M Ở ĐẦ U
1. TINH BỘT TỰ NHIấN
2.1.2 Phương phỏp phõn tớch
2.1.2.1 Xỏc định hàm lượng tinh bột bằng phương phỏp thủy phan trong axit [13]
Phương phỏp dựa trờn tớnh chất tinh bột bị thủy phõn bởi axit clohyric thành đường glucoza. Dung dịch sau khi thủy phõn được xỏc định tổng lượng đường glucoza theo phương phỏp Bec – tơ - răng
Tiến hành:
Cõn 1g tinh bột được nghiền nhỏ, cho vào bỡnh nún dung tớch 250 ml, thờm vào 95 ml nước cất, 5 ml axit clohydric đặc (d=1,19). Đậy bỡnh bằng nỳt cao su cú gắn ống thủy tinh dài và đem đun trong nồi cỏch thủy ở
100oC trong 3 giờ liền, kể từ lỳc bắt đầu sụi. Sau đú trung hũa, tẩy tạp chất, xỏc định hàm lượng tinh bột bằng tớnh đường glucoza nhõn với hệ số 0,9
2.1.2.2 Xỏc định độ thay thế DS ( degrees of substitution) [18,25]
Hàm lượng acetyl của tinh bột acetat được xỏc định bằng phương phỏp deacetyl trong điều kiện kiềm cao (phương phỏp của Wurzburg ,Genung và Mallatt). Trong trường hợp DS thấp dưới 0,3, acetyl được xỏc
định bằng phương phỏp sử dụng kiềm pH 11- 12, trường hợp sản phẩm cú DS cao lớn hơn 0,3 thay kiềm bằng dung dịch cồn. DS được xỏc định là số
lượng trung bỡnh của gốc hydroxyl được thay thế bằng gốc acetyl trờn một
đơn vị anhydroglucoza.
Độ thay thế DS được xỏc định bằng phương phỏp thủy phõn liờn kết este của tinh bột acetat trong mụi trường kiềm, sau đú chuẩn kiềm dư bằng axit clohidrit.
O ║
O ║ TB – OCCH3 + NaOH TB- OH + CH3CONa
Tiến hành:
Cõn chớnh xỏc 5 gam mẫu tinh bột acetat vào bỡnh 250 ml, thờm 50 ml nước cất. Sau đú thờm vài giọt chỉ thị phenolphthalein, dung dịch chuẩn với NaOH 0,1N tới điểm màu hồng. Sau đú thờm 25 ml NaOH 0,45N, khuấy trong 30 phỳt. Sau đú lượng kiềm dưđược chuẩn lại bằng HCl nồng
độ 0,2N tới khi mất màu hồng. Sử dụng tinh bột gốc làm mẫu đối chứng .
Tớnh toỏn
Phần trăm acetyl được tớnh theo cụng thức sau : A % = ( V0- Vn) x 0.043x M x 100 W Trong đú : A : % acetyl Vo: số ml HCl chuẩn mẫu trắng(ml) Vn: số ml HCl chuẩn mẫu thực (ml) 43: khối lượng phõn tử của gốc acetyl M: nồng độ HCl W: Khối lượng mẫu (g)
Độ thay thế DS đựơc tớnh như sau: 162* A
DS =
4300- 42A Trong đú :
A : % acetyl
2.1.2.3 Xỏc định độ nhớt bằng mỏy đo Brookerfild DVII
2.1.2.4 Xỏc định độẩm bằng mỏy Precisa HA60 ,Swetzerland. 2.1.2.5 Xỏc định pH bằng mỏy đo pH 2.1.2.5 Xỏc định pH bằng mỏy đo pH
Làm sạch đầu đo bằng nước cất, khi đo thấy pH của nước cất = 7 và trờn màn hỡnh hiện lờn chữ ready thỡ đọc số liệu hiển thị trờn mỏy. Đú chớnh là pH của dịch cần đo.
2.1.2.6 Xỏc định độ trong của hồ tinh bột ( %T650)
Huyền phự tinh bột pH trung tớnh, khuấy liờn tục và đun trong nước núng để hồ húa trong 30 phỳt, sau đú làm nguội xuống nhiệt độ phũng trong 1 giờ. So sỏnh mẫu hồ tinh bột với mẫu trắng sử dụng nước, sử dụng hệ số truyền quang T ở bước súng 650nm bằng thiết bị specphotometer
2.1.2.7 .Độ bền khi đúng băng- tan ró
Chuẩn bị hồ tinh bột: cõn 40 g tinh bột acetat với 400 ml nước cất, sau
đú hồ húa bằng cỏch đun núng lờn 950C giữ ở nhiệt độ này trong 15 phỳt, sau đú làm nguội xuống 500C
Cõn 50 gam hồ tinh bột vào cỏc ống thể tớch 100 ml và làm lạnh ngăn đỏ trong 24giờ, sau đú cho tan ró đến nhiệt độ phũng. Lấy mẫu đem ly tõm tốc
độ 3500 vũng/ phỳt trong 15 phỳt, gạn nước tỏch ra (ml), và cõn lượng cạn (m), lặp lại 5 lần
Phần trăm tỏch nước được tớnh bằng tỉ lệ cặn lỏng với khối lượng tổng của hồ tinh bột (M) trước khi li tõm nhõn với 100%
%(tỏch nước)= m/(M* 100)
Trong đú: m lượng nước tỏch ra; M lượng hồ tinh bột
2.2 Thiết bị, dụng cụ, nguyờn vật liệu
2.2.1. Nguyờn liệu
- Tinh bột sắn mua ngoài thị trường : + Độẩm: 12%
+ Hàm lượng tinh bột : 85% + Độ tro: 0,5%
- Tỏc nhõn acetyl: axit, acetat acetic anhydrit, vinyl acetat, … - Xỳc tỏc: NaOH, Na3PO4, Na2CO3, …
Vinyl acetat: Xuất xứ Hàn Quốc- là một hợp chất hữu cơ cú cụng thức CH3COOCH= CH3, cú khối lượng phõn từ 86,09 g/ mol, dung dịch khụng màu, cú tỉ trọng 0,934 g/ cm3, điểm sụi 72.70C, điểm tan chảy. Theo Canadian Environmental Protection Act (CEPA) vinyl acetat khụng độc hại tới sức khỏe con người
2.2.2 Thiết bị
- Bể ổn nhiệt: GELmbH.D3006 - Đức sản xuất - Máy so màu: UV 1601 – Nhật Bản.
- Máy đo độ ẩm: Precisa HA60- Switzerland. - Nhớt kế brookerfild - Mỹ sản xuất
- Máy đo pH: Thermor Orion, Model 410. - Tủ sấy
- Máy khuấy - Bếp điện
3 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 NGHIấN CỨU LỰA CHỌN TÁC NHÂN PHÙ HỢP CHO QUÁ TRèNH GẮN TẠO TINH BỘT ACETAT TRèNH GẮN TẠO TINH BỘT ACETAT
Trong cụng nghệ sản xuất tinh bột acetat, tinh bột được acetyl húa với sự tham gia của một số loại tỏc nhõn gắn. Theo tài liệu tỏc nhõn gắn cú thể
là acetic axit băng, anhydrit acetic, vinyl acetat…sử dụng một mỡnh hoặc kết hợp với xỳc tỏc khỏc như kiềm hoặc axit. Trờn thị trường Việt nam hiện nay, tinh bột acetat cú DS thấp 0,01- 0,1được sử dụng trong chế biến cỏc sản phẩm thực phẩm. Vỡ vậy chỳng tụi tiến hành nghiờn cứu lựa chọn tỏc nhõn gắn thớch hợp cho quỏ trỡnh acetyl húa tinh bột sử dụng trong cụng nghiệp thực phẩm
Thớ nghiệm được tiến hành với 3 loại tỏc nhõn gắn là acetic axit băng, anhydrit acetic khan, vinyl acetat. Điều kiện thớ nghiệm như sau: nồng độ
tinh bột 40%, nhiệt độ 300C, thời gian 3, 5, 8 giờ , pH 8,7, sử dụng xỳc tỏc NaOH dung dịch 3%, tỉ lệ tỏc nhõn acetyl húa 10% (so với tinh bột)
Bảng 1: Lựa chọn tỏc nhõn gắn thớch hợp cho sản xuất tinh bột acetat Tỏc nhõn Thời gian (giờ) Acetyl (%) DS Độ nhớt ( cp) 3 0,12 0,0045 320 5 0,20 0,0075 327 Mẫu 1: acetic axit băng 8 0,18 0,0067 331 3 0,20 0,0075 335 5 0,58 0,0218 342 Mẫu 2: anhydrit acetic 8 0,56 0,0211 328 3 1,50 0,0565 612 5 2,40 0,0904 680 Mẫu 3: vinyl acetat 8 2,30 0,0866 675
Kết quả thớ nghiệm cho thấy:
Mẫu 1 sử dụng axit acetic: Trong điều kiện nhiệt độ thường tỏc nhõn gắn axit acetic cú ảnh hưởng rất ớt đối với quỏ trỡnh acetyl húa tinh bột. Độ
thay thế DS khụng cao chỉ đạt DS đạt 0,0045 sau 3 giờ và 0,0075 sau 5 giờ
phản ứng.
Mẫu 2 sử dụng anhydrit acetic: Khi sử dụng tỏc nhõn gắn là anhydrit acetic đạt được DS 0,0075 sau 3 giờ, DS 0,0218 sau 5 giờ và DS 0,0211 sau 8 giờ phản ứng. Đồng thời với phõn tớch DS chỳng tụi kiểm tra độ nhớt của dịch tinh bột acetat bị giảm so với tinh bột gốc (độ nhớt của tinh bột acetat 342cp, độ nhớt của tinh bột gốc 500 cp), điều đú cú thể giải thớch trong khi phản ứng xảy ra mạch tinh bột bị cắt nờn dẫn tới làm giảm độ
nhớt. Mặt khỏc để duy trỡ pH 8,6 phải bổ sung xỳc tỏc NaOH nhiều (qua thớ nghiệm cứ 5 ml anhydrit acetic cần 100 ml NaOH 3%), NaOH nhiều sẽảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm, tinh bột sau sấy khụ cú màu trắng đục
Mẫu 3 sử dụng vinyl acetat: thớ nghiệm cho thấy độ thay thế DS đạt
được 0,056 sau 3 giờ và 0,0904 sau 5 giờ, DS đạt 0,086 sau 8 giờ. Tỏc nhõn vinyl acetat cú pH trung tớnh nờn khi điều chỉnh pH dễ dàng hơn. Độ nhớt tinh bột acetat tạo thành cao 680cp (so với tinh bột thường là 500 cp). Độ
nhớt tăng cao hơn so với tinh bột gốc chứng tỏ phản ứng acetyl đó xảy ra. Qua thớ nghiệm chỳng tụi nhận thấy vinyl acetat làm tỏc nhõn gắn thớch hợp vỡ cú thể dễ dàng kiểm soỏt độ thay thế bằng cỏch thay đổi điều kiện phản ứng và phản ứng trong điều kiện nhiệt độ thường.
3.2 NGHIấN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRèNH ACETYL HểA TINH BỘT ĐẾN QUÁ TRèNH ACETYL HểA TINH BỘT
Trong cỏc điều kiện khỏc nhau dẫn tới độ thay thế DS đạt được khỏc nhau. Tựy thuộc vào mục đớch sử dụng, tinh bột acetat nhỡn chung phõn ra nhiều loại DS 0.012- 0,02; 0.04- 0.05; 0.06- 0.07; 0.07- 0.08. Tinh bột acetat của Vedan cú DS 0,02- 0,039, của Thỏi Lan cú DS 0,04-0,05 được dựng làm tương ớt, mỳăn liền, kem…
Với mục đớch nghiờn cứu xỏc định cỏc điều kiện ảnh hưởng đến quỏ trỡnh acetyl húa tạo tinh bột acetat cú cỏc đặc tớnh ưu việt hơn tinh bột thường, chỳng tụi tiến hành thớ nghiệm xỏc định cỏc yếu tố như nồng độ tinh bột, tỉ lệ tỏc nhõn gắn, nhiệt độ, pH, thời gian, ….nhằm đưa ra điều kiện thớch hợp nhất cho sản xuất tinh bột acetat cú DS 0,05 tương đương với tinh bột acetat của Thỏi Lan.
3.2.1 Nghiờn cứu xỏc định tỉ lệ tỏc nhõn gắn thớch hợp cho sản xuất tinh bột acetat tinh bột acetat
Một trong những yếu tố cú ảnh hưởng tới độ thay thế đú là nồng độ tỏc nhõn gắn vinyl acetat. Nồng độ tỏc nhõn gắn thấp khụng đạt DS, nồng độ
cao sẽ dẫn tới thừa, tạo sản phẩm phụ. Vỡ vậy chỳng tụi tiến hành thớ nghiệm với cỏc nồng độ khỏc nhau, sau kết thỳc quỏ trỡnh acetyl húa, làm sạch, sấy khụ và phõn tớch xỏc định % acetyl từ đú suy ra độ thay thế DS, phõn tớch độ nhớt
Thớ nghiệm tiến hành với cỏc nồng độ khỏc nhau trong cựng một điều kiện phản ứng như nồng độ dịch tinh bột 40%; thời gian 5giờ; pH 8,7; nhiệt
độ mụi trường. Kết quảđược trỡnh bày trong bảng 2
Bảng 2 : Xỏc định tỉ lệ tỏc nhõn gắn thớch hợp STT Tỉ lệ vinyl acetat (%) Acetyl (%) DS Độ nhớt (cp) 1 2 0,60 0,022 520 2 5 1,40 0,052 600 3 7 1,90 0,071 616 4 10 2,30 0,086 670 5 12 2,50 0,094 685
Kết quả trỡnh bày trong bảng 2 cho thấy: Độ thế DS tăng lờn tỉ lệ thuận với sự tăng của tỉ lệ vinyl acetat. Với tỉ lệ vinyl acetat 2% DS đạt 0,022 , % acetyl 0,6. Khi tăng tỉ lệ vinyl acetat lờn 5%, DS đạt đựơc 0,052, tỉ lệ vinyl acetat tăng lờn12 % DS đạt 0,094
Qua kết quả thớ nghiệm cũng cho thấy gốc OH của phõn tử tinh bột
đựơc thay thế bằng gốc acetyl, độ thế DS tăng đồng thời độ nhớt của dung dịch tinh bột tăng theo. Tựy theo yờu cầu cụng nghệ cú thể sử dụng tỉ lệ
vinyl acetat để tạo tinh bột biến tớnh khỏc nhau. Với tỉ lệ vinyl acetat 5%, tinh bột biến tớnh cú độ thay thế 0,052 ( tương đương với Thỏi Lan DS 0,05)
Với mục đớch đảm bảo hiệu quả kinh tế, sử dụng lượng tỏc nhõn vừa đủ
tiờu tốn ớt tỏc nhõn nhất, chỳng tụi sử dụng lượng tỏc nhõn gắn thớch hợp nhất là 5% 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 2 5 7 10 12 % VA % acetyl DS Đồ thị biểu diễn DS phụ thuộc vào nồng độ VA
3.2.2 Nghiờn cứu lựa chọn xỳc tỏc thớch hợp cho quỏ trỡnh acetyl húa
Quỏ trỡnh acetyl húa ngoài sự tham gia của tỏc nhõn gắn cũn cú sự
tham gia của xỳc tỏc. Vai trũ xỳc tỏc khụng những điều chỉnh pH cũn làm tăng hiệu quả phản ứng acetyl húa. Một số xỳc tỏc tham gia vào quỏ trỡnh acetyl húa như: natri cacbonnat, natri hydroxit, trisodium phosphat.... Vỡ vậy chỳng tụi tiến hành nghiờn cứu lựa chọn xỳc tỏc phự hợp.
Thớ nghiệm nồng độ tinh bột 60%, tỉ lệ VA 5%, nhiệt độ 300C, thời gian 5giờ, xỳc tỏc Na2CO3;NaOH; Na3PO4 dung dịch 3%, pH 8,7 được duy trỡ trong suốt quỏ trỡnh acetyl húa. Sau phản ứng cỏc mẫu thớ nghiệm được làm sạch, sấy khụ . Kết quả thớ nghiệm được trỡnh bày trong bảng 3
Bảng 3 : Lựa chọn xỳc tỏc thớch hợp cho quỏ trỡnh acetyl húa tinh bột STT Tờn xỳc tỏc Acetyl (%) DS Nhận xột tinh bột acetat 1 Na2CO3 1,41 0,053 Trắng 2 Na3PO4 1,00 0,037 Trắng 3 NaOH 1,37 0,051 Trắng đục 4 ĐC 0,24 0,009 Trắng
Kết quả thớ nghiệm cho thấy: Khi sử dụng xỳc tỏc Na2CO3 đạt DS 0,053, sử dụng xỳc tỏc NaOH đạt DS 0,051, sử dụng Na3PO4 DS đạt 0,037, trong khi mẫu đối chứng DS đạt rất thấp 0,009. Như vậy cú thể thấy sự cú mặt của xỳc tỏc làm tăng tốc độ phản ứng acetyl húa lờn nhiều so với khụng cú xỳc tỏc. Qua thớ nghiệm chỳng tụi thấy cú thể sử dụng xỳc tỏc là NaOH hoặc Na2CO3 , tuy nhiờn nếu sử dụng NaOH tinh bột acetat về cảm quan cú màu trắng đục hơn so với sử dụng xỳc tỏc là Na2CO3. Vỡ vậy chỳng tụi chọn xỳc tỏc Na2CO3 cho acetyl húa
3.2.3 Nghiờn cứu xỏc định pH thớch hợp cho quỏ trỡnh acetyl húa tinh bột tinh bột
Trong quỏ trỡnh acetyl húa, pH là yếu tố cú ảnh hưởng lớn. Nếu pH thấp phản ứng khụng xảy ra, khi pH quỏ cao đồng thời với quỏ trỡnh gắn là quỏ trỡnh thủy phõn gốc acetyl dẫn tới ảnh hưởng tới độ thay thế DS .
Thớ nghiệm tiến hành với nồng độ dịch tinh bột 40%; thời gian 5giờ; nhiệt độ phũng 300C. pH được điều chỉnh trong quỏ trỡnh acetyl húa bằng bổ
Bảng 4 : Xỏc định pH thớch hợp cho quỏ trỡnh acetyl húa tinh bột STT pH Acetyl (%) DS Độ nhớt 1 5,0 0 0 473 2 6,0 0 0 478 3 7,5 0,60 0,022 531 4 8,0 1,0 0,037 586 5 8,5 1,41 0,053 620 6 9,0 1,47 0,055 643 7 10,0 0,50 0,018 507 8 11,0 0,40 0,015 460 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 5 6 7,5 8 8,5 9 10 11 % acetyl DS Đồ thị biểu diễn DS phụ thuộc vào pH
Qua thớ nghiệm cho thấy pH là yếu tố cú ảnh hưởng nhiều tới quỏ trỡnh acetyl húa tinh bột. Với pH thấp < 7,5 quỏ trỡnh acetyl khụng xảy ra. Với pH quỏ cao > 10, DS đạt được thấp và tinh bột bị cắt mạch thể hiện dịch tinh bột loóng. Điều đú cú thể giải thớch với pH cao trờn 10 quỏ trỡnh acetyl xảy ra đồng thời cũng xảy ra quỏ trỡnh thủy phõn gốc acetyl (deacetyl húa) nờn DS đạt được thấp và ở pH cao tinh bột bị thủy phõn nờn bị thất thoỏt khú thu hồi sản phẩm
Như vậy với pH = 8 DS đạt 0,037, pH = 8,5 DS đạt 0,53, pH = 9, DS : 0.055. Như vậy khoảng pH thớch hợp 8,0 - 9,0, tuy nhiờn để kinh tế giảm
được lượng nước rửa sau này chỳng tụi lựa chọn pH là 8,5 .
3.2.4 Nghiờn cứu xỏc định nồng độ tinh bột thớch hợp cho quỏ trỡnh acetyl húa
Nồng độ tinh bột cũng là yếu tố cú ảnh hưởng tới hiệu suất phản
ứng. Ở nồng độ thấp sẽ không hiệu quả về mặt kinh tế, ở nồng độ quỏ cao khú khăn trong việc khuấy đảo. Vỡ vậy chỳng tụi tiến hành nghiờn cứu xỏc
định nồng độ tinh bột thớch hợp cho qỳa trỡnh acetyl húa
Thớ nghiệm trong điều kiện nồng độ tinh bột khỏc nhau 20- 80%, nhiệt độ phản ứng 300C, thời gian 5 giờ, pH 8,5. Kết quả trỡnh bày trong bảng 5
Bảng 5 : Xỏc định nồng độ tinh bột cho quỏ trỡnh acetyl húa STT Nồng độ tinh bột(%) Acetyl (%) DS Độ nhớt ( cp) 1 20 1,50 0,056 585 2 40 1,42 0,053 591 3 60 1,40 0,052 610 4 80 1,38 0,052 576
Qua kết quả thớ nghiệm cho thấy với nồng độ tinh bột 20% DS đạt 0,056, nồng độ tinh bột 60% DS đạt 0,052, nồng độ tinh bột 80% DS đạt 0,052.
Như vậy nồng độ tinh bột khỏc nhau cú ảnh hưởng tới DS nhưng khụng nhiều.Tuy nhiờn với nồng độ tinh bột quỏ cao khú khuấy trộn vỡ tinh bột cú độ lắng cao. Vỡ vậy chỳng tụi lựa chọn nồng độ tinh bột tốt nhất là 60%.
3.2.5 Nghiờn cứu ảnh hưởng của thời gian trong quỏ trỡnh acetyl húa tinh bột húa tinh bột
Xỏc định được thời gian phản ứng ngắn nhất sẽ cho phộp tiết kiệm
được nhiều chi phớ. Vỡ vậy chỳng tụi tiến hành nghiờn cứu xỏc định thời gian cần thiết cho quỏ trỡnh acetyl húa tinh bột.
Thớ nghiệm được tiến hành với nồng độ vinyl acetat là 5%, nguyờn liệu tinh bột ban đầu là tinh bột sắn, nhiệt độ biến tớnh là 30oC, pH: 8,5