 6 Hình 1.3: Tế bào đơn vị của xenlulozơ I – IV Chiều c (vuông góc

với mặt phẳng) trong các tế bào là 10,31 – 10,38 o

A

7

Hình 1.4: Chuyển hóa của các dạng khác nhau của xenlulozơ 8 Hình 1.5: Các monosacarit tạo thành mạch đại phân tử polysacarit 12 Hình 1.6: Các tiền chất phenolic tạo thành lignin 14 Hình 1.7: Rừng Lùng thuộc lâm trường Quỳ Châu quản lý(Khe

Cạn, xã Châu Tiến, huyện Quỳ Châu, tỉnh Nghệ An) 21Hình 1.8: Lược đồ thành tế bào xenlulozơ và nguồn vi sợi 22 Hình 3.1: Phổ IR của phoi trước khi xử lý dung dịch NaOH 1N 38 Hình 3.2: Phổ IR của phoi sau khi xử lý với dung dịch NaOH 1N ở

Biểu đồ 3.2: Hàm lượng xenlulozơ xử lý với dung dịch NaOH 80 0 C 35 Biểu đồ 3.3: Hàm lượng lignin không tan trong axit khi xử lý với dung

Biểu đồ 3.4: Hàm lượng lignin không tan trong axit khi xử lý ở 800C 37

Danh mục các bảng

Trang Bảng 1.1: Các lại sợi thực vật, tên, nguồn gốc, sản lượng hàng năm 3 Bảng 1.2: Thành phần hóa học của một số sợi thực vật 4 Bảng 1.3: Diện tích rừng và mật độ cây ở các vùng điển hình 20 Bảng 3.1: Thành phần hóa học của cây lùng và phoi chưa xử lý 33

Bảng 3.3: Hàm lượng xenlulozơ xử lý với dung dịch NaOH 80 0 C 34 Bảng 3.4: Hàm lượng lignin không tan trong axit khi xử lý với dung

Bảng 3.5: Hàm lượng lignin không tan trong axit khi xử lý ở 800C 36

tinh xảo và có tỷ lệ của chiều dài trên đường kính cao, còn sợi cơ bản đượcxác định là một đơn vị của tế bào thực vật [1,18].

Tùy theo cấu trúc hình thái, sợi thực vật được chia thành ba nhóm:

1 Sợi vỏ lấy từ thân cây

2 Sợi lá lấy từ lá cây

3 Sợi dính vào hạt

Bảng 1.1: Các lại sợi thực vật, tên, nguồn gốc, sản lượng hàng năm.

gốc

Sản lượnghàng năm, 103

tấn

2 Bã mía (bagasse) Saccharum officinarum

3 Chuối (Banana) Musa ulugurensis Warb Lá 200

4 Tre (Bamboo)

Gigantochloa scortechinii Dendrocalamus apus

8 Gai dầu (Hemp) Cannabis sativa L. Thân 214

9 Đay (Jute) Corchorus capsularis,

10 Bông gòn (Kapok) Ceiba pentandra Hạt 123

-13 Dứa ăn (Pineapple) Ananas cosmosus Merr. Lá

-14 Gai (ramie) Boehmeria nivea Gaud Thân 100

Chú thích: a) Một loại cây giống như cây chuối nhưng lá dài hơn.

b) Một loại cây cho sợi làm vải bạt, dây thừng

c) Một loại cây cho sợi từ lá

1.2 Thành phần hóa học và cấu tạo của sợi thực vật

Thành phần hóa học của sợi tự nhiên nói chung bao gồm: xenlulozơ,hemi-xenlulozơ, lignin, pectin, sáp và các hợp chất hòa tan trong nước.Xenlulozơ là thành phần chính của sợi thực vật rồi đến hemixenlulozơ, lignin

và pectin Thành phần hóa học của một số sợi thực vật trình bày ở bảng 1.2[1,18]

Bảng 1.2: Thành phần hóa học cơ bản của một số sợi thực vật

TT Loại sợi xenlulozơ hemixenlulozơ lignin pectin

1.2.1 Xenlulozơ

Xenlulozơ là một trong ba thành phần chính của quá trình tăng trưởngcủa thực vật: chiếm 40-60% ( về khối lượng) của gỗ khô, và hơn 90% củabông thô (99,9% của bông tinh thiết) và sợi lanh Xenlulozơ là mộtpolysaccarit cấu tạo từ nhiều mắt xích D-glucopyranoza được kết hợp vớinhau bằng các liên kết β(1,4) – D- glucozit hay còn gọi là β(1,4)-glucan (hình1.1)

Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của xenlulozơ

Xenlulozơ là polyme tương đối cứng, các đại phân tử có mức độ bất đốixứng cao do cấu trúc mạch vòng của mắt xích, do nhóm –OH có cực cao vàliên kết mạnh giữa các phân tử của chúng Liên kết giữa các phân tửxenlulozơ được thực hiện bằng các lực vật lý với năng lượng liên kết nhỏ (thí

dụ, lực Van der Waals) và bằng liên kết hydro Khả năng đứt và hình thànhtrở lại liên kết hydro là nguyên nhân tạo nên hàng loạt tính chất quan trọngcủa vật liệu xenlulozơ, thí dụ khả năng làm giấy Trong xenlulozơ khô hầunhư tất cả các nhóm –OH đều tham gia tạo thành liên kết hydro [1]

Hình 1.2: Liên kết hydro giữa các phân tử xenlulozơ

Xenlulozơ là một chất đa hình điều này, có nghĩa là nó có nhiều loạicấu trúc tinh thể khác nhau Những cấu trúc khác nhau được đặt tên bằng các

số La Mã từ I đến IV và mỗi dạng phụ thuộc vào nguồn gốc và phương pháp

xử lý xenlulozơ Hai cấu trúc quan trọng nhất là xenlulozơ I và xenlulozơ II.Xenlulozơ I gồm có 2 nhóm Iα và Iβ trong đó Iα là dạng phong phú nhất trongtảo và vi khuẩn trong khi Iβ có mặt ở mức độ cao trong thực vật bậc cao nhưtrong bông Cả 2 dạng nói trên thường được hình thành trong quá trình sinhtổng hợp xenlulozơ Xenlulozơ II tạo thành khi xenlulozơ được hình thànhtrong quá trình biến đổi từ dung dịch hoặc khi xenlulozơ I được xử lý vớiNaOH và sau đó được sấy khô Trong công nghiệp sử dụng dung dịch loãng ởnhiệt độ cao trong khi trong phạm vi phòng thí nghiệm nó thường được côdung dịch ở nhiệt độ thấp Xenlulozơ I có cấu trúc chuỗi song song cònxenlulozơ II không có cấu trúc song song Ngoài ra còn xenlulozơ III vàxenlulozơ IV, xenlulozơ III được định hình khi xenlulozơ được đặt vào aminhoặc dung dịch amoniac và xenlulozơ IV được định hình khi xenlulozơ được

xử lý với glyxerin ở nhiệt độ cao

Hình 1.3: Tế bào đơn vị của xenlulozơ I – IV Chiều c (vuông góc với

mặt phẳng) trong các tế bào là 10,31 – 10,38 o

A [19]

Sự sắp xếp của các chuỗi xenlulozơ có thể đưa đến các vi tinh thể hoặc

vi sợi Chiều ngang từ 3 – 30 nm và khoảng 7µm chiều dài Vi tinh thể hoặc

vi sợi có thể tạo thành sợi macro với 60 – 300 nm chiều rộng và chúng tạothành các sợi Một mặt quan trọng của các chuỗi polyme sắp xếp liên tục cóhiệu quả là theo trục dài của chuỗi song song với nhau

Xenlulozơ I (Iα và Iβ): đây là tinh thể tự nhiên có cấu trúc gồm các sợisong song và không có kiên kết hydro giữa các bề mặt liền kề

Xenlulozơ II: là tinh thể có cấu trúc bền vững hơn bao gồm các sợi đốisong và có liên kết hydro giữa các bề mặt liền kề

Xenlulozơ III: là cấu trúc vô định hình thu được khi xử lý bằng các hợpchất amin từ cấu trúc xenlulozơ I hoặc II

Xenlulozơ IV: là cấu trúc vô định hình thu được sau khi xử lý ở nhiệt

độ cao với glycerol từ xenlulozơ III

Hình 1.4: Chuyển hóa giữa các dạng khác nhau của xenlulozơ [20]

1.2.2 Hemixenlulozơ

Hemixenlulozơ thuộc nhóm polysaccarit phi xenlulozơ Chúng baogồm một nhóm các polysacarit (không kể pectin) ở lại liên kết với xenlulozơsau khi lignin đã được loại bỏ Hemixenlulozơ khác với xenlulozơ ở ba điểm.Thứ nhất, chúng chứa một vài đơn vị đường, trong lúc đó xenlulozơ chỉ chứacác đơn vị 1,4-β-D-glucopyrano Thứ hai, chúng thể hiện độ phân nhánh caocủa mạch phân tử, trong lúc đó xenlulozơ là một plyme mạch thẳng thuần túy.Thứ ba, độ trùng hợp của xenlulozơ từ mười đến một trăm lần cao hơn so vớihemixenlulozơ Khác với xenlulozơ, thành phần của hemixenlulozơ khôngđồng nhất giữa các loại cây cho sợi [1] Hemixenlulozơ, cũng như cácpolysacarit tan trong nước, không hòa tan trong các dung môi hữu cơ màngười ta thường sử dụng để tách các chất cần chiết xuất, song khác với cácpolysacarit này, các hemixenlulozơ không tan trong nước Khác vớixenlulozơ, hemixenlulozơ lại hòa tan trong các dung dịch kiềm và dễ chịu tácdụng của các dung dịch axít vô cơ loãng, tức dễ bị thủy phân

Hemixenlulozơ là hỗn hợp của một số loại polysaccarit, khi thủy phânchủ yếu tạo ra một số đồng phân lập thể thuộc pentoza và một số đồng phânlập thể thuộc hexoza Theo cách nói đơn giản, phần hemixenluloza khi thủy

phân tạo ra pentoza gọi là pentozan, phần hemixenluoza tạo ra hexoza gọi làhexozan Tuy nhiên, cách gọi đơn giản hóa như trên chưa phản ánh hết bảnchất cấu tạo của hemixenluloza.

Hemixenluloza gồm các polysaccarit mà mạch phân tử có thể làhomopolyme, tức là mạch phân tử chỉ tạo thành một loại đơn vị mắt xích, tồntại rất ít trong thực vật

Dạng hemixenluloza thường gặp hơn cả là copolyme, hay polysaccarithỗn tạp, mạch phân tử bao gồm các loại đơn vị mắt xích khác nhau [9]

Độ trùng hợp của hemixenlulozơ vào khoảng 100 – 200 với chênh lệchdao động từ 30 đến 300 và hơn nữa, có nghĩa là chuỗi mạch củahemixenlulozơ ngắn hơn của xenlulozơ rất nhiều Hemixenlulozơ không đồngnhất về phân tử lượng Độ đa tán của chúng lớn hơn so với của xenlulozơ Sự

đa dạng về tính chất của các polysacarit gây rất nhiều khó khăn trong việcphân loại chúng Polysacarit của hemixenlulozơ còn được phân loại thànhnhóm axit (chứa các mạch axit uronic) và trung tính

Các thuật ngữ như xylan hay mannan chỉ là cách gọi đơn giản hóa đểchỉ các loại copolyme, trong đó thành phần monome chủ yếu là xyloza hoặcmannoza

Các đơn vị mắt xích của các polysaccarit hemixenlulozơ thường là các

saccarit như D-glucoza, D-mannoza, D-galactoza (thuộc hexoza), D-xyloza,

L-arabinoza (thuộc pentoza).

Ngoài anhydro của các saccarit thuộc hexoza và pentoza đã kể ở trên,trong thành phần của một số polysaccarit hemixenlulozơ còn có các đơn vị

axit D-glucuronic, axit 4-O-metyl-D-glucuronic và D-galacturonic Thêm

nữa, một số polysaccarit hemixenlulozơ còn liên kết với nhóm axetyl, làm chothành phần của hemixenlulozơ trở nên phức tạp hơn [9]

H С С С С

CH2

O

O H

H H

H H OH

OH

OH

H HO hoÆc

H С С С С

H

H OH

OH H

HO hoÆc

H

CH2OH

С С С С HO

H H OH

OH H

HO hoÆc

HO

OH H H

H H

CH2OH

С С С С HO

OH

CH2OH

H HO hoÆc

C OH

HO

OH H H H

H С С С С

H O

OH

OH H

HO hoÆc

HO

OH H H

H H С С С С

OH COOH

H

HOH

OHH

HOhoÆc

OH

HH

HHСССС

H

H OH

OH H

HO hoÆc

C

OH H

H H

H С С С С

Hình 1.5: Các monosacarit tạo thành mạch đại phân tử polysacarit

Trong phân tích gỗ, người ta quy ước chia hemixenlulozơ và cácpolysacarit phi xenlulozơ ra thành pentozan, hexozan và axit poliuronic(poliuronan) Pentozan bao gồm các polysacarit có đại phân tử cấu tạo chủyếu từ các gốc pentoza và khi bị thủy phân tạo thành các pentoza Công thứcchung của chúng được ký hiệu là (C5H8O4)n Hexozan gồm các polysacarit cóđại phân tử cấu tạo chủ yếu từ các gốc hexoza, công thức chung của chúng(C6H10O5)n Khi xác định các axit uronic người ta quy đổi ra các poliuronan.Trên cơ sở đó, các tính toán về himixenlulozơ trong gỗ mang tính chất quyước Tinh chế từng polysacarit riêng biệt là không thể Bằng các phương pháptrực tiếp chỉ có thể xác định được tổng số lượng của hemixenlulozơ bằng cáchtách chúng từ gỗ hoặc từ holoxenlulozơ.

Về thành phần hóa học, hemixenlulozơ phức tạp hơn nhiều so vớixenlulozơ Xenlulozơ là homopolyme, chỉ tạo thành từ một loại đơn vị mắtxích β-D-glucoza Trong khi đó, các polysaccarit đã nghiên cứu ở trên đềuđược tạo thành từ hai hoặc nhiều loại đơn vị mắt xích Các đơn vị mắt xích làđồng phân lập thể thuộc hexoza hoặc pentoza cũng như dẫn xuất uronic củahexoza Thành phần của copolyme hay tỷ lệ giữa các loại đơn vị mắt xích phụthuộc vào loài cây

Thông thường, loại đơn vị mắt xích nào có hàm lượng lớn hơn thì têncủa monome đó được đặt ở vị trí cuối cùng trong danh pháp của copolyme.Nhiều trường hợp, để dơn giản, có thể gọi polysaccarit theo tên của monome

có hàm lượng cao nhất, hoặc gọi theo monome nằm trong mạch chính

Cấu tạo đơn vị mắt xích và liên kết giữa chúng trong mạch phân tửpolysaccarit của hemixenlulozơ cũng phức tạp hơn nhiều so với xenlulozơ

Ở xenlulozơ, đơn vị mắt xích chỉ có cấu tạo vòng pyranoza, dạng β,trong khi đó, ở hemixenlulozơ, đơn vị mắt xích có thể ở dạng vòng pyranoza

và furanoza, anome α hoặc β

So với xenlulozơ, liên kết giữa các đơn vị mắt xích tronghemixenlulozơ cũng phức tạp hơn Ở xenlulozơ, các đơn vị nối với nhau nhờliên kết glycozit 1-4 Trong khi đó, ở hemixenlulozơ, liên kết giữa các đơn vịmắt xích có thể là glycozit 1-6, 1-4, 1-3 và 1-2.

Do có nhiều loại liên kết và cấu tạo mạch phức tạp, các polysaccaritcủa hemixenlulozơ có độ bền khác nhau đối với phản ứng phân hủy mạch,đồng thời cũng có độ bền khác với xenlulozơ

Về hình dạng mạch, xenluloza là polyme mạch thẳng Ngược lại,hemixenlulozơ có cả mạch thẳng và mạch phân nhánh Một số ít polysaccarit

có độ phân nhánh cao

Về trạng thái pha hoặc trạng thái tập hợp phân tử, do cấu tạo phân tửphức tạp và không đồng nhất, hemixenlulozơ phần lớn tồn tại ở trạng thái vôđịnh hình, chỉ một phần nhỏ ở vùng tinh thể Do đó, đối với hemixenlulozơ,các tác nhân hóa lý và hóa học dễ tiếp cận hơn so với xenlulozơ Hơn nữahemixenlulozơ thường có độ trùng hợp nhỏ (100-200) Trong khi đó, độ trùnghợp của xenlulozơ đạt tới bốn hoặc năm chữ số, nên khả năng hòa tan củahemixenlulozơ cao hơn so với xenlulozơ Chẳng hạn, hemixenlulozơ hòa tanđược trong dung dịch NaOH 16-18%, trong khi đó, xenlulozơ tự nhiên khônghòa tan được trong dung dịch này Chỉ có phần xenlulozơ mạch ngắn, sảnphẩm của quá trình phân hủy dưới tác động của quá trình nấu, tẩy là hòa tanđược trong dung dịch trên Tất nhiên, khả năng hòa tan của hemixenlulozơ tốthơn xenlulozơ còn do các đặc điểm về cấu tạo và cấu trúc của hemixenlulozơ:hemixenlulozơ chứa nhóm uronic, phân tử tồn tại ở vùng vô định hình

Giữa hemixenlulozơ và xenlulozơ có nét tương đồng, đó là khả năngtham gia phản ứng biến đổi tương tự polyme, tức là các quá trình hóa học chỉdựa trên cơ sở biến đổi nhóm chức hydroxyl

Tuy vậy, do mạch phân tử quá ngắn, lại dễ bị phân hủy đứt mạch trongquá trình nấu, tẩy nên hemixenlulozơ ít được sử dụng dưới dạng dẫn xuất caophân tử như đối với xenlulozơ [9].

1.2.3 Lignin

Lignin là hợp chất cao phân tử có đặc tính thơm, là vật liệu polymephenolic (hình 1.4) p-hydroxycinnamyl ancol (I) như p-coumaryl ancol (II),coniferyl ancol (III) và sinapyl ancol (IV), có cấu tạo không gian 3 chiều, cóthể xem lignin như một nhựa nhiệt dẻo, chúng bị mềm đi dưới tác dụng củanhiệt độ

CH CH

(I) p-hydroxycinnamyl ancol (công thức chung)

(II) R1 = R2 = H (p-coumarul ancol)(III) R1 = OCH3, R2 = H (coniferyl ancol)(IV) R1 = R2 = OCH3 (sinapyl ancol)

Hình 1.6 Các tiền chất phenolic tạo thành lignin [2].

Thành phần hóa học của lignin thay đổi tùy theo loài thực vật Lignincủa thực vật được chia làm ba loại:

1 Lignin gỗ lá kim

2 Lignin gỗ lá rộng

3 Lignin cây thân thảo và cây hàng năm

Lignin gỗ lá kim gồm các đơn vị mắt xích guaiacylpropan (III) hydroxy-3-metoxy phenylpropan)

(4-Lignin gỗ lá rộng, ngoài guaiacylpropan, còn chứa các đơn vị mắt xích3,5-dimetoxy-4-hydroxy phenylpropan (IV).

Lignin các loài thân thảo, ngoài các đơn vị mắt xích trên, còn có hydroxy phenylpropan (II)

4-Lignin họ tre và họ cọ có thể xếp vào nhóm II

Ở đây xin nêu ra sơ đồ mà Adler (1977) đã hình dung về cấu tạo củalignin, với các loại liên kết thường gặp nhất

Ở sơ đồ trên, tác giả chỉ đưa ra một só dạng liên kết có mặt với tần suấtcao trong lignin, chưa phản ánh hết cấu ạo thực sự của phân tử lignin Rõ ràng

là sơ đồ chỉ có lignin với cấu tạo mạch nhánh, chưa có liên kết thể hiện rõ nétcấu tạo không gian ba chiều của lignin [9]

1.2.4 Pectin

Pectin là tên chung cho các heteropolysaccarit có thành phần chủ yếu làaxit polygalacturon Pectin hòa tan trong nước chỉ sau khi trung hòa một phầnbằng kiềm hay hydroxyt amoni [1].

Pectin là một trong những hợp chất cao phân tử phi xenlulozơ có trong thựcvật

Pectin là dẫn xuất polysaccrit, phân tử của chúng bao gồm các đơn vị mắtxích axit α-D-galacturomic Các đơn vị này nối với nhau nhờ liên kết glucozit 1-4

Mỗi đơn vị mắt xích chứa một nhóm cacboxyl ở vị trí C6 Các nhómaxit này tồn tại ở trạng thái tự do hoặc dưới dạng liên kết este (metyl este).Trong pectin tự nhiên thường ở khoảng ¾ số nhóm axit bị metyl hóa

Pectin thương mại được phân chia thành hai loại với mức độ thế DSkhác nhau Loại pectin mức độ este hóa thấp có DS < 0,5, loại pectin với mức

độ thế cao có DS > 0,5 Tùy theo mục đích sử dụng, ta có thể lựa chọn lọapectin với mức đọ este hóa thích hợp

Ở pectin tự nhiên, các nhóm hydroxyl ở C2 và C3 của mỗi đơn vị mắtxích có thể bị este hóa một phần bới axit axetic hoặc axit photphoric

Một phần nhóm axit không este hóa tham gia tạo liên kết ngang với ioncanxi và magie

Dưới tác dụng của xúc tác axit hoặc xúc tác sinh học pectinlaza, pectin

bị thủy phân thành axit D-galacturonic Trong đó, metyl este cũng bị phânhủy

Pectin dạng polyme, trong đó nhóm cacboxyl hoàn toàn tự do, gọi là axitpectinic

Trong tự nhiên, pectin không tồn tại độc lập mà thường đi kèm vớipolysaccarit khác, khi thủy phân tạo ra L-arabinoza và D-galactoza Pectincùng với các polysaccarit này gọi là các chất pectin Tỷ lệ giữa các đơn vịmonosaccarit và dẫn xuất thay đổi trong khoảng rộng Các chất pectin thuộcnhóm polyuronit vì có nhóm monome uronic.

Các nhà khoa học cho rằng, trong thực vật, các thành phần trong cácchất pectin không chỉ tương tác hóa lý mà còn có liên kết hóa học Có tác giảcho rằng, các chất pectin có mạch chính là polyme tạo thành từ các đơn vị mắtxích D-galacturonic, với các nhánh gồm các đơn vị mắt xích D-galacotopyranoza và L-arabinofuranoza, liên kết 1-2 và 1-3

Khối lượng phân tử pectin dao động trong khoảng 3000 – 280000, tùythuộc nguồn gốc thực vật

Dung dịch pectin có độ nhớt cao và có khả năng gelatin hóa Khả năngnày xuất hiện ở pectin có khối lượng phân tử cao hơn 20000

Độ hòa tan của pectin trong nước phụ thuộc vào mức độ este hóa nhómcacboxyl Mức độ este hóa càng cao, độ hòa tan càng cao, nhưng khả nănggelatin hóa lại càng giảm

Các chất pectin được tách từ thực vật bằng nước nóng, nhưng tốt hơn làdung dịch 0,5% amoni oxalat Khi đun nóng, các cầu nối Ca2+, Mg2+ giữa cácmạch pectin chuyển thành dạng muối amoni hòa tan trong nước

Từ dung dịch nước, pectin được kết tủa bằng rượu dưới dạng bông xốp

Để làm sạch, ta có thể hòa tan rồi kết tủa chúng nhiều lần, sau dó kết tủa lạibằng muối canxi

Hàm lượng nhóm methoxyl được xác định bằng cách hòa tan trongdung dịch NaOH 1% rồi xác định lượng metylic thoát ra nhờ phương pháp vậtlý

Ở các loài thực vật khác nhau, các chất pectin có thể tồn tại ở quả, làhay ở thân gỗ hoặc vỏ cây

Pectin có ở lớp liên kết các tế bào Trong thời kỳ sinh trưởng, pectin ởlớp này liên tục biến đổi Có lẽ pectin đảm bảo độ bền và độ dẻo của phần câynon Sau đó, chất pectin chuyển hóa và hàm lượng của chúng giảm đi

Chất pectin trương mạnh trong nước Nước được giữ bởi các chấtpectin rất khó bay hơi Do đó, thực vật có nhiều pectin có thể chịu được điềukiện khí hậu khắc nhiệt Có lẽ pectin cũng đóng vai trò trao đổi nước trongthời kỳ sinh trưởng của cây

Tuy vậy, về cấu tạo hóa học, các chất pectin rất gần với hemixenlulozơ.Pectin có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống Các nhà côngnghệ thực phẩm dùng pectin làm chất tạo gel, như dùng trong sản xuất mứtquả Petin cũng được dùng trong y dược, hóa mỹ phẩm [9]

1.2.5 Sáp

Sáp có thể trích ly bằng các dung môi hữu cơ Những hợp chất sáp nàychứa các rượu khác nhau không hòa tan trong nước cũng như một số axit(palmitc, oleic, stearic)[1]

1.3 Sợi tre

1.3.1 Vài nét về cây tre.

Tre thuộc loại cây nhiệt đới Các loại tre chỉ có tại các nước Đông Nam

Á, Trung Quốc, Nhật Bản, ngoại trừ một số nơi ở Nam Mỹ và Châu Phi Vìvậy, tre là nguồn tài nguyên dùng cho sản xuất không được sử dụng rộng rãi,

do vậy nó đóng vai trò tạo nên lối sống và phát triển văn hóa có đặc điểmriêng tại mỗi nước Châu Á [1]