Tiến Sĩ Nghiên cứu biến tính tinh bột bằng một số tác nhân hóa học và ứng dụng

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
NĂM 2012

MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
DANH MỤC CÁC K HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iii
DANH MỤC CÁC ẢNG . v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii
MỤC LỤC x
MỞ ĐẦU . 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3
1.1. Giới thiệu chung về tinh bột . 3
1.2. Cấu trúc của tinh bột 5
1.3. Một số tính chất của tinh bột 7
1 1. Tính chất vật lý 7
1 2. Tính chất hóa học 9
1.4. Một số phương pháp biến tính tinh bột 11
1.4.1. Một số phương pháp biến tính bằng phương pháp vật lý . 11
1.4.1.1. Biến tính bằng hồ hóa sơ bộ . 11
1.4.1.2. Xử lý nhiệt ẩm 12
1.4.1 Phân huỷ cơ học 12
1.4.2. Phương pháp biến tính bằng enzym . 13
1.4.3. Biến tính tinh bột bằng một số tác nhân hóa học . 14
1.4 1. Ete hóa tinh bột . 14
1.4.3.2. Tạo liên kết ngang . 15
1.4 . Cation hóa . 18
1.4 4. Este hoá tinh bột . 20
1.4.3.5. Biến tính tinh bột bằng axit . 31
1.4 6. Oxy hoá tinh bột . 40
1.4.3.7. Biến tính tinh bột bằng axit acrylic và crylamit . 48
1.5. Tình hình nghiên cứu biến tính tinh bột trong nước . 58

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM . 61
2.1. Nguyên liệu, hoá chất 61
2.2. Dụng cụ, thiết bị và phương pháp nghiên cứu . 62
2 Phương pháp tiến hành . 67
2.3.1. Tiến hành phốt phát hóa 67
2.3.2. Tiến hành biến tính bằng axit 69
2.3.3. Tiến hành oxi hóa tinh bột bằng hypoclorit . 70
2.3.4. Tiến hành trùng hợp ghép: . 72
2 5. Các hằng số ghép 73

CHƯƠNG 3 . KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 75
3.1. Phốt phát hóa tinh bột bằng natri hydrophotphat . 75
3.1.1. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng . 75
3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ . 76
3.1.3. Ảnh hưởng của pH . 77
3.1.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol photphat/glucozơ 77
3.1.5. Ảnh hưởng của độ thế tới các tính chất của tinh bột photphat monoeste 78
.1.6. Đặc trưng lý hoá của tinh bột photphat monoeste . 85
3.1.6.1. Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) . 85
3.1.6.2. Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) . 86
3.2. Th y phân tinh bột bằng axit 88
3.2.1. Ảnh hưởng của loại axit . 88
3.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ axit/tinh bột 92
3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng . 93
3.2.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước/tinh bột . 94
3.2.5. Ảnh hưởng của tác nhân trung hoà 95
3.2.6. Nghiên cứu quá trình tinh chế sản phẩm đạt tiêu chuẩn dược dụng . 96
3.2.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy lên độ nhớt của sản phẩm . 97
3.2.8. Cấu trúc và tính chất nhiệt của tinh bột biến tính bằng axit 98
3.2.8.1. Hình thái học . 98
3.2.8.2. Giản đồ phân tích nhiệt . 100
3.2.8.3. Nhiễu xạ tia X . 101
3.2.8.4. Phân bố kích thước hạt . 102
3.2.9. Thử nghiệm chế tạo viên nén . 103
3.3. Oxy hoá tinh bột bằng natri hypoclorit . 106
3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng 106
3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng clo hoạt động . 108
3.3.3. Ảnh hưởng của pH . 111
3.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột . 113
3.3.5. Một số đặc trưng lý hoá của tinh bột oxy hoá . 113
3.3.5.1. Hình thái học bề mặt . 113
3.3.5.2. Nhiễu xạ tia X . 115
3.3.5.3. Phân tích nhiệt vi sai quét (DSC) . 116
3.3.5.4. Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) . 117
3.3.5.4. Phân bố kích thước hạt . 119
6. Hồ sợi . 120
3.4. Biến tính bằng axit acrylic và acrylamit . 122
3.4.1. Biến tính bằng axit acrylic 122
3.4.1.1. Ảnh hưởng của thời gian 122
3.4.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ 123
3.4.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh bột: monome 124
3.4.1.4. Ảnh hưởng của chất khởi đầu . 125
3.4.2. Biến tính bằng acrylamit 127
3.4.2.1. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng 127
3.4.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 128
3.4.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ monome AM . 129
3.4.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào KPS . 129
3.4.2.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ pha lỏng/tinh bột . 130
.4.2.6. Các đặc trưng hoá lý . 131
3.4.2.7. Xử lý nước thải bằng T ghép theo phương pháp keo tụ 138
KẾT LUẬN CHUNG . 142
CÁC CÔNG T ÌNH Đ CÔNG 144
TÀI LIỆU THAM KHẢO 145

MỞ ĐẦU
Tinh bột là polysaccarit được tìm thấy trong các loại, hạt, c , quả của các loại cây trồng. Nó là nguồn nguyên liệu có khả năng tái tạo và gần như vô tận. Tinh bột cùng với protein và chất béo là một thành phần quan trọng bậc nhất trong chế độ dinh dưỡng của loài người cũng như nhiều loài động vật khác.
Ngoài ra, tinh bột còn là một trong những nguyên liệu, rẻ tiền, được ứng dụng rộng rãi cho nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp giấy, thực phẩm, dệt [1] bởi những tính chất đặc trưng ưu việt của nó [2]. Tuy vậy, tinh bột tự nhiên vẫn còn hạn chế nhiều tính chất nên chưa đáp ứng được những mục đích sử dụng khác nhau trong nhiều lĩnh vực như không tan trong nước lạnh, mất độ nhớt và giảm khả năng làm đặc sau khi nấu. Ngoài ra, sự thoái hóa xảy ra sau khi mất sự sắp xếp cấu trúc trên tinh bột hồ hóa, mà kết quả là sự tách nước trong hệ thống thực phẩm chứa nhiều tinh bột . [ ]. Do vậy, việc biến tính tinh bột được quan tâm rất lớn nhằm cải thiện tính chất của nó đáp ứng nhu cầu sử dụng. Có rất nhiều phương pháp biến tính tinh bột khác nhau được chia thành nhiều lĩnh vực như: vật lý, hóa học, enzym. Việt Nam là một nước nông nghiệp, tinh bột rất dồi dào, trong đó tinh bột sắn rất được quan tâm phát triển. Tuy vậy, ch yếu sử dụng ở dạng nguyên liệu thô chưa biến tính, giá thành rẻ. Do vậy, cần phải biến tính để đáp ứng các nhu cầu kỹ thuật và mục đích sử dụng khác nhau.
Xuất phát từ thực tế này, đề tài “Nghiên cứu biến tính tinh bột bằng một số tác nhân hóa học và ứng dụng” nhằm biến đổi cấu trúc, tính chất vật lý, kỹ thuật để mở rộng khả năng ứng dụng của tinh bột sắn, thông qua đó nâng cao giá trị cho vật liệu này.
Với nội dung nghiên cứu bao gồm:
- Biến tính tinh bột bằng phương pháp phốt phát hóa và thử nghiệm trong thực phẩm. Trong đó nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ, nồng độ, thời gian, pH, hàm lượng tinh bột .
- Biến tính tinh bột sắn bằng axit, nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng và thử nghiệm làm tá dược.
- Oxy hóa tinh bột sắn bằng natri hypoclorit, nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ, nồng độ, thời gian, pH, hàm lượng tinh bột ứng dụng thử nghiệm hồ vải.
- Biến tính bằng phương pháp ghép axit acrylic và acrylamit lên tinh bột và thử nghiệm trong xử lý nước.
* Đóng góp của luận án:
Lần đầu tiên ở Việt Nam đã tổng hợp được tinh bột phốt phát hóa làm cơ sở xây dựng quy mô pilot chế tạo vật liệu sạch sử dụng trong thực phẩm.
Đã chế tạo ra tinh bột có trọng lượng phân tử thích hợp bằng phương pháp th y phân ở quy mô pilot có chất lượng đáp ứng yêu cầu dược điển. Sản phẩm đã được sử dụng làm tá dược có chất lượng tốt.
Đã oxi hóa tinh bột bằng natri hypoclorit (sản phẩm phụ của nhà máy hóa chất Việt trì) tạo ra sản phẩm trung gian chế tạo AMS và hồ sợi.
Đã ghép tinh bột sắn bằng các monome ưa nước là phương pháp mới đang được quan tâm hiện nay, tạo ra sản phẩm mới sử dụng cho quá trình keo tụ xử lý nước cho kết quả tốt và có khả năng phân h y sinh học.