KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ H2O
Trong q trình tạo tinh bột oxy hóa thì nồng độ H2O2 có vai trị quan trọng ảnh hưởng đến tính chất của tinh bột hạt mít. Chúng tơi tiến hành khảo sát nồng độ H2O2 ở các giá trị khác nhau để tạo ra sản phẩm có hiệu suất phản ứng cao. Thực nghiệm được tiến hành trong điều kiện:
- Thời gian phản ứng 90 phút. - pH = 8.
Kết quả thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến q trình oxy hóa được trình bày ở bảng 3.8 và hình 3.8.
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến q trình oxy hóa tinh bột
STT Nồng độH2O2 (%) Hiệu suất thu hồi (%) Hàm lượng carboxyl (%) Hàm lượng carbonyl (%) 1 0.5 88.42 ± 0.65d 0.02 ± 0.00d 0.37 ± 0.02d 2 1.0 90.12 ± 0.86c 0.07 ± 0.00c 0.62 ± 0.02c 3 1.5 92.36 ± 0.36b 0.18 ± 0.01b 0.86 ± 0.01b 4 2.0 94.02 ± 0.38a 0.26 ± 0.01a 0.97 ± 0.01a 5 2.5 92.46 ± 0.36b 0.27 ± 0.00a 0.97 ± 0.01a 6 3.0 90.20 ± 0.71c 0.28 ± 0.01a 0.98 ± 0.01a
( Các chữ cái a,b,c,d,... khác nhau trong cùng một cột khác nhau về mặt thống kê - p <0.05).
Hình 3.8. Ảnh hưởng của nờng độ oxy hóa đến hiệu śt thu hời, hàm lượng Cax và Can
Theo nghiên cứu của Sangseethong và cộng sự (2010) thì mối quan hệ giữa sự hình thành các nhóm carbonyl và carboxyl trong q trình oxy hóa tinh bột vẫn chưa được hiểu rõ. Các nghiên cứu trước đây đã đề xuất quá trình phản ứng oxy hóa theo trình tự: các nhóm hydroxyl trong phân tử tinh bột trước tiên được oxy hóa thành các nhóm carbonyl và sau đó thành các nhóm carboxyl. Tuy nhiên, tùy thuộc vào tác nhân oxy hóa được sử dụng và điều kiện phản ứng mà các nhóm carbonyl hoặc carboxyl có thể được tạo thành song song có chọn lọc bằng cách oxy hóa các nhóm hydroxyl tại các vị trí nhất định trên vịng glucosidic [63]. Từ kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến q trình oxy hóa tinh bột được trình bày ở bảng 3.8 và hình 3.8 cho thấy:
- Khác với tác nhân NaClO, sản phẩm tinh bột oxy hóa có hàm lượng carbonyl cao hơn hàm lượng carboxyl khi sử dụng tác nhân H2O2. Điều này có thể giải thích như sau: khi sử dụng tác nhân oxy hóa NaClO, nhóm carbonyl đóng vai trị như một chất trung
nhỏ hơn lượng carboxyl trong cùng điều kiện phản ứng. Trái với q trình oxy hóa tác nhân hypochlorite, carbonyl là nhóm chức chính được ưu tiên tạo thành trong tinh bột oxy hóa bởi tác nhân peroxide. Khi có mặt xúc tác kim loại, H2O2 nhanh chóng bị phân hủy tạo thành gốc tự do hydroxyl (HO•) có khả năng phản ứng cao dễ dàng oxi hóa nhóm hydroxyl bậc 2 của tinh bột thành nhóm carbonyl (vị trí C2, C3) [64]. Ngồi ra, trong mơi trường kiềm, carbohydrate có nhóm carbonyl tự do có thể tiếp tục bị oxy hóa một phần hình thành nhóm carboxyl [63].
- Khi nồng độ tác nhân H2O2 tăng thì hàm lượng carbonyl và carboxyl của tinh bột oxy hóa cùng tăng lên. Khi nồng độ H2O2 lớn hơn 2% thì hàm lượng carboxyl và carbonyl tăng nhẹ không đáng kể. Chứng tỏ nồng độ 2% của H2O2 đã đủ cho q trình oxy hóa tinh bột.
- Hiệu suất thu hồi tinh bột oxy hóa tăng và đạt cực trị khi nồng độ H2O2 2% (Hình 3.8). Điều này có thể giải thích là do khi nồng độ tác nhân H2O2 cao tạo điều kiện hình thành nhiều sản phẩm có khối lượng phân tử thấp có khả năng tan trong nước [56].
Dựa vào các kết quả khảo sát, nồng độ H2O2 bằng 2% là giá trị tối ưu được lựa chọn để khảo sát các ảnh hưởng tiếp theo.
3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ huyền phù
Thực nghiệm tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ huyền phù đến phản ứng oxy hóa tinh bột với tác nhân H2O2 trong điều kiện:
- Nồng độ H2O2 2%. - Nhiệt độ phản ứng 40oC. - Thời gian phản ứng 90 phút. - pH = 8.
Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ huyền phù được trình bày ở bảng 3.9 và hình 3.9.
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ huyền phù đến q trình oxy hóa bằng tác nhân H2O2
STT huyền phùNồng độ (%) Hiệu suất thu hồi (%) Hàm lượng carboxyl (%) Hàm lượng carbonyl (%) 1 5 89.43 ± 0.09e 0.12 ± 0.00e 0.76 ± 0.02d 2 10 92.30 ± 0.66d 0.20 ± 0.01d 0.87 ± 0.01c 3 15 93.41 ± 0.41c 0.26 ± 0.01c 0.92 ± 0.01b
5 25* 97.35 ± 0.56b 0.27 ± 0.01a,b 0.99 ± 0.01a 6 30* 98.74 ± 0.33b 0.29 ± 0.00a 1.01 ± 0.01a
7 35* 101.03 ± 0.84a - -
1. (∗): tinh bột thu được có màu vàng đậm dần theo chiều tăng nồng độ huyền phù.2. (-): Không làm thực nghiệm 2. (-): Không làm thực nghiệm
3. Các chữ cái a,b,c,d,... khác nhau trong cùng một cột khác nhau về mặt thống kê - p <0.05.
Hình 3.9. Ảnh hưởng của nờng độ huyền phù đến hiệu suất thu hồi, hàm lượng Cax và Can
Các kết quả thí nghiệm được trình bày ở bảng 3.9 và hình 3.9 cho thấy:
- Khi các thơng số khác ảnh hưởng đến q trình oxy được giữ cố định và tăng nồng độ huyền phù thì hàm lượng carboxyl và carbonyl tăng nhưng khi nồng độ huyền phù lớn hơn 20% thì hàm lượng carbonyl và carboxyl vẫn tăng nhưng không đáng kể. Điều này được giải thích là do tăng nồng độ huyền phù làm rút ngắn khoảng cách của các hạt tinh bột và tác nhân oxy hóa thuận tiện cho q trình oxy hóa tinh bột nên các giá trị hàm lượng carboxyl, carbonyl tăng. Khi nồng độ huyền phù lớn hơn 20% q trình oxy hóa tăng chậm lại do phản ứng đã đi đến giai đoạn cuối.
- Hiệu suất thu hồi của q trình oxy hóa tinh bột tăng khi nồng độ huyền phù tăng, tuy nhiên khi nồng độ huyền phù lớn hơn 20% thì tinh bột khơng cịn trắng mà chuyển sang màu vàng và màu vàng đậm dần khi nồng độ huyền phù tăng. Nguyên nhân của hiện tượng này là do hình thành sản phẩm phụ Cu2O chui vào cấu trúc xoắn kép của hạt tinh bột [24] trong quá trình oxy hóa tinh bột sử dụng xúc tác CuSO4 theo cơ chế phản ứng [31,65]:
Cu2+ + H2O2 → Cu+ + O2∙-
+ 2H+ Cu2+ + O2∙- → Cu+ + O2
Cu+ + H2O2 → Cu2+ + OH∙ + OH- R-CH2OH + OH∙ → R-CHOH + H2O R-CHOH + Cu2+ → R-CHO + H+ + Cu+ 2Cu+ + 2OH- → Cu2O + H2O
tinh bột và một phần Cu2O bị giữ lại trong sản phẩm tinh bột oxy hóa sau khi lọc rửa, do đó tinh bột có màu vàng và đậm dần khi nồng độ huyền phù tăng.
Như vậy khi khảo sát ảnh hưởng của nồng độ huyền phù đến quá trình oxy tinh bột hạt mít thì nồng độ huyền phù 20% là giá trị được lựa chọn để khảo sát các giá trị tiếp theo.
3.3.3. Ảnh hưởng của pH
Thực nghiệm tiến hành khảo ảnh hưởng của pH đến phản ứng oxy hóa tinh bột với tác nhân H2O2 trong điều kiện:
- Nồng độ H2O2 2%.
- Nồng độ huyền phù 20%. - Nhiệt độ phản ứng 40oC. - Thời gian phản ứng 90 phút.
Kết quả thực nghiệm khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến q trình oxy hóa được trình bày ở bảng 3.10 và hình 3.10.
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của pH đến q trình oxy hóa bằng tác nhân H2O2
STT pH Hiệu suất thu hồi(%) Hàm lượng carboxyl(%) Hàm lượng carbonyl(%)
1 5 88.18 ± 0.79e 0.04 ± 0.00f 0.81 ± 0.02d 2 6 90.37 ± 0.64d 0.06 ± 0.00e 0.85 ± 0.02d 3 7 92.10 ± 0.67c 0.10 ± 0.00d 0.92 ± 0.00c 4 8 93.98 ± 0.49b 0.26 ± 0.01b 0.98 ± 0.00b 5 9 95.62 ± 0.57a 0.29 ± 0.00a 1.06 ± 0.00a 6 10 92.17 ± 0.35c 0.20 ± 0.01c 1.00 ± 0.02b
( Các chữ cái a,b,c,d,... khác nhau trong cùng một cột khác nhau về mặt thớng kê - p <0.05).
Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi, hàm lượng Cax và Can
Các kết quả thực nghiệm ở bảng 3.10 và hình 3.10 cho thấy:
- Hàm lượng carbonyl vẫn cao hơn hàm lượng carboxyl trong cùng một mẫu tinh bột oxy hóa ở cùng một điều kiện, hai giá trị này trong mơi trường kiềm cao hơn so với mơi trường trung tính và acid yếu. Theo nghiên cứu của tác giả Parovuori và
năng xúc tác Cu trong môi trường acid kém hơn mơi trường kiềm, đây chính là nguyên nhân khi pH tăng thì hàm lượng carbonyl, carboxyl và hiệu xuất thu hồi đều tăng [66].
- Khi oxy hóa tinh bột hạt mít bằng tác nhân H2O2 cho kết quả tương tự như trong trường hợp tác nhân NaClO khi kết quả ảnh hưởng của pH đều đạt cực đại tại pH= 9 ứng với cả ba đại lượng carbonyl, carboxyl và hiệu suất thu hồi.
Như vậy, khi khảo sát ảnh hưởng của pH đến q trình oxy hóa tinh bột bằng tác nhân H2O2 thì pH = 9 là giá trị được chọn để khảo sát các thông số tiếp theo.