(Đồ án tốt nghiệp) cơ tính và khả năng phân hủy sinh học của màng từ tinh bột dialdehyde, gelatin và glycerol

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC CƠ TÍNH VÀ KHẢ NĂNG PHÂN HUỶ SINH HỌC CỦA MÀNG TỪ TINH BỘT DIALDEHYDE, GELATIN VÀ GLYCEROL GVHD: NGUYỄN VINH TIẾN SVTH: HUỲNH NGỌC BẢO TRÂN MSSV: 15128070 SKL006813 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÊN ĐỀ TÀI: CƠ TÍNH VÀ KHẢ NĂNG PHÂN HUỶ SINH HỌC CỦA MÀNG TỪ TINH BỘT DIALDEHYDE, GELATIN VÀ GLYCEROL MÃ SỐ KHOÁ LUẬN: PO.19.18 GVHD: TS NGUYỄN VINH TIẾN SVTH: HUỲNH NGỌC BẢO TRÂN MSSV: 15128070 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019 LỜI CẢM ƠN Sau khoảng thời gian ba tháng nghiên cứu làm thí nghiệm phịng thí nghiệm Polymer trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, em hồn thành khố luận tốt nghiệp Để hồn thành nhiệm vụ giao, bên cạnh nỗ lực học hỏi thân cịn có giúp đỡ vơ q báu thầy cơ, bạn bè gia đình Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Vinh Tiến, người trực tiếp giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức sâu rộng người tận tình hướng dẫn chúng em thực đề tài Em xin đồng kính gửi lời cảm ơn tới thầy Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn cô Nguyễn Thị Mỹ Lệ thầy cô Khoa Cơng nghệ Hố học Thực phẩm, mơn Hố tận tình giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho em trình hồn thành khố luận tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người bên cạnh quan tâm, động viên, chia sẻ giúp đỡ em suốt trình học tập q trình làm khố luận tốt nghiệp Mặc dù thân cố gắng tìm tịi nghiên cứu thời gian, kiến thức kinh nghiệm thân nhiều hạn chế nên đề tài hẳn không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận thơng cảm đóng góp ý kiến q thầy bạn để đề tài hồn thiện Em xin chân thành cám ơn! TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực đề tài HUỲNH NGỌC BẢO TRÂN LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng em Các số liệu, kết ghi nhận luận văn trung thực, không chép chưa cơng bố đề tài khác Sinh viên thực đề tài Huỳnh Ngọc Bảo Trân MỤC LỤC TÓM TẮT i MỞ ĐẦU ii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tinh bột 1.1.1 Giới thiệu tinh bột 1.1.2 Khái niệm tinh bột 1.1.3 Cấu tạo thành phần 1.1.3.1 Thành phần cấu trúc amylose 1.1.3.2 Thành phần cấu trúc amylopectin 1.1.4 Tính chất tinh bột 1.1.4.1 Tính chất hấp thụ 1.1.4.2 Độ hòa tan tinh bột 1.1.4.3 Sự trương nở tượng hồ hóa tinh bột 1.1.4.4 Độ nhớt hồ tinh bột 1.1.4.5 Khả tạo gel thối hóa gel tinh bột 1.1.4.6 Phản ứng với iot 1.1.4.7 Khả tạo phức 1.1.4.8 Khả tạo hình 1.1.4.9 Tính chất lưu biến 1.1.5 Polymer phân huỷ sinh học 1.2 Tinh bột biến tính 11 1.2.1 Khái niệm biến tính tinh bột 11 1.2.2 Mục đích biến tính tinh bột 11 1.2.3 Tính chất tinh bột biến tính 12 1.2.4 Phân loại tinh bột biến tính 13 1.2.4.1 Tinh bột acetate 13 1.2.4.2 Tinh bột oxy hoá 13 1.2.4.3 Tinh bột biến tính kép acetate phosphat 14 1.2.4.4 Tinh bột liên kết ngang 14 1.2.4.5 Tinh bột biến tính acid 14 1.2.4.6 Tinh bột cation 15 1.2.4.7 Các loại tinh bột biến tính khác 15 1.2.5 Các phương pháp sản xuất tinh bột biến tính 15 1.2.5.1 Phương pháp biến tính tinh bột tác nhân vật lý 15 1.2.5.2 Phương pháp biến tính tinh bột tác nhân hoá học 17 1.2.5.3 Phương pháp biến tính tinh bột enzyme 22 1.2.6 Ứng dụng tinh bột biến tính cơng nghiệp 23 1.3 Gelatin 23 1.3.1 Định nghĩa gelatin 23 1.3.2 Cấu trúc gelatin 24 1.3.3 Tính chất vật lý 26 1.3.4 Tính chất hố học 27 1.3.4.1 Tính chất gel - độ bền gel 27 1.3.4.2 Độ nhớt 30 1.3.4.3 Tính lưỡng tính 31 1.3.4.4 Điểm đẳng điện 31 1.3.4.5 Tính hịa tan gelatin 33 1.3.4.6 Tính ổn định gelatin 33 1.3.4.7 Tính trương phồng 33 1.3.4.8 Tính đơng đặc 34 1.3.5 Phân loại gelatin 34 1.3.6 Ứng dụng gelatin 35 1.3.6.1 Gelatin thực phẩm 35 1.3.6.2 Gelatin dược phẩm 37 1.3.6.3 Gelatin kỹ thuật phim ảnh 1.4 Glycerol 38 1.4.1 Khái quát chung glycerol 38 1.4.2 Tính chất vật lý 38 1.4.3 Tính chất hố học 39 1.4.4 Ứng dụng glycerol 39 1.5 Kali periodat 40 1.5.1 Định nghĩa 40 1.5.2 Tính chất chung 40 1.5.3 Cơ chế biến tính tinh bột KIO4 41 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 43 2.1 Nội dung đề tài 43 2.2 Hóa chất thiết bị 43 2.2.1 Hóa chất 43 2.1.2 Thiết bị 44 2.3 Thực nghiệm 44 2.3.1 Điều chế tinh bột biến tính 44 2.3.2 Tạo màng tinh bột biến tính 44 2.3.3 Xác định hàm lượng nhóm CHO 45 2.3.4 Các phương pháp phân tích 45 2.3.4.1 Xác định độ dày màng 45 2.3.4.2 Xác định tính chất học màng polymer 46 2.3.4.3 Khảo sát khả phân huỷ sinh học màng 46 2.3.4.4 Phân tích phổ hồng ngoại 47 2.3.4.5 Phương pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia X 47 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 Phân tích phổ hồng ngoại FTIR 48 3.2 Phân tích phổ nhiễu xạ tia X 49 3.3 Ảnh hưởng tỉ lệ mol KIO4/glucose đến phần trăm nhóm CHO 50 3.4 Ảnh hưởng tỉ lệ mol KIO4 /glucose đến tính màng 51 3.4.1 Độ bền kéo (Tensile Strength) 52 3.4.2 Độ giãn dài (Elongation at break) 53 3.4.3 Mô đun đàn hồi (Modulus Young) 54 3.5 Khả phân huỷ sinh học màng 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC 61 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu tạo tinh bột Hình 1.2 Cấu trúc amylose Hình 1.3 Cấu trúc amylopectin Hình 1.4 Cấu trúc gelatin 24 Hình 1.5 Cấu trúc Gly - X - Y thường gặp gelatin 24 Hình 1.6 Cấu trúc chuỗi gelatin 25 Hình 1.7 Cấu trúc không gian chuỗi xoắn ốc 25 Hình 1.8 Tỷ lệ phần trăm loại acid amine có gelatin 26 Hình 1.9 Cấu trúc phân tử glycerol 39 Hình 1.10 Cơng thức phân tử kali periodat 40 Hình 1.11 Cơ chế biến tính tinh bột KIO4 mơi trường acid 41 Hình 1.12 Cấu trúc tinh bột sau biến tính 42 Hình 2.1 Kích thước màng đo tính chất học 46 Hình 3.1 Phân tích phổ FTIR 48 Hình 3.2 Kết phân tích phổ XRD 49 Hình 3.3 Ảnh hưởng tỉ lệ mol KIO4/glucose đến phần trăm nhóm CHO 50 Hình 3.4 Nhóm CHO tinh bột biến tính phản ứng với nhóm NH2 gelatin 51 Hình 3.5 Độ bền kéo màng theo tỉ lệ mol KIO4/glucose 52 Hình 3.6 Độ giãn dài màng theo tỉ lệ mol KIO4/glucose 53 Hình 3.7 Mơ đun đàn hồi màng theo tỉ lệ mol KIO4/glucose .54 Hình 3.8 Khả phân huỷ sinh học màng môi trường đất 55 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Phần trăm amylose amylopectin số loại tinh bột tự nhiên Bảng 1.2 Nhiệt độ hồ hoá số loại tinh bột tự nhiên Bảng 1.3 Các thành phần có gelatin 25 Bảng 1.4 Tỉ lệ phăn trăm nguyên tố có gelatin 26 Bảng 1.5 So sánh gelatin từ da cá gelatin động vật 30 Bảng 1.6 Sự khác biệt hai loại gelatin 35 Bảng 1.7 Khả ứng dụng gelatin dựa vào độ Bloom 36 Bảng 2.1 Khối lượng KIO4 theo tỉ lệ mol đơn vị glucose/KIO4 44 Bảng 3.1 Bảng phân tích phổ FTIR 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong suốt thời gian tiến hành thí nghiệm, yêu cầu đặt hoàn thành: - Xác định tỷ lệ vai trò KIO4 q trình oxy hố tinh bột để tạo màng biến tính - Khảo sát tính chất học, nhận xét cấu trúc, tính chất màng biến tính thơng qua phương pháp phân tích phổ XRD phổ FTIR - Khảo sát khả phân huỷ màng Từ sở trên, kết luận sau: - KIO4 đóng vai trị chất oxy hố, suốt q trình biến tính KIO bẽ gãy liên kết vị trí C2, C3 chuyển nhóm OH thành nhóm CHO làm cho tinh bột có tính chất tốt như: trắng mịn tinh bột chưa qua xử lý, màng tinh bột biến tính dẻo dai có tính tốt - Sau q trình biến tính, mạch tinh bột bị cắt ngắn, cấu trúc màng tinh bột dạng vơ định hình nhiều dạng tinh thể - Hàm lượng KIO4 tăng mức độ tạo thành nhóm CHO tăng - Màng tinh bột biến tính KIO4 có khả phân huỷ tốt đất với thời gian ngắn Kiến nghị Bên cạnh kết khảo sát thời gian tìm hiểu thực hành cịn hạn chế nên tơi có số kiến nghị sau: - Phân tích thêm bề mặt màng phương pháp SEM - Khảo sát lão hoá tinh bột 56 - Khảo sát khả phân huỷ sinh học mơi trường khác - Đo kích thước tinh bột trước sau biến tính 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiểu luận phụ gia thực phẩm, “Tinh bột biến tính”, Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TP.HCM, 2016 [2] Nguyễn Thị Ngọc Hiển, “Báo cáo seminar Lý thuyết Tinh bột nano”, Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM, 2007 [3] Lê Văn Hoàng, “Bài giảng tinh bột thực phẩm”, Đại học Đà Nẵng 2008 [4] Bùi Đức Hợi, Lê Ngọc Tú (chủ biên), Lưu Duẩn, Ngô Hữu Hợp, Đặng Thị Thu, Nguyễn Trọng Cẩn, “Hóa học Thực phẩm”, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999 [5] RM McCready, Jack Guggolz, Vernon Silviera, and HS Owens, “Determination of starch and amylose in vegetables”, (in E), Analytical chemistry, vol.22, no.9, pp.11561158, 1950 [6] Mervyn J Miles, Victor J Morris, Paul D Orford, and Stephen G Ring, “The roles of amylose and amylopectin in the gelation and retrogradation of starch”, (in E), Carbohydrate research, vol.135, no.2, pp.271-281, 1985 [7] Bahram Khan, Muhammad Bilal Khan Niazi, Ghufrana Samin, and Zaib Jahan, “Thermoplastic starch: A possible biodegradable food packaging material—A review”, (in E), Journal of Food Process Engineering, vol.40, no.3, p.e12447, 2017 [8] Catia Bastioli, Handbook of biodegradable polymers iSmithers Rapra Publishing, 2005 [9] Trương Phước Nghĩa, “Luận văn Thạc sĩ hóa học Vật liệu nanocomposite phân hủy sinh học sở hỗn hợp tinh bột poly (vinyl alcohol)”, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM, 2010 [10] Ray Smith, Biodegradable polymers for industrial applications CRC Press, 2005 58 [11] https://www.academia.edu/7339523/BAO_CAO_NCKH-gelatin , “Báo cáo nghiên cứu khoa học - Gelatin” [12] Kodjo Boady Djagny, Zhang Wang, and Shiying Xu, “Gelatin: A valuable protein for food and pharmaceutical industries”, (in E), Critical reviews in food science nutrition, vol.41, no.6, pp.481-492, 2001 [13] JE Eastoe, “The amino acid composition of fish collagen and gelatin”, (in E), Biochemical Journal, vol.65, no.2, p.363, 1957 [14] IJ Haug and KI Draget, “Gelatin”, in Handbook of food proteins, Elsevier, 2011, pp.92-115 [15] I Arvanitoyannis, E Psomiadou, A Nakayama, S Aiba, and N Yamamoto, “Edible films made from gelatin, soluble starch and polyols, Part 3”, (in E), Food Chemistry, vol.60, no.4, pp.593-604, 1997 [16] AJF Carvalho, AE Job, Neri Alves, AAS Curvelo, and A Carbohydrate Polymers Gandini, “Thermoplastic starch/natural rubber blends”, (in E), vol.53, no.1, pp.95-99, 2003 [17] http://www.khoaluan.vn/tai-lieu_tieu-luan-thu-hoi-glycerol-tu-qua-trinh-san-xuat- biodiesel 169599,“Tiểu luận thu hồi Glycerol từ trình sản xuất Biodiesel”, Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TP.HCM, 2010 [18] Ralf Christoph, Bernd Schmidt, Udo Steinberner, Wolfgang Dilla, and Reetta Online-Ausgabe Karinen, Wiley-VCH, “Gycerol Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry”, (in E), pp.1-16, 2006 [19] César AG Quispe, Christian JR Coronado, and Joao A Carvalho Jr, “Glycerol: Production, consumption, prices, characterization and new trends in combustion”, (in E), Renewable Sustainable Energy Reviews, vol.27, pp.475-493, 2013 59 [20] Jiugao Yu, Peter R Chang, Xiaofei Ma, “The preparation and properties of dialdehyde starch and thermoplastic dialdehyde starch”, Carbonhydrate Polymer 79, 2010 [21] AA Al-Hassan and MH Norziah, “Starch–gelatin edible films: Water vapor permeability and mechanical properties as affected by plasticizers”, (in E), Food hydrocolloids, vol.26, no.1, pp.108-117, 2012 [22] Asgar Farahnaky, Bahareh Saberi, and Mahs Journal of Texture Studies Majzoobi, “Effect of glycerol on physical and mechanical properties of wheat starch edible films”, (in E), vol.44, no.3, pp.176-186, 2013 [23] TM Ogunrinola and UG Akpan, “Production of Cassava Starch Bioplastic Film Reinforced with Poly-Lactic Acid (PLA)”, (in E), 2018 [24] Changdao Mu, Jimin Guo, Xinying Li, Wei Lin, Defu Lei, “Preparation and properties of dialdehyde carbonxylmethyl cenllulose crosslinked gelatin edible films”, Food Hydrocolloids, 2012 [25] Wendy Rodríguez Castellanos, Francisco Javier Flores Ruiz, Fernando Martínez Bustos, Fernando Chiđas Castillo, and Francisco Javier Journal of Applied Polymer Science Espinoza Beltrán, “Nanomechanical properties and thermal stability of recycled cellulose reinforced starch–gelatin polymer composite”, (in E), vol.132, no.14, 2015 [26] Olga Moreno, Julián Cárdens, Lorena Atarés, Amparo Chiralt, “Influence of starch oxidation on the functionality of starch-gelatin based active films”, Carbonhydrate Polymer, 2017 [27] Yingfeng Zuo, Wenjie Liu, Junhua Xiao, Xing Zhao, Ying Zhu, Yiqiang Wu, “Preparation and Characterization of Dialdehyde Starch by One-step Acid Hydrolysis and Oxidation”, International Journal of Biological Macromolecules, 2017 60 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Tỉ lệ thành phần theo phần trăm khối lượng Mẫu 0.1 0.2 0.3 Phụ lục 2: Kết chuẩn độ Mẫu TB 61 TB 0.3 TB Tinh bột tự nhiên TB 62 Phụ lục 3: Kết phân hu Mẫu Khối lượng ban đầu (g) 0.1 TB 0.2 TB 0.3 TB 63 Phụ lục 4: Kết đo tính màng Mẫu 0.1 Tinh bột (g) 3 3 TB 3 Mẫu Tinh 0.2 bột (g) 3 3 TB Mẫu Tinh 0.3 bột (g) 3 3 TB Mẫu Tinh bột (g) 3 3 TB 64 65 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÊN ĐỀ TÀI: CƠ TÍNH VÀ KHẢ NĂNG PHÂN HUỶ SINH HỌC CỦA MÀNG TỪ TINH BỘT DIALDEHYDE, GELATIN VÀ GLYCEROL. .. phân hủy sinh học không thải chất độc hại mơi trường ngồi Sự trộn hợp hai nhiều polymer có khả phân hủy sinh học tạo polymer có khả phân hủy sinh học phù hợp với yêu cầu định Khả phân hủy sinh học. .. bột dialdehyde, gelatin glycerol? ?? ii  Mục tiêu nghiên cứu Tổng hợp nên màng tinh bột biến tính từ nguyên liệu: tinh bột, gelatin, glycerol KIO4 Đồng thời khảo sát tính, phổ IR, phổ XRD khả phân