Phân tích ảnh hưởng của thành phần tạo màng đến độ thấm ẩm và tính chất quang học của màng tinh bột bằng phương sai anova

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC GVHD:NGUYỄN VINH TIẾN SVTT:NGUYỄN TRUNG HIẾU MSSV:15128024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

GVHD:NGUYỄN VINH TIẾN SVTT:NGUYỄN TRUNG HIẾU MSSV:15128024

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN TẠO MÀNG ĐẾN ĐỘ THẮM ẨM VÀ TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA MÀNG TINH BỘT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN

TÍCH PHƯƠNG SAI ANOVA

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2019

SKL 0 0 6 8 1 4

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

- -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TÊN ĐỀ TÀI

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN TẠO MÀNG ĐẾN ĐỘ THẤM ẨM VÀ TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA MÀNG TINH BỘT BẰNG PHƯƠNG PHÁP

PHÂN TÍCH PHƯƠNG SAI ANOVA

MÃ SỐ KHÓA LUẬN: PO.19.17

SVTH: NGUYỄN TRUNG HIẾU

MSSV: 15128024 GVHD: TS Nguyễn Vinh Tiến

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019

ii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành: Polymer

1 Tên khóa luận:

2 Nhiệm vụ của khóa luận: Tạo màng từ tinh bột-gelatin và nghiên cứu ảnh hưởng thành phần đến tính chất quang học, khả năng thấm ẩm của màng

3 Thời gian giao nhiệm vụ khóa luận: 09/2019

4 Thời gian hoàn thành khóa luận: 12/2019

5 Họ tên người hướng dẫn: T.S Nguyễn Vinh Tiến

Nội dung hướng dẫn:

Tp.HCM, ngày tháng năm 2019 TRƯỞNG BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học Họ và tên sinh viên: Nguyễn Trung Hiếu MSSV: 15128024 Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi Trưởng Bộ môn Công nghệ Hóa học

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

1 Lĩnh vực nghiên cứu

Vật liệu polymer phân hủy sinh học có nguồn gốc đi từ tinh bột và gelatin

2 Vấn đề nghiên cứu

Tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào có sẵn ở nước ta là tinh bột để nghiên cứu vào chế

tạo ra vật liệu polymer có khả năng phân hủy sinh học

Chế tạo vật liệu polymer trên cơ sở nền là tinh bột và gelatin tạo ra màng polymer mỏng,

có khả năng thay thế cho các loại màng không thể phân hủy nhanh

3 Phương pháp sử dụng

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Nghiên cứu, phân tích các thông tin kỹ thuật liên

quan được công bố qua các tài liệu như sách, tạp chí khoa học, bài báo khoa học…

- Phương pháp chế tạo sản phẩm bằng cách tráng màng trên nền dĩa nhựa petri

- Phân tích kết quả bằng các phương pháp đo như:

- Máy quang phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis UH5300

- Thiết bị nhiệt quét vi sai DSC

- Máy phân tích phổ nhiễu xạ tia X

- Sử dụng phương pháp so sánh bằng phần mềm Minitab và phân tích phương sai với

5 yếu tố : tinh bột, gelatin, glycerol, acid acetic và curcumin

4 Kết quả đạt được

- Curcumin là yếu tố chính ảnh hưởng đến màu sắc màng

- Tinh bột là yếu tố chính ảnh hưởng đến phần trăm ánh sáng truyền qua trong ba vùng

hồng ngoại, khả kiến và tử ngoại

- Bằng phương pháp XRD, cho thấy tinh bột có cấu trúc tinh thể nhưng bị giảm mất

phần lớn trong quá trình tạo màng

- Glycerol và gelatin là yếu tố ảnh hưởng độ thấm ẩm của màng tinh bột

ii

LỜI CẢM ƠN

Trải qua một khoảng thời gian dài học tập và và nghiên cứu với chuyên nghành Polymer

tại trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, em đã nắm bắt được nhiều kiến thức để từng bước

hoàn thiện bản thân mình hơn Cho đến hôm nay, với bài luận văn tốt nghiệp này đã kép

lại cánh cổng trường đại học và tiến bước tiếp trên những cột mốc tương lai của bản

thân mình Để được như vậy, đó là nhờ phần lớn công ơn của các thầy cô đã truyền đạt

nhiệt huyết những tri thức và đông lực cho em Em xin trân thành gởi những lời cảm ơn

và lời chúc tốt đẹp nhất đến quý thầy cô

Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy NGUYỄN VINH TIẾN, giảng viên trường

đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thầy là người đã tận tay hướng dẫn, dìu dắt và hỗ trợ em

trong suốt quá trình thực hiện luận văn này Thầy cũng chính là người đã truyền dạy

kiến thức cho em trong khoảng thời gian học tập tại trường Kính chúc cho thầy luôn

khỏe mạnh để tiếp tục nghiên cứu và đào tạo ra những nhân tài tương lai của đất nước

Em xin cũng xin kính gửi lời cảm ơn tới quý thầy cô trong trường đại học Sư Phạm

Kỹ Thuật, đặc biệt là thầy cô trong bộ môn khoa Công nghệ Hóa học Thực phẩm đã tận

tình chỉ dẫn, trực tiếp giúp đỡ và em xin cảm ơn sâu sắc đến thầy Huỳnh Nguyễn Anh

Tuấn đã tạo điều kiện cho em được nghiên cứu trong môi trường tốt nhất để có thể hoàn

thành bài luận này

Gởi đến những lời cảm ơn tốt đẹp nhất đến gia đình, bạn bè đã động viên, hỗ trợ em

trong suốt quá trình em thực hiện tốt đền tài luận văn này

Em xin chân thành cám ơn!

TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực hiện đề tài

Nguyễn Trung Hiếu

iii

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng em Các số liệu, kết quả ghi nhận trong luận văn là trung thực, không sao chép và chưa từng được ai công bố trong bất kì

đề tài nào khác Nếu có, thì tài liệu đã được trích dẫn rõ ràng và đúng quy trình

Sinh viên thực hiện đề tài Nguyễn Trung Hiếu

v

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG i

DANH MỤC HÌNH ii

PHỤ LỤC TỪ VIẾT TẮT iii

MỞ ĐẦU iv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu vật liệu polymer 1

1.1.1 Tổng quan về polymer 1

1.1.2 Giới thiệu polymer phân hủy từ tinh bột và cellulose 2

1.2 Tổng quan về tinh bột 3

1.2.1 Hình dạng, kích thước của hạt tinh bột 3

1.2.2 Thành phần hóa học của tinh bột 3

1.2.2.1 Cấu trúc của amylose 4

1.2.2.2 Cấu trúc của amylopectin 5

1.2.3 Tính chất của tinh bột 5

1.2.3.1 Tính hòa tan 5

1.2.3.2 Khả năng trương nở 6

1.2.3.3 Nhiệt độ hồ hóa 6

1.2.3.4 Độ trong của hồ tinh bột 6

1.2.3.5 Khả năng tạo gel 7

1.2.3.6 Phản ứng tạo phức 7

1.3 Tổng quan về gelatin 7

1.3.1 Cấu trúc của gelatin 7

1.3.2 Tính chất vật lý 8

1.3.3 Tính chất hóa học 9

1.3.3.1 Tính chất gel- độ bền gel 9

1.3.3.2 Độ nhớt 9

vi

1.3.3.4 Tính lưỡng tính 9

1.3.3.4 Tính hòa tan của gelatin 10

1.3.3.5 Tính ổn định gelatin 10

1.3.3.6 Tính đông đặc 10

1.3.4 Ứng dụng của gelatin 10

1.3.4.1 Gelatin trong thực phẩm 10

1.3.4.2 Gelatin trong dược phẩm 10

1.3.4.3 Gelatin sử dụng làm chất keo 11

1.3.5 Nguyên liệu và công nghệ sản xuất Gelatin 11

1.3.5.1 Nguyên liệu 11

1.3.5.2 Công nghệ sản xuất Gelatin 11

1.4 Tổng quan về Curcumin 11

1.4.1 Cấu trúc hóa học và các đặc tính hóa lý của curcumin 12

1.4.2 Tính chất vật lý 12

1.4.3 Tính chất hóa học 13

1.4.3.1 Sự điện ly 13

1.4.3.2 Phản ứng cộng với H 2 13

1.4.3.3 Phản ứng tạo phức với kim loại 13

1.4.3.4 Phản ứng amin hóa 14

1.4.4 Ứng dụng của curcumin 14

1.4.4.1 Hoạt tính chống oxy hóa 14

1.4.4.2 Hoạt tính chống đông máu 15

1.4.4.3 Ngăn cản và điều trị ung thư 15

1.4.4.4 Trong công nghiệp thực phẩm 15

1.5 Giới thiệu về Acid acetid 15

1.5.1 Tính chất vật lý acid acetic 15

1.5.2 Tính chất hóa học của acid acetic 15

1.5.3 Điều chế acid acetic 16

vii

1.5.4 Ứng dụng của acid acetic 16

1.5.4.1 Trong công nghiệp 16

1.5.4.2 Ứng dụng của acid acetic trong đời sống 16

1.6 Glycerol 17

1.6.1 Ứng dụng glycerol 17

1.6.1.1 Thức ăn và nước giải khát 17

1.6.1.2 Nguyên liệu dược phẩm 18

1.6.2 Điều chế glycerol 18

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 19

2.1 Nội dung đề tài 19

2.2 Hóa chất và thiết bị 19

2.2.1 Hóa chất 19

2.2.2 Thiết bị sử dụng 19

2.3 Thực nghiệm 20

2.3.1 Thiết kế tỷ lệ thành phần hỗn hợp 20

2.3.2 Quá trình tiến hành 21

2.3.3 Các phương pháp phân tích 23

2.3.3.1 Khảo sát phần trăm truyền qua từ máy quang phổ UV-Vis 23

2.3.3.3 Khảo sát khả năng thấm ẩm của màng polymer 23

2.3.3.4 Khảo sát sự thay đổi màu theo hệ màu Lab 24

2.3.3.5 Phương pháp phân tích quét nhiệt vi sai DSC 25

2.3.3.6 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 26

2.3.3.6 Phương pháp xử lí thống kê và đánh giá kết quả 26

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

3.1 Phân tích kết quả đo màu L*,a*,b* và ∆𝑬 28

3.1.1 Ảnh hưởng của thành phần đến giá trị màu L* 32

3.1.2 Ảnh hưởng của thành phần đến giá trị a* 33

3.1.3 Ảnh hưởng của thành phần đến giá trị b* 33

viii

3.1.4 Ảnh hưởng của thành phần đến giá trị ∆E 33

3.2 Ảnh hưởng của thành phần đến khả năng truyền qua của ánh sáng 35

3.2.1 Ảnh hưởng của thành phần ở vùng hồng ngoại 35

3.2.2 Ảnh hưởng của thành phần ở vùng khả kiến 36

3.2.3 Ảnh hưởng của thành phần ở vùng tử ngoại UV 36

3.3 Ảnh hưởng của thành phần đến khả năng thấm ẩm của màng 36

3.4 Phân tích kết quả quét nhiệt vi sai DSC 38

3.5 Phân tích kết quả đo phổ nhiễu xạ tia X 40

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

PHỤ LỤC 45

i

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Tỷ lệ amylose và amylopectin của một số loại tinh bột 4

Bảng 1 2 Tỷ lệ ánh sáng truyền qua của các dịch hồ tinh bột khác nhau 6

Bảng 1 3 Tỷ lệ phần trăm các nguyên tố có trong gelatin 8

Bảng 1 4 So sánh gelatin từ da cá với gelatin từ động vật 9

Bảng 2 1 Thành phần các chất trong hỗn hợp 20

Bảng 2 2 Thành phần các chất trong hỗn hợp 20

Bảng 3 1 Kết quả của các phép đo tính chất màng 29

Bảng 3 2 Kết quả phân tích ANOVA về ảnh hưởng của thành phần đến các thông số màu L*,a*, b*, ∆𝑬 31

Bảng 3 3 Kết quả phân tích ANOVA về ảnh hưởng của thành phần đến %T 35

Bảng 3 4 Ảnh hưởng của thành phần đến độ thấm ẩm 37

ii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1.(a) Hạt tinh bột khoai tây (b) Hạt tinh bột gạo 3

Hình 1 2 Cấu trúc của amylose 4

Hình 1 3 Cấu trúc của amylopectin 5

Hình 1 4 Ba thành phần chủ yếu trong curcuminoid 12

Hình 1 5 Công thức hóa học chung của curcuminoid 12

Hình 1 6 Phản ứng cộng hydro của curcumin 13

Hình 1 7 Điều chế acid acetic từ nước nho 16

Hình 2 1 Qui trình tạo màng 22

Hình 2 2 Hệ thống màu L* a*b* 24

Hình 3 1 Mối tương quan của curcumin và glycerol đến hệ số L* 32

Hình 3 2 Ảnh hưởng của curcumin và glycerol đến sai khác màu sắc ∆E 34

Hình 3 3 Tính tương tác của glycerol và gelatin đến tác nhân thấm ẩm 38

Hình 3 4 Đồ thị kết quả phân tích DSC 39

Hình 3 6 Kết quả đo của phổ XRD 40

Testing and Materials

iv

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong xã hội ngày nay, nguyên liệu từ polymer với các sản phẩm tạo ra được ưa chuộng

và sử dụng rộng rãi phổ biến vì chúng có tính chất bền, nhẹ và tiện dụng Vì lý do đó nguyên liệu từ polymer được sử dụng để sản xuất các vật dụng thường ngày như: bao

bì, ly nhựa, thau nhựa hay ống hút bằng nhựa, Tuy nhiên polymer nguồn gốc từ dầu

mỏ có thời gian phân hủy trong môi trường tự nhiên rất lâu, thời gian phân hủy kéo dài tới hàng trăm năm Những hạt vi nhựa thấm vào lòng đất gây ảnh hưởng đến môi trường đất và nước Do nhu cầu sử dụng ngày càng tăng, vấn đề ô nhiễm rác thải về nhựa trở nên nghiêm trọng Nhưng các giải pháp giải quyết hiện nay vẫn chưa thể nào đáp ứng được yêu cầu xử lý rác thải một cách tối ưu nhất

Trong những năm gần đây, mọi người đang phát động phong trào bảo vệ môi trường bằng cách hạn chế sử dụng đồ nhựa dùng một lần thay vào đó thì sử dụng các vật dụng tái sử dụng nhiều lần như ly thủy tinh, hay ống hút từ cỏ bàng, từ gạo…

Từ những thực trạng trên, là sinh viên khoa hóa polymer em có ý thức được rằng bản thân có trách nhiệm nghiên cứu tìm hiểu ra các loại vật liệu có khả năng thay thế cho các nguyên liệu nguy hại đến môi trường Trong xu hướng nghiên cứu gần đây, vật liệu phân hủy sinh học đang được tìm hiểu và phát triển rộng rãi Ở Việt Nam ta, là nước có nguồn nguyên liệu nông nghiệp phát triển, các sản phẩm từ tinh bột rất đa dạng như gạo,

sắn, ngô, khoai… Do đó, em đã lựa chọn đề tài “Phân tích ảnh hưởng của thành phần

màng đến độ ẩm và tính chất quang học của màng tinh bột bằng phương pháp phân tích phương sai ANOVA” để nghiên cứu về thành phần hóa học cũng như các tính chất

và ứng dụng trong ngành thực phẩm

2 Mục đính nghiên cứu

- Tìm hiểu tính chất và các ảnh hưởng của thành phần đến màng tinh bột-gelatin

- So sánh kiểm chứng bằng các phương pháp phân tích hiện đại (DCS,XRD) cũng như phương pháp phương sai ANOVA

v

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Màng được tạo thành từ các thành phần: Tinh bột (0-12)g/Gelatin (0-12)g/Glycerol 5)g/Acid acetic (0-2)g/Curcumin (0-6)ml

(2 Ảnh hưởng của thành phần màng tinh bột(2 gelatin đến các tính chất:

+Tính thấm ẩm

+ Phần trăm ánh sáng truyền qua

+ Hệ màu Lab

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp các tài liệu, tư liệu về nguồn nguyên liệu

- Tìm hiểu phương pháp tạo màng đi từ tinh bột

- Phương pháp tạo màng

- Tỷ lệ các thành phần rắn sẽ thay đổi nhằm khảo sát khả năng cũng như ảnh hưởng của thành phần đối với quá trình tạo màng và tính chất của màng Tinh bột: Gelatin: Glycerol: Curcumin: Acid acetic

Tinh bột và phụ gia

Sản phẩm Khuấy, gia nhiệt, đuổi bọt khí

Tráng màng, phơi khô

vi

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Xác định được tỷ lệ thành phần từ các nguyên liệu để tạo màng tinh bột và đánh giá được ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần đó đến các tính chất của màng

- Ứng dụng tạo ra màng polymer phân hủy sinh học thay thế cho các sản phẩm phân hủy kém, ứng dụng tốt trong công nghệ sản xuất thực phẩm

6 Cấu trúc và bố cục

Bố cục của luận văn, ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và các phụ lục Bao gồm các nội dung sau:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Kết luận và kiến nghị

Từ thời xưa người ta đã biết sử dụng các vật liệu polyme tự nhiên như bông, sợi gai, tơ tằm, len làm quần áo, da động vật để làm giày, áo quần Người Ai cập còn biết dùng

da để làm giấy viết thư báo cho tới khi họ tìm ra phương pháp điều chế hợp chất cao phân tử mới là giấy Công trình này đã mở đầu cho các quá trình gia công, chế tạo cấc hợp chất polyme thiên nhiên và đi vào nghiên cứu các polyme nhân tạo.[1]

Đến năm 1933, Gay Lussac tổng hợp được polyeste va polylactic khi đun nóng với axit lactic, Braconnot điều chế được trinitrocelluose bằng phương pháp chuyển hóa đồng dạng và J.Berzilius là người đưa ra khái niệm về polymer Từ đó polymer đã chuyển sang thời kỳ tổng hợp bằng phương pháp hóa học thuần túy, đi sâu vào nghiên cứu những tính chất của polyme nhất là những polyme tự nhiên

Những công việc này phát triển mạnh vào cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20 Trải qua 130 năm, đến năm 1925, Staudinger đã đưa ra kết luận về cấu trúc phân tử polymer, và cho rằng polymer có dạng sợi và lần đầu tiên dùng cụm danh từ “ cao phân tử” thuyết này mặc dù còn có một số nhược điểm nhưng đã được nhiều tác giả thừa nhận nên được dùng làm cơ sở cho đến ngày nay

Thành công của polymer là trùng hợp polymer ở trạng thái rắn có tính bền nhiệt cao, có tính dẫn điện, là cơ sở để hình thành nền công nghiệp sản xuất polymer bền nhiệt cao Việc can thiệp vào quá trình tạo liên kết đôi dọc theo mạch chính của polymer, tạo liên kết sicma ,quá trình “doping” hay composite đã hình thành ngành công nghiệp sản xuất

2

các vật liệu polymer điện tử (electronics polymer ) với rất nhiều ứng dụng như: sản xuất các linh kiện điện tử, chip, tấm transparents, màn hình LCD, màn hình LEDs, cửa sổ thông minh… Bên cạnh đó việc tổng hợp các polymer có hoạt tính sinh học có tác dụng giải thích các quá trình sống, quá trình nên men, quá trình trao đổi chất trong tế bào cơ thể sống mà người ta goi nó là polymer sinh học (biopolymer).[1]

Trong công nghiệp sản xuất vật liệu polymer cũng có những bước tiến lớn trong việc cải tiến các phương pháp gia công như phương pháp tổng hợp (compounding, blending), đúc (casting), gia công cơ học (rolling, laminating), tráng-phủ (coating)…làm cho thời gian đưa vào sản xuất những công trình nghiên cứu ngày một nhanh hơn

Với khả năng ứng dụng trong hầu hêt các ngành phụ vụ đời sống như: công nghệ cao

su, chất dẻo, tơ sợi, thực phẩm, xây dựng, cơ khí, điện-điện tử, hành không, dược liệu, màu sắc và lĩnh vực quốc phòng như: tên lửa, tàu du hành vũ tru, máy bay siêu âm Vấn đề tái sinh polymer hay tiêu hủy polymer là một thách thức lớn cho các nhà khoa học và nghiên cứu công nghệ.[1]

1.1.2 Giới thiệu polymer có khả năng phân hủy từ tinh bột và cellulose

Các polymer có khả năng phân hủy sinh học có chức năng giống như các thành phần của tế bào vi sinh vật Vì vậy, để tạo ra được các loại nhựa hữu ích từ các polymer sinh học, chúng cần được biến tính Nguồn nguyên liệu có khả năng tái tạo được biết nhiều nhất có khả năng tạo ra các nhựa có khả năng phân hủy sinh học là tinh bột và cellulose.[1]

Tinh bột và cellulose không phải chất dẻo trong cấu trúc tự nhiên của chúng, nhưng khi được chuyển hóa thành chất dẻo bằng các phương pháp khác nhau bao gồm: phương pháp đùn, tạo các nhóm chức, và dẻo hóa Tinh bột là một trong những nguồn vật liệu

có khả năng phân hủy sinh học rẻ nhất trên thị trường thế giới hiện nay Nó là một polymer sinh học sinh học có tiềm năng lớn để sử dụng trong các ngành công nghiệp không phải thực phẩm Các polymer trên cơ sở tinh bột có thể được chế tạo từ ngô, gạo, bột mì hoặc khoai tây Tinh bột có thể chế tạo nhựa nhiệt rắn bằng cách phá vỡ hạt với

sự có mặt của một lượng chất dẻo hóa phù hợp (ví dụ nước hoặc polyancol) trong điều kiện xác định để gia công bằng phương pháp đùn.[1]

3

Cellulose từ gỗ và cây bông là nguồn thay thế cho dầu mỏ để chế tạo nhựa cellulose Cấu trúc của các este cellulose bao gồm cellulose acetat (CA, cellulose acetat propionat (CAP) và cellulose axetat butyrat (CAB) CAB và CAP hiện nay đang được sử dụng trong sản xuất nhiều loại nhựa khác nhau Ví dụ, tay cầm của các loại bàn chải đánh răng thượng hạng thường được sản xuất từ CAP, tay cầm của các tô vít thường được làm từ CAB Hiện nay, nhựa cellulose đã đóng vai trò quan trọng trong các công thức chế tạo biocomposite.[1]

1.2 Tổng quan về tinh bột

Tinh bột là polysaccharide có phân tử lượng lớn, được tạo nên từ hàng trăm tới hơn 1 triệu đơn phân glucose, chúng liên kết với nhau bằng các liên kết 𝛼-glucoside.[2] Trong thực vật, tinh bột được tổng hợp từ sự quang hợp của cây xanh trong lục lạp hay từ các bột lạp Phân tử tinh bột bao gồm 2 thành phần chính là amylose và amylopectin [3]

1.2.1 Hình dạng, kích thước của hạt tinh bột

Hình dạng của tinh bột trong tự nhiên rất đa dạng, phổ biến là các hình tròn, hình bầu dục hay hình đa giác.[1]

Hình 1 1.(a) Hạt tinh bột khoai tây (b) Hạt tinh bột gạo [1]

Trong nguyên liệu, tinh bột tồn tại thành từng hạt có kích thước từ 0.02 đến 0.12 nm

Có nhiều cách khác nhau để ta có thể biết được kích thước của hạt tinh bột như dùng phương pháp lắng, sử dụng rây lọc.[3]

1.2.2 Thành phần hóa học của tinh bột

Tinh bột không phải là một hợp chất đồng thể mà gồm 2 polysaccharide khác nhau: vùng vô định hình chủ yếu là amylose và vùng kết tinh chủ yếu là amylopectin Tỷ lệ

4

hàm lượng của amylose và amylopectin giữa những nguyên liệu không giống nhau, thường tỷ lệ amylose và amylopectin của tinh bột xấp xỉ ¼.[1]

Bảng 1 1 Tỷ lệ amylose và amylopectin của một số loại tinh bột [1]

Tinh bột Amylose (%) Amylopectin (%)

1.2.2.1 Cấu trúc của amylose

Hình 1 2 Cấu trúc của amylose [3]

Amylose có cấu trúc chủ yếu là mạch thẳng, được kéo dài từ những đơn phân glucose

do sự tác động của enzyme synthate (enzyme synthate là enzyme xúc tác sự bổ sung ADP-glucose) tạo thành chuỗi dài tới vài nghìn đơn phân glucose trong phân tử liên kết với nhau bằng liên kết 𝛼-1,4 glucoside, chúng tạo thành xoắn lò xo, mỗi xoắn có 6 gốc

5

glucose tạo thành hình lục giác Đường kính của xoắn ốc là 12.97 A0, chiều cao của vòng xoắn là 7.91A0 [6] Bên ngoài vòng xoắn là những nhóm OH tương tác với nhau giúp giữ vững cấu trúc xoắn, bên trong là nhóm CH kỵ nước giúp cho phân tử amylose

dễ dàng hấp thụ các phân tử chất béo, iot vào trong cấu trúc xoắn.[2] Chính vì amylose

ở dạng hơi xoắn nên khi tác dụng với iot, nó cuốn phân tử iot vào trong cấu trúc của nó tạo nên phức màu xanh, đây là phản ứng đặc trưng cho tinh bột, khi ở nhiệt độ cao, các vòng xoắn bị duỗi ra, giải phóng phân tử iot, phức mất màu Trong phân tử amylose bao giờ cũng có 1 đầu nhóm hydroxyl có tính khử và 1 đầu không khử.[3],[4]

1.2.2.2 Cấu trúc của amylopectin

Hình 1 3 Cấu trúc của amylopectin [3]

Amylopectin được tạo thành từ các đơn phân glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1,4 glucoside và 𝛼-1,6 glucoside, mức độ phân nhánh của amylopectin cao hơn nhiều

𝛼-so với amylose.[2] Trong phân tử, liên kết 𝛼-1,4 glucoside chiếm 95%, trong khi liên kết 𝛼-1,6 glucoside chiếm tới 5% -trung bình trong phân tử có khoảng 20000 điểm phân nhánh Khoảng cách giữa 2 điểm phân nhánh vào khoảng 20-30 gốc glucose, sự phân nhánh lớn này làm cho các phân tử cồng kềnh, khó cuộn xoắn, nên khi phản ứng với iot chỉ cho màu nâu.[5],[6]

1.2.3 Tính chất của tinh bột

1.2.3.1 Tính hòa tan

Tinh bột ở điều kiện thường không tan trong nước, vì vậy nó tồn tại lượng lớn trong tế bào mà không ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu Amylose khi mới tách ra khỏi hạt tinh bột có khả năng hòa tan tốt trong nước Tuy nhiên, chúng nhanh chóng bị thoái hóa tạo

6

kết tủa Amylopectin tan tốt trong nước ấm, trong nước lạnh chúng khó tan hơn Khi phân tán trong môi trường cồn, tinh bột bị kết tủa, điều này giúp tăng hiệu suất thu hồi tinh bột [2],[5]

1.2.3.2 Khả năng trương nở

Khi ngâm nước ở nhiệt độ thấp, hạt tinh bột không bị hydrat hóa nên không trương nở Khi tăng dần nhiệt độ lên, hạt tinh bột sẽ hút nước và tăng nhanh thể tích do tinh bột được cấu tạo từ các đơn phân glucose, chứa nhiều nhóm OH trong phân tử, có khả năng tạo liên kết hydro với các phân tử nước Nước tương tác với các mạch polysaccharide tạo nên lớp vỏ hydrat dày, kích thước lớn làm hạt tinh bột bị trương nở Quá trình trương

nở làm amylose được tách ra, hòa tan 1 phần vào nước Tinh bột trương nở nguyên nhân chính do các mạch amylopectin trong tinh bột [1],[5]

1.2.3.3 Nhiệt độ hồ hóa

Nhiệt độ hồ hóa không phải là là một điểm mà là một khoảng nhất định Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột được chia làm 3 nhóm: thấp (nhỏ hơn 700C), trung bình (từ 70-740C), cao (trên 740C) [2]

1.2.3.4 Độ trong của hồ tinh bột

Độ trong của hồ tinh bột được thể hiện thông qua tỷ lệ ánh sáng ở bước sóng 650 nm truyền qua dịch hồ tinh bột 1% Tỷ lệ này ở mỗi loại tinh bột là khác nhau, dựa vào thành phần và cấu trúc của chúng.[1]

Bảng 1 2 Tỷ lệ ánh sáng truyền qua của các dịch hồ tinh bột khác nhau.[1] Tinh bột 1% Tỷ lệ ánh sáng truyền qua (% ở 650 nm)

7

1.2.3.5 Khả năng tạo gel

Tinh bột được hồ hóa để chuyển sang trạng thái hòa tan, ở nồng độ đậm đặc vừa phải và trạng thái tĩnh, tinh bột sẽ tạo gel Gel tinh bột là tổng hợp gel mạch polysaccharide hoặc giữa các phân tử nước với nhau Khả năng tạo gel của của các phân tử chứa nhiều amylose lớn hơn phân tử chứa nhiều amylopectin [1],[6]

Độ cứng của gel tinh bột thường tăng theo nồng độ của tinh bột Khi bảo quản càng lâu thì độ cứng của gel càng cao Hiện tượng này được giải thích bởi sự mất nước của tinh bột do khả năng thoái hóa của chúng.[1]

1.2.3.6 Phản ứng tạo phức

Phản ứng tạo phức của tinh bột chủ yếu là do mạch amylose Phân tử tinh bột chứa chứa mạch amylose tồn tại ở dạng xoắn, với mỗi vòng xoắn là 6 đơn vị glucose Mạch này có khả năng tạo phức với nhiều hợp chất hữu cơ có cực cũng như vô cực bằng cách cuốn các phân tử đó vào trong trục rỗng của cuộn xoắn.[2] Khi tham gia phản ứng tạo phức với iot ở nhiệt độ thường, mỗi vòng xoắn sẽ cuốn lấy 1 phân tử iot và nhốt chúng trong

đó, tạo nên phức màu xanh đặc trưng Khi tăng nhiệt độ, các vòng xoắn duỗi ra giải phóng phân tử iot làm cho phức mất màu Đối với các phân tử lớn hơn như các acid béo thì số lượng vòng xoắn để cuộn được hết phân tử đó phải nhiều hơn [1],[5]

1.3 Tổng quan về gelatin

Gelatin là một protein tinh sạch dùng trong thực phẩm, thu nhận từ sự biến tính nhiệt phân Collagen có trong da, xương, mô liên kết của động vật, là một loại protein phổ biến trong giới động vật Gelatin hòa tan khi đun nóng (khoảng 40oC) và cô đặc khi làm lạnh, cùng với nước ở điều kiện bình thường có dạng sệt.[8]

1.3.1 Cấu trúc của gelatin

Gelatin là một protein tạo bởi acid amin sắp xếp trên một chuỗi đường thẳng và được liên kết bởi sự kết hợp của hai hay nhiều acid amin, là hỗn hợp dị hể các sợi polypeptid sợi đơn và sợi đa, mỗi sợi có cấu hình proline xoắn ốc bên trái, chứa từ 300– 400 amino acid [7][,8]

8

Cấu trúc của Gelatin được hình thành từ sự liên kết của 18 loại amino acid khác nhau, liên kết theo một trậtt tự nhất định, tuần hoàn Gelatin chứa một lượng lớn glycine, proline và 4- hydroxyproline Cấu trúc hóa học cơ bản là –Ala-Gly- Pro-Arg-Gly-4Hyp-Gly-Pro [7]

Hầu hết Gelatin thương mại có khối lượng phân tử từ 15000 đến 250000 đvc, thường thì Gelatin có khối lượng phân tử từ 50000 đến 70000 đvc [7],[8]

Gelatin cũng giống như những phân tử protein khác, thành cấu trúc chính của Gelatin là chuỗi polypeptid lớn và phức tạp với thành phần amino acid giống như Collagen.Có 18 loại amino aicd khác nhau: Glycine, Alanine, Valine, Leucine, Isoleucine, Serine, Threaonine, Methionine, Aspartic acid, Glutamic acid, Lysine, Hydroxylysine, Arginine, Histidine, Phenylalanne, Tytrosine, Prolin, Hydroxyl proline [7]

Bảng 1 3 Tỷ lệ phần trăm các nguyên tố có trong gelatin [8]

1.3.2 Tính chất vật lý

Gelatin thương mại ở dạng tinh khiết, khô, không mùi, không vị, cứng, giòn, màu vàng rất nhạt đến hổ phách, trong suốt, có độ ẩm từ 9-12% và tỉ trọng 1,3-1,4 [7] Gelatin là một thực phẩm, không phải là phụ gia thực phẩm nên không có giới hạn sử dụng Tính chất gelatin phụ thuộc vào pH, nguyên liệu thu nhận, nhiệt độ, nồng độ, thời gian và

Bảng 1 4 So sánh gelatin từ da cá với gelatin từ động vật [8]

Khối lượng phân tử nhỏ

Mạch polypeptid ngắn

Độ Bloom thấp

Nhiệt độ tạo gel thấp (8-100C)

Hàm lượng proline và hydroxyproline thấp

Khối lượng phân tử lớn Mạch polypeptid dài

Độ Bloom cao Nhiệt độ tạo gel cao (30- 350C) Hàm lượng proline và hydroxyproline cao

1.3.3.2 Độ nhớt

Độ nhớt cũng quan trọng như khả năng tạo gel và cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, lẫn nồng

độ [8] Độ nhớt tỉ lệ thuận với nồng độ dung dịch và tỉ lệ nghịch với nhiệt độ Dưới

200C, dung dịch sẽ tồn tại ở dạng gel (ngoại trừ nồng độ quá thấp) Trong khoảng

20-350C, dung dịch vừa tồn tại ở dạng gel vừa tồn tại ở dạng dung dịch nhớt hoặc ở dạng chất lỏng có độ nhớt không ổ định Trên 350C, các phân tử gelatin trở nên rời rạc, cho

dù có tăng nồng độ gelatin trong dung dịch thì chúng vẫn không liên kết với nhau.[7],[8]

1.3.3.4 Tính lưỡng tính

Gelatin là một protein điển hình, có khả năng hoạt động như một acid hay một base Tính chất lưỡng tính là do các nhóm cacboxyl (- COOH) thể hiện tính acid, và nhóm amin ( -NH2) thể hiện tính kiềm được tạo ra trong suốt quá trình thủy phân Một cách

10

tổng quát gelatin tồn tại trong dung dịch dưới dạng lưỡng cực +NH3 - CH2-COO- Do vậy, gelatin là một protein điện ly lưỡng tính.[8]

1.3.3.4 Tính hòa tan của gelatin

Gelatin tan một phần trong nước Gelatin khô sẽ phồng lên hay ngậm nước khi khuấy ở trong nước ( hỗn hợp không chứa quá 34% gelatn) Ở nhiệt độ 400C gelatin và với thời gian là 30 phút, gelatin sẽ hòa tan hoàn toàn tạo thành dung dịch đồng nhất Mức độ hòa tan của gelatin phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ và kích thước phân tử.[8]

1.3.4.2 Gelatin trong dược phẩm

Gelatin được sử dụng trong sản xuất bao con nhộng cứng hay mềm Nó có tác dụng bảo

vệ thuốc chống những tác nhân có hại như ánh sáng và oxi Thành phần chính của vỏ

1.3.5.2 Công nghệ sản xuất Gelatin

- Ngâm muối với nguyên liệu nhằm là rửa sạch các tạp chất bẩn, tẩy mỡ, máu, mùi

tanh, cắt đứt các mạch polypeptide của collagen thành các đoạn peptide ngắn Tạo điều kiện cho quá trình trích ly được dễ dàng, hiệu suất thu hồi gelatin cao

- Ngâm vôi là bước xử lý kiềm đối với nguyên liệu, tác dụng của kiềm làm cho tổ

chức nguyên liệu mềm mại và loại bỏ các chất hữu cơ như: Albumin, Mucin, sắc tố

- Nấu gelatin là bước làm cho collagen biến thành keo dưới tác dụng của nhiệt Trước

hết là đem nguyên lệu đã được xử lý cho vào nước đun nóng ở nhiệt độ nhất định, Collagen từ từ tách ra thành dung dịch keo

- Dung dịch sau khi nấu có thể dùng vải lọc qua để loại bỏ lớp da dư thừa Nếu yêu

cầu chất lượng keo cao thì có thể dùng phương pháp lắng đọng

- Dung dịch sau khi đã xử lý ở trên cho vào các khay kim loại (khay inox hay khay

nhôm) kích thước không nhất định, thường chiều sâu là 1-1,5cm, chiều rộng 25- 30cm là thích hợp.[8]

1.4 Tổng quan về Curcumin

12

1.4.1 Cấu trúc hóa học và các đặc tính hóa lý của curcumin

(A) Cur (B) DMC (C) BDMC

Hình 1 4 Ba thành phần chủ yếu trong curcuminoid [11]

Cấu trúc của curcuminoid (C21H20O6) được xác định lần đầu tiên vào năm 1910 (Kazimierz Kostanecki, J Miłobedzka and Wiktor Lampe) Curcuminoid là những dẫn xuất diaryl heptan gồm Cur, DCM, BDCM.Chúng là những hợp chất phenolic, hầu hết các dẫn xuất đều khác nhau nhóm thế trên gốc phenyl Hợp chất chiếm chủ yếu và được nghiên cứu nhiều nhất là cur (khoảng 77%), tiếp theo là DMC (17%) và BDMC (3%) [10],[12] Cur tinh khiết rất hiếm và đắt trong khi DCM và BDCM vẫn chưa có trên thị trường Các thành phần này có cấu trúc hóa học khác nhau nên cũng có màu sắc và tính chất hóa học khác nhau

Hình 1 5 Công thức hóa học chung của curcuminoid [12]

1.4.2 Tính chất vật lý

Cur từ nghệ có dạng bột màu vàng cam huỳnh quang, không mùi, bền với nhiệt độ,không bền với ánh sáng Nhiệt độ nóng chảy 180 ÷ 1850C Khi ở dạng dung dịch cur dễ bị phân hủy bởi ánh sáng và nhiệt độ, tan trong chất béo, etanol, metanol, diclometan, aceton, acid acetic vàhầu như không tan trong nước ở môi trường acid hay trung tính (độ tan

<10mg ở250C) Tan trong môi trường kiềm tạo dung dịch màu đỏ máu rồi ngã tím, tan trong môi trường acid có màu đỏ tươi [13],[14]

13

1.4.3 Tính chất hóa học

1.4.3.1 Sự điện ly

Trong môi trường pH< 1, cur có màu đỏ thể hiện trạng thái proton hóa H4A+ Ở pH từ 1

÷7, hầu hết các diferulyl methane ở dạng trung hòa H3A, có khả năng hòa tan rất thấp

và dung dịch có màu vàng Ở pH > 7.5, màu dung dịch chuyển sang đỏ Giá trị hằng số phân ly pKa của 3 proton dạng acid của cur (dạng H2A-, HA2, A3- ) được xác định tương ứng là 7.3, 8.5 và 9 [17]

1.4.3.2 Phản ứng cộng với H 2

Trong hợp chất cur có chứa các hydrocarbon chưa no, do đó có khả năng tham gia phản ứng cộng một, hai hoặc ba phân tử H2 tạo thành các dẫn xuất dihydrocurcumin, tetrahydrocurcumin và hexahydrocurcumin [12]

Hình 1 6 Phản ứng cộng hydro của curcumin [12]

1.4.3.3 Phản ứng tạo phức với kim loại

Phức kim loại bao gồm ion kim loại trung tâm liên kết với các phân tử khác bằng liên kết cộng hóa trị Curcuminoid với cấu trúc β – diceton trong môi trườngacid hay trung tính nằm dưới dạng hỗ biến ceton – enol đối xứng và ổn định, làm cho curcuminoid có khả năng tạo phức với nhiều ion kim loại khác: Mn2+, Fe2+, Cu2+, Ga3+,… [15],[17]

14

1.4.3.4 Phản ứng amin hóa

Cur là hợp chất diceton nên có thể cho phản ứng với các amin bậc nhất (RNH2), semicarbazid (NH2NHCONH2), hydroxylamin (NH2OH), hydrazin (NH2-NH2)… để tạo thành các dẫn xuất amin tương ứng [14]

1.4.4 Ứng dụng của curcumin

1.4.4.1 Hoạt tính chống oxy hóa

Gốc tự do là các chất phản ứng mạnh, được tạo ra khi cơ thể chúng ta thu nhận khí oxy hoặc chuyển hóa thức ăn để tạo ra năng lượng Bản thân các gốc tự do góp phần vào quá trình lão hóa tự nhiên của cơ thể Tuy nhiên, nếu số lượng gốc tự nhiên quá nhiều có thể gây tổn thương các tế bào lành và thậm chí có thể là nguyên nhân chính dẫn đến một số bệnh như ung thư, xơ cứng động mạch, làm suy yếu hệ thống miễn dịch gây dễ bị nhiễm trùng, làm giảm trí tuệ, teo cơ quan bộ phận người cao niên [16]

Theo các nhà nghiên cứu, gốc tự do hủy hoại tế bào theo diễn tiến sau đây: trước hết, gốc tự do oxy hóa màng tế bào, gây trở ngại trong việc thải chất bã và tiếp nhận thực phẩm, dưỡng khí; rồi gốc tự do tấn công các ty lập thể, phá vỡ nguồn cung cấp năng lượng Sau cùng, bằng cách oxy hóa, gốc tự do làm suy yếu kích thích tố, enzym khiến

cơ thể không tăng trưởng được Để hạn chế hoạt động của gốc tự do người ta dùng chất chống oxy hóa [11], [17]

Curcuminoid là hợp chất tự nhiên có khả năng chống oxy hóa Nó có khả năng ngăn cản

sự tạo thành gốc tự do như superoxide, hydroxyl Ngăn cản sự peroxide hóa các lipid trong cơ thể nhờ vào nhóm OH trên vòng bezen [11]

Curcumin được dùng trong điều trị HIV nhờ khả năng chống lại virus Dịch trích cồn của nghệ còn có tác dụng kháng khuẩn [11]

Dịch trích cloroform và ether của nghệ có khả năng kháng nấm gây viêm da Hỗn hợp các cur, DCM và BDCM còn có thể kháng giun

15

1.4.4.2 Hoạt tính chống đông máu

Sự kết tụ của các tiểu huyết cầu trong máu sẽ gây ra hiện tượng đông máu Cur có khả năng ngăn cản hoạt động của enzym cyclooxyenase tạo thêm tiểu huyết cầu, nên cur có tác dụng chống đông máu [11]

1.4.4.3 Ngăn cản và điều trị ung thư

Cur có khả năng ức chế sự tạo khối u, tác động đến hầu hết các giai đoạn của quá trình hình thành và phát triển khối u [11]

1.4.4.4 Trong công nghiệp thực phẩm

Cur đã được các tổ chức FDA ở Mỹ, Canada và EU cho phép sử dụng làm chất màu (mã

số E100) để tạo màu vàng hay vàng cam cho nước giải khát, pho mát, cà ri, mù tạt… Liều lượng sử dụng cho phép là 0 ÷ 0.5mg/kg thể trọng

1.5 Giới thiệu về Acid acetid

Giấm ăn là dung dịch acid acetic CH3COOH có nồng độ 2- 5%, thu được sau khi lên men rượu Etylic Để sản xuất acid acetic, người ta có thể đi từ những nguồn nguyên liệu khác nhau, bằng các phương pháp khác nhau như: phương pháp tổng hợp, phương pháp hoá học gỗ, phương pháp vi sinh [18]

1.5.1 Tính chất vật lý acid acetic

Acid acetic CH3-COOH là chất lỏng không màu, có vị chua và tan hoàn toàn trong nước Khi đun nóng, acid acetic có thể hòa tan một lượng nhỏ photpho và lưu huỳnh.Tan tốt trong xenlulozo và nitroxenlulozo [18]

1.5.2 Tính chất hóa học của acid acetic

Nguyên tử hydro trong nhóm cacboxyl có thể cung cấp một proton H+, làm chúng có tính chất acid, tuy nhiên, acid acetic là một acid yếu thuộc nhóm acid monoprotic Dung dịch có nồng độ mol 1 M (giấm ăn trong gia đình) có độ pH là 2.4, tức chỉ có 0.44 % phân tử acid acetic bị phân ly Acid acetic lỏng là dung môi phân cực với hằng số điện

ly khoảng 6.2 Nó có khả năng hòa tan các hợp chất không phân cực như dầu, các nguyên

tố lưu huỳnh, iot và các dung môi phân cực như nước, chloroform, hexan Acid acetic CH3-COOH (etanoic) là một acid hữu cơ, mạnh hơn acid cacbonic Nó được tào thành