C: conv-time Time (hour)
TÁCH CHIẾT VÀ PHÂN TÍCH ĐỊNH LƢỢNG HÀM LƢỢNG AMYLOSE VÀ AMYLOPECTIN CĨ TRONG TINH BỘT BẰNG PHƢƠNG PHÁP QUANG PHỔ
ISBN: 978-604-82-1375-6 85Trong phổ Raman dao động đặc trưng tại vị trí 933 cm-1 được cho là do sự đĩng gĩp của nối glucose trong
Trong phổ Raman dao động đặc trưng tại vị trí 933 cm-1 được cho là do sự đĩng gĩp của nối glucose trong tinh bột. Trong cả phổ Raman lẫn IR của tinh bột bắp cho thấy mũi xuất hiện trong vùng dao động đặc trưng của nối glucose cĩ sự mất đối xứng và cĩ xu hướng kéo về vùng cĩ số sĩng nhỏ hơn. Lý do này cĩ thể được giải thích là do sự xuất hiện của các dao động nối - 1,6 của amilopectin làm kéo đuơi khiến cho mũi đặc trưng lui về số sĩng nhỏ hơn. Như vậy qua phổ Raman của amilose và amilopectin sau khi tách, ta nhận thấy mũi dao động đặc trưng của liên kết C – O – C trên mạch chính là sự chồng của hai mũi của nối - 1,4 glycosidic tại vị trí 933 cm-1 và - 1,6 glycosidic tại vị trí 930 cm-1.
Ngồi ra, mũi dao động mạnh tại vị trí số sĩng 478 cm-1 mơ tả mức độ trùng hợp trong cấu trúc polysaccharides và kết quả như trong hình 5 cho thấy mức độ trùng hợp các vịng pyranose của amilose thấp hơn so với amilopectin.
Hình 7. Phổ Raman của tinh bột dong (ban đầu)
Tương tự tiến hành tính tốn tương tự dựa trên cơng thức sau thì thu được hàm lượng ước tính của amilose trong mẫu tinh bột dong riềng.
(h933 / h2800) * 100% = 34.28 %
Hình 5. Phổ Raman của mẫu amilose và amilopectin của tinh bột bắp sau khi tách với số
sĩng từ 250 – 1500 cm-1
Hình 6. Kết quả phân giải Raman của tinh bột bắp trong vùng 900 cm-1 – 950 cm-1
ISBN: 978-604-82-1375-6 86So với kết quả đo UV-Vis là 21.57 % cĩ sai số khá lớn, sai số này cĩ thể đến từ 2 nguyên nhân. Một là So với kết quả đo UV-Vis là 21.57 % cĩ sai số khá lớn, sai số này cĩ thể đến từ 2 nguyên nhân. Một là trong quá trình tách amilose ra khỏi tinh bột dong và định lượng bằng quang phổ UV-Vis, trong quá trình thực nghiệm sau khi tiến hành lắng amilopectin trong giai đoạn đầu vẫn chưa sạch, việc cịn lẫn amilopectin cĩ thể gây ra sai số trong quá trình đo hấp thu UV. Nguyên nhân thứ 2 là quá trình chạy phổ Raman,mũi dao động đặc trưng tại 2800 cm-1
khơng thể xác định được đường nền để tính được diện tích mũi và vì vậy cĩ thể dẫn tới sai số trong các phép tính.
Bên cạnh việc định lượng sơ bộ hàm lượng kết tinh trong tinh bột ngồi ra ta cịn cĩ thể so sánh hàm lượng kết tinh qua dao động ở vị trí 478 cm-1. Theo một số nghiên cứu trước đây, dao động C – C – O của vịng glucopyranose cĩ mối tương quan khá tốt với cấu trúc kết tinh trong tinh bột, sau khi tiến hành khảo sát với nhiều loại tinh bột khác nhau, nhĩm tác giả đã cho thấy mối tương quan khá tốt (r = 0.99) của dao động này tới cấu trúc kết tinh của tinh bột [5].
Như vậy thơng qua tỷ lệ cường độ mũi h(478) / h (860) này ta cĩ thể đánh giá được hàm lượng kết tinh của tinh bột bắp 3.3%nhiều hơn tinh bột dong 2.3%. Mũi 860 cm-1 được chọn là mũi nội chuẩn để tiến hành so sánh, mũi này là dao động kéo dãn đối xứng của C(1) – O – C(5) của vịng glucose, cường độ của mũi này khơng phụ thuộc vào quá trình chuẩn bị mẫu tinh bột.
Với kết quả trên ta thấy tỷ lệ kết tinh của tinh bột bắp là nhiều hơn so với tinh bột dong và kết quả đo UV cũng cho kết quả tương tự. Như vậy các kết quả phân tích trên cĩ thể thấy việc định lượng tinh bột thơng qua Raman là cĩ khả quan và cĩ thể giúp việc định lượng tương đối chính xác hàm lượng amilose và amilopectin trong tinh bột một cách tương đối dễ dàng.
Kết quả phân tích FT-IR.
Hình 8. FT-IR của tinh bột bắp và dong riềng
Các giá trị mũi tại 3405 cm-1 và 2930 cm-1 là dao động kéo dãn của O – H và C – H tương ứng, trong khi các giá trị mũi tại số sĩng 1420 cm-1 và 1366 cm-1 là của dao động uốn của C – H – C, C – H và O – H.
Những mũi tại giá trị 1155 cm-1, 1097 cm-1, và 1019 cm-1 là đĩng gĩp của dao động kéo dãn C – Ọ Những dao động tại các vị trí 1047 cm-1 và 1022 cm-1 cĩ liên quan tới cấu trúc kết tinh và cấu trúc vơ định hình của tinh bột. Tỷ số giữa dải hấp thu 1047/1022 cm-1 được dùng để định lượng trong cấu trúc của tinh bột. Các dải dao động tại vị trí 930 900 cm-1 là do sự đĩng gĩp của dao động vịng glucopyranose, 844 cm-1 là dao động C – H của vịng và 766 là dao động kéo dãn đặc trưng của vịng.
Mũi hấp thu trong khoảng 1670 1600 cm-1 được quy cho là mũi dao động của nước hấp thu trong cấu trúc vơ định hình của tinh bột. Kết quả FT-IR cho cả hai loại tinh bột đều cho thấy hầu hết các dao động đặc trưng (hình 2.12) bắt nguồn chủ yếu từ các dao động của amilose và amilopectin. Mũi dao động tại giá trị 1600 cm-1 liên quan tới cấu trúc vơ định hình của tinh bột, một mũi tại giá trị 1500 cm-1 liên quan tới dao động khung sườn của liên kết nối -1,4 glycosidic (C–O–C), và các mũi dao động tại giá trị 1022 và 850 cm-1 rất nhạy với sự thay đổi cấu trúc tinh thể. Cường độ mũi dao động tại giá trị 1022 cm-1 xác định định hướng liên kết Hydro liên phân tử của CH và CH2 trong nhĩm CH2OH [3] [4].
Quan sát kết quả phổ của tinh bột bắp tự nhiên ban đầu, thành phần amilose và amilopectin tách ra từ tinh bột bắp (hình 8), ta cĩ thể quan sát thấy cĩ sự thay đổi độ rộng của mũi tại vị trí 3400 cm-1 (dao động kéo dãn
ISBN: 978-604-82-1375-6 87liên kết O-H). Quan sát trong giản đồ phổ IR của amilose ta thấy cĩ sự tăng cường độ của mũi 1047 cm-1, mũi liên kết O-H). Quan sát trong giản đồ phổ IR của amilose ta thấy cĩ sự tăng cường độ của mũi 1047 cm-1, mũi dao động này mang đặc trưng của vùng kết tinh trong cấu trúc của tinh bột. Ngồi ra, ta thấy trong phổ của amilose tinh bột bắp sự sụt giảm cường độ của dao động tại 1022 cm-1 và 931 cm-1, trong khi phổ IR của amilopectin sự xuất hiện của mũi này rất rõ rệt, như vậy mũi dao động này mang đặc tính của vùng vơ định hình của tinh bột.
Ngược lại trong cấu trúc của amilopectin, mũi dao động đặc trưng mang bản chất của cấu trúc vơ định hình trong tinh bột lại thể hiện rõ hơn. Như vậy, tỷ lệ cường độ hấp thu 1047 / 1022 cm-1 phản ánh mức độ sắp xếp trật tự trong cấu trúc của tinh bột, và thường được sử dụng để đánh giá mức độ trật tự trong vùng kết tinh. Ngồi ra, dao động đặc trưng khác thay đổi sau khi tách đĩ là dao động tại khu vực 2930 cm-1. Sự phân tách thành 2 mũi 2923 cm-1
và 2852 cm-1 (dao động của CH2) sau khi tách của amilose và amilopectin xảy ra là do hiện tượng thối hĩa của tinh bột, các liên kết dao động của CH2 bị thay đổi khi ta tiến hành tách.
Hình 9. Phổ IR của tinh bột bắp cĩ ghép amilose và amilopectin.
Như vậy, thơng qua kết quả FT-IR thu được, ta cĩ thể đánh giá sơ bộ cấu trúc của các loại tinh bột, bằng việc sử dụng tỷ lệ dao động tại vị trí 1047 / 1022 cm-1, qua đĩ giúp đánh giá sơ bộ hàm lượng pha kết tinh tương ứng với thành phần amilose trong các loại tinh bột để cĩ thể sử dụng vào các mục đích mong muốn.
Bảng 3. Thành phần % của amylose dựa trên tỷ lệ dao động của h1047 / h1022 Loại tinh bột Tỷ lệ 1047 / 1022 cm-1 Thành phần % trong mẫu
Tinh bột bắp 0.42 42
Tinh bột dong 0.34 34
Qua kết quả tính tốn sơ bộ dựa vào tính tốn bên trên (lập tỷ lệ từ giá trị h1047 / h1022), kết quả cho thấy gần phù hợp với dữ liệu tính tốn từ Raman hay UV-Vis, với thành phần pha tinh thể trong cấu trúc của tinh bột bắp cao hơn so với tinh bột dong.
KẾT LUẬN
Quá trình phân tách amylose và amylosepectin từ 2 loại tinh bột bắp và dong riềng đã được đánh giá cấu trúc thơng qua UV-Vis, Raman và FT-IR là khả thi, giúp việc định lượng sơ bộ hàm lượng amilose và amilopectin trong tinh bột dễ dàng hơn. Các tính tốn dựa trên các tỷ lệ từ giá trị của các mũi giao động đặc trưng của vùng amylose và amylosepectine cho kết quả phù hợp và tương thích giữa các phương pháp phân tích nàỵ Qua kết quả cho thấy hàm lượng amylose hay pha tinh thể trong cấu trúc tinh bột bắp cao hơn so với trường hợp của tinh bột dong.
Lời cảm ơn: Kết quả nghiên cứu này đã được sự hỗ trợ từ Bộ mơn Vật liệu Polymer & Composite – Khoa Khoa học Vật liệu, Đại học Khoa Học Tự Nhiên Thành phố Hồ Chí Minh. Chúng tơi xin chân thành cảm ơn sự đĩng gĩp của những đồng nghiệp khác đã tham gia nhiệt tình vào nghiên cứu nàỵ
Hình 10. Phổ IR của tinh bột dong cĩ ghép amilose và amilopectin
ISBN: 978-604-82-1375-6 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Ạ Flores-Moralesa, M. Jiménez-Estradab, R. Mora-Escobedoc, (2011), Determination of the structural changes by FT-IR, Raman, and CP/MAS 13C NMR spectroscopy on retrograded starch of maize tortillas, Carbohydrate Polymers 87 (2012) 61– 68.
[2]. Kaewta Kaewtatip ⇑, Jariya Thongmee (2012), The effects of cross-linked starch on the properties of thermoplastic starch, Materials and Design 45 (2013) 586–589.
[3]. Xiaofei Ma, Peter R. Chang, Jiugao Yu, Mark Stumborg (2008), Properties of biodegradable citric acid- modified granular starch/thermoplastic pea starch composites, Carbohydrate Polymers 75 (2009) 1–8. [4]. Yongkang Sun, Zhongwei Wu, Bing Hu, Wei Wang, Hong Ye, Yi Sun,Xiaoqing Wang, Xiaoxiong Zeng
(2014), A new method for determining the relative crystallinity of chickpeastarch by Fourier-transform infrared spectroscopy, Carbohydrate Polymers 108 (2014) 153–158.
[5]. Ạ Bule´on, P. Colonna, V. Planchot, S. Ball (1998), Starch granules: structure and biosynthesis,
International Journal of Biological Macromolecules, 23, 85–112.
[6]. Hart, Bob (1997). Nutrition & Food Science, Technology and food production, 53-57.
[7]. Aamer Ali Shah, Fariha Hasan, Abdul Hameed, Safia Ahmed (2008). Biological degradation of plastics: A comprehensive review, Biotechnology Advances, 26, 246-265.