HYDROXYPROPYL CELLULOSE và ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

BÀI TIỂU LUẬN
HOẠT CHẤT BỀ MẶT

ĐỀ TÀI: HYDROXYPROPYL CELLULOSE VÀ
ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM

GVHD: TS.PHAN NGUYỄN QUỲNH ANH
SVTH: LƯƠNG HUỲNH KHOA 19139063

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2022


MỤC LỤC

MỤC LỤC

1

DANH MỤC HÌNH ẢNH

4

DANH MỤC BẢNG BIỂU

5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HYDROXYPROPYL CELLULOSE

7

1.1.Tên gọi hydroxypropyl cellulose

7

1.2. Định nghĩa hydroxypropyl cellulose

7

1.3. Cấu trúc hydroxypropyl cellulose

7

1.4. Quá trình sản xuất

8

1.5. Chức năng sử dụng của hydroxypropyl cellulose

9

1.6. Độc tính và tác dụng phụ:

9

1.7. Tiêu chuẩn chất lượng của hydroxypropyl cellulose
CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA HYDROXYPROPYL CELLULOSE

10
14

2.1. Độ tan

14

2.2. Nhiệt độ nóng chảy

14

2.3. Tạo gel và tác dụng với với các thành phần khác:

14

2.4. Tính hút ẩm:

16

2.5. Tính phân hủy:

16

2.6. Độ ổn định và tương tác với các chất khác:

16

2.7. Độ nhớt

18

2.8. Giá trị HLB của hydroxypropyl cellulose:

21

2.9. Độ căng bề mặt:

21
1


2.10. Đốt cháy:

22

2.11. Tính dẻo nhiệt và sự hình thành màng:

22

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA HYDROXYPROPYL CELLULOSE TRONG
LĨNH VỰC THỰC PHẨM

23

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

25

TÀI LIỆU THAM KHẢO

26

2


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 : Cấu trúc hóa học của Hydroxypropyl cellulose

7

Hình 1. 2: Mơ tả quy trình sản xuất hydroxypropyl cellulose (HPC)

8

Hình 2. 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt của dung dịch HPC

17

Hình 2. 2: Đường cong dòng chảy cho mẫu HPC với M = 1,15×106 g / mol và các nồng
độ khác nhau (g / dL) trong nước ở 25 °C

18

Hình 2. 3: Đường cong dòng chảy của dung dịch nước HPC với M = 8×104 g / mol và
các nồng độ khác nhau (g / dL) trong nước ở 25 °C

18

Hình 2. 4: Độ nhớt cụ thể như một hàm của C×[η] cho HPC có trọng lượng phân tử khác
nhau và nồng độ trong dung dịch nước ở 25 °C

19

Hình 2. 5: Minh họa sự giảm sức căng bề mặt và bề mặt của dung dịch nước có chứa
HPC

20

Hình 3. 1: Bột hydroxypropyl cellulose

22

Hình 3. 2: Ứng dụng hydroxypropyl cellulose trong bánh hamburger

23

Hình 3. 3: Ứng dụng hydroxypropyl cellulose trong kem làm bánh

23

DANH MỤC BẢNG BIỂU
3


Bảng 1. 1: Chỉ tiêu hóa lý (theo TCVN 11921-5:2017)
Bảng 1. 2: Các thơng số hóa lý

9
10

4


LỜI MỞ ĐẦU
Xưa người sống gần với nông nghiệp chăn nuôi , thực phẩm được sản xuất tại chỗ để
cung ứng nhu cầu. Họ ăn thực phẩm tươi không pha trộn từ rau trái , động vật. Chỉ khi
nào dư thừa thực phẩm, muốn để dành thì họ mới nghĩ đến chuyện phơi , ướp. Mà các
chất để ướp cũng giản dị như muối , đường , một vài loại men hoặc dùng các phương
pháp làm khô. Ngày nay , nếp sống đô thị phát triển , dân chúng tập trung đông hơn ở
thành phố , các trung tâm công nghiệp , thực phẩm được chuyên chở từ xa xôi nên cần
được giữ gìn sao cho khỏi hư thối . Rồi để cạnh tranh , nhiều thực phẩm được thêm các
chất làm tăng dinh dưỡng , hương vị , màu sắc Đó là các chất phụ gi . Phụ gia thực phẩm
là các chất được bổ sung thêm vào thực phẩm để bảo quản hay cải thiện hương vị và bề
ngoài của chúng. Sử dụng chất phụ gia hợp lý theo đúng quy định sẽ giúp cho thực phẩm
ngon hơn, đẹp mắt hơn, giữ được lâu hơn mà vẫn đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Chất phụ gia đã đóng góp vai trị quan trọng để làm thực phẩm phong phú , cất giữ an
toàn lâu ngày. Ngày nay , có nhiều loại phụ gia thực phẩm được nghiên cứu , sản xuất
nhằm ứng dụng vào việc bảo quản chất lượng và độ tươi của các nguyên vật liệu trong
chế biến món ăn. Một trong những phụ gia an toàn và được sử dụng rộng rãi là các dẫn
xuất của Cellulose. Như chúng ta đã biết, Cellulose là một chất hữu cơ tồn tại rất nhiều
trong tự nhiên và là thành phần chính cấu tạo nên tế bào thực vật. Hợp chất này là một
nguyên liệu để sản xuất phụ gia ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và nhiều lĩnh vực
khác.
Dẫn xuất Cellulose gồm nhiều chất Methyl Cellulose, Hydroxylpropyl Cellulose,
Hydroxyl Methyl Cellulose, Methyl Cellulose , Carboxyl Methyl Cellulose. Những dẫn
xuất của Cellulose được ứng dụng rất nhiều trong thực phẩm , với bản chất là chất hữu cơ
bản tổng hợp nên chúng không gây hại cho sức khỏe, bên cạnh đó cịn góp phần tăng giá
trị cảm quan cho sản phẩm thực phẩm. Em chọn đề tài tìm hiểu “Hydroxypropyl cellulose
và ứng dụng trong thực phẩm ” nhằm cung cấp những thông tin về Hydroxypropyl
Cellulose được sử dụng phổ biến trong thực phẩm, để hiểu rõ hơn và ứng dụng hợp lý

cho từng sản phẩm.
5


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HYDROXYPROPYL CELLULOSE
1.1.Tên gọi hydroxypropyl cellulose
- Hydroxypropyl cellulose cịn được gọi là Xenlulozơ, 2-hydroxypropyl
ete; oxypropyl hóa cellulose; Hyprolose.
- Chỉ số quốc tế: E463
1.2. Định nghĩa hydroxypropyl cellulose
-

Hydroxypropyl cellulose là một ether của cellulose trong đó một số nhóm
hydroxyl của cellulose đã được hydroxypropyl hóa tạo thành các nhóm
-OCH2CH (OH) CH3.

-

Mã CAS: 9004-64-2

1.3. Cấu trúc hydroxypropyl cellulose
Ete hydroxypropyl có cơng thức hóa học chung là:
[C6H7O2(OH)x(OCH2CHOHCH3)y(OCH2CH[R]w(CH3)z]n
Trong đó:
Mức độ thay thế (DS): x + y + z = 3;
Thay thế số mol (MS): y + z (1+ w)≤4,6;
R là một nhóm thế với số nhóm w hydroxypropoxyl
Khối lượng phân tử:
Đơn vị cấu trúc không thể: 162,14
Đơn vị cấu trúc có mức độ thế bằng 3: 336,37

Đại phân tử: từ khoảng 30 000 (n khoảng 100) đến khoảng 106 ( n có giá trị
khoảng 2500)
-

Hydroxypropyl cellulose (HPC) là một chất bột màu trắng có trọng lượng phân
tử trung bình (MW) ~ 1.000.000 g / mol, và cơng thức hóa học của nó là
(C12O10R6)n. HPC là một polyme khơng ion.

-

Số lượng nhóm hydroxyl được thay thế trung bình trên một đơn
vị glucose được gọi là mức độ thay thế (DS).
6


-

Thay thế hoàn toàn sẽ cung cấp DS là 3.

-

Bởi vì nhóm hydroxypropyl được thêm vào có chứa nhóm hydroxyl, nhóm này
cũng có thể được ete hóa trong q trình chuẩn bị HPC. Khi điều này xảy ra, số
mol của nhóm hydroxypropyl trên mỗi vịng glucose, số mol của chất thay thế
(MS), có thể cao hơn 3.

Hình 1. 1 : Cấu trúc hóa học của Hydroxypropyl cellulose
1.4. Q trình sản xuất
Hydroxypropylcellulose được sản xuất bằng phản ứng của cellulose kiềm với
thuốc thử 1,2-propylene oxide ở nhiệt độ và áp suất cao. Phản ứng có thể được

thực hiện trong dung mơi hữu cơ hoặc trong lượng dư thuốc thử. Vì HPC có điểm
đơng tụ và kết bơng trong nước (> 40-45 ° C ). Chất này có thể được làm sạch
bằng nước nóng. Trong bước làm sạch, các sản phẩm khơng mong muốn như muối
và ete không mong muốn sẽ được Quá trình tinh chế là điều cần thiết để đạt được
trạng thái của thực phẩm, đòi hỏi 99,5% HPC tinh khiết.

7


Hình 1. 2: Mơ tả quy trình sản xuất hydroxypropyl cellulose (HPC)
1.5. Chức năng sử dụng của hydroxypropyl cellulose
- Là một phụ gia thực phẩm, hydroxypropyl cellulose được sử dụng làm chất ổn
định nhũ tương, chất nhũ hóa, chất tạo màng, chất keo bảo vệ, chất tạo huyền phù
hoặc chất làm đặc trong thực phẩm, cũng có thể được sử dụng làm chất kết dính
trong thực phẩm chức năng.
- Lacrisertis là một công thức của hydroxypropyl cellulose được sử dụng cho nước
mắt nhân tạo.
- Nó được sử dụng để điều trị các hội chứng đặc trưng bởi sản xuất nước mắt
khơng đủ (keratoconjuncunch viêm sicca), xói mịn giác mạc tái phát, giảm độ
nhạy giác mạc, tiếp xúc và viêm giác mạc thần kinh, và như một chất bôi trơn cho
mắt nhân tạo.
1.6. Độc tính và tác dụng phụ:
a. Độc tính với gen:

8


Cấu trúc hóa học của xenlulo chưa biến tính và đã biến đổi không cho thấy bất
kỳ cảnh báo và khơng có dấu hiệu nào về độc tính gen đối với bất kỳ chất nào
trong số này trong một số nghiên cứu về độc tính gen in vitro và in vivo.

b. Độc tính mãn tính và gây ung thư:
Theo Ý kiến được thông qua bởi Hội đồng FEEDAP, các nghiên cứu về độc
tính mãn tính cho thấy sự chậm phát triển đối với một số loại cellulose đã được
biến đổi hầu hết ở mức liều lượng cao nhất. Khơng có dấu hiệu cho thấy tác
dụng gây ung thư đối với tất cả các hợp chất được thử nghiệm.
c. Kết luận về độc tính của hydroxypropyl cellulose:
Hội đồng FEEDAP đồng ý với cách tiếp cận của Hội đồng ANS rằng, mặc dù
bộ dữ liệu có sẵn cho các loại xenluloza khác nhau là không đầy đủ và hầu hết
các nghiên cứu đã cũ và không đáp ứng các yêu cầu hiện tại về thử nghiệm độc
chất, hóa lý, cấu trúc, Các điểm tương đồng về sinh học và động học giữa các
loại xenlulo đã được biến đổi làm cho nó có thể áp dụng phương pháp đọc qua
giữa các loại xenlulo khác nhau. Nhìn chung, thơng tin có sẵn cho phép kết
luận rằng celluloses có mức độ độc hại thấp.
d. Tác dụng phụ:
Sự an tồn và khơng có tác dụng phụ của HPC được sử dụng làm phụ gia thực
phẩm đã được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA), Cơ
quan An toàn Thực phẩm Châu Âu (EFSA), Ủy ban Chuyên gia FAO / WHO
về Phụ gia Thực phẩm (JECFA) phê duyệt , cũng như các cơ quan chức năng
khác.
1.7. Tiêu chuẩn chất lượng của hydroxypropyl cellulose
Chỉ tiêu cảm quan
Chỉ tiêu cảm quan (theo TCVN 11921-5:2017)
Dạng bột xơ hoặc dạng hạt, gần như không mùi, màu trắng hoặc trắng đục, hút ẩm
nhẹ.

9


Chỉ tiêu hóa lý
Bảng 1. 1: Chỉ tiêu hóa lý (theo TCVN 11921-5:2017)

TÊN CHỈ TIÊU
1.Hàm lượng nhóm hydroxypropoxy (-OCH2CHOCH3), % khối

MỨC
80,5a)

lượng tính thoe chất khơ, khơng lớn hơn.
2.Hao hụt khối lượng sau khi sấy, % khối lượng, không lớn hơn.

10,0

3.pH (dung dịch pha lỗng 1:100 phần khối lượng/thể tích)

Từ 5,0 đến 8,0

4.Hàm lượng tro sulfat, %khối lượng, không lớn hơn

0,5

5.Hàm lượng chì, mg/kg, khơng lớn hơn

2,0

6.Hàm lượng các propylen chlorohydrin,mg/kg, khơng lớn hơn

0,1

a)

Tương đương với khơng lớn hơn 4,6 nhóm hydroxypropyl trên

mỗi đơn vị anhydroglucose
Các thơng số hóa lý:
Các thơng số và tính chất hóa lý Hydroxypropylcellulose có các thơng số sản phẩm
và các đặc tính vật lý và hóa học sau đây :
• Bề ngồi: màu trắng đến trắng xám hoặc màu kem đến bột dạng hạt hoặc sợi thơ
màu hơi vàng nhạt;
• Trọng lượng phân tử cho các sản phẩm được quy định (25 ° C)
-

Độ nhớt thấp:.

Loại A: 200-600 mPas (ở 10% conc.) MW 80000 g mol-1
Loại B: 75-150 mPas (ở 5% con.c) - MW 95 000 g mol-1
Độ nhớt trung bình:.
Loại C: 150-400 mPas (ở 5% con.c) MW 140000 g mol-1
Loại D: 150-400 mPa s (ở 2% conc.) MW 370000 g mol-1
-

Độ nhớt cao :

Loại E: 4000-6500 mPas (ở 2% con.c) MW 850000 g mol-1
Loại F: 1500-3000 mPas (ở 1% con.c) MW 1150 000 g mol-1
10


Bảng 1. 2: Các thơng số hóa lý
STT

Chỉ tiêu

1

Hàm lượng tro (Na, SO)

2

Độ ẩm
Giá trị pH (dung dịch 1% ở

3
4

5

6

20°C)
Mức độ thay thế (thay thế
theo mol, đo bằng mol)
Khả năng hịa tan trong
nước

Khả năng hịa tan trong
dung mơi hữu cơ

Giá trị
≤ 0,2% (không
chứa silica)
≤ 5%

5,0-8,0
3,4-4,4
dung dịch trong và
mịn ở nhiệt độ dưới
38°C
hịa tan dễ dàng
trong nhiều dung
mơi phân cực để tạo
ra dung dịch trong
và mịn

7
8
9
10
11
12
13
14
15

Nhu cầu oxy sinh học
(BODs)
Mật độ khối
Làm mềm nhiệt độ
Nhiệt độ cháy
So với trọng lượng riêng
(dung dịch 2% ở 30 ° C)
Chỉ số khúc xạ (dung dịch
2%)

Độ ổn định pH
Điểm đóng băng
Sức căng bề mặt (ở 20°C)
của dung dịch 0,1%

14000 ppm
500 gl-1
100-150 ° C
450-500°C
1,010 g cm-1
1.337
2-11
0°C
44 mN m-1

11


16

17

Sức căng bề mặt (ở 25°C)

12,5 mN m-1 (dyne

của dung dịch 0,1% trong

cm) (so với giá trị

nước so với tinh chế dầu

của nước là 31,6

khoáng
Giá trị tạo bọt trong dung

mN m-1)

dịch

0,334 lkg-1

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA HYDROXYPROPYL CELLULOSE
2.1. Độ tan
Trương nở trong nước, tạo dung dịch từ trong đến trắng đục, nhớt, keo.
Không tan trong ethanol.
Tan trong ete.
Giá trị MS xác định độ hòa tan của vật liệu trong dung mơi nước và dung mơi hữu cơ. Do
đó, HPC sẽ đạt độ hòa tan tốt trong nước khi MS là ≈ 4.
Độ hòa tan của hydroxypropyl xenluloza trong hỗn hợp rượu và nước phụ thuộc vào
thành phần của hỗn hợp đối với độ cồn của nó. Việc nghiện rượu vào dung dịch nước
HPC thường dẫn đến tăng độ nhớt và tăng điểm keo tụ (nhiệt độ tại đó HPC kết tủa). Lý
do cho điều này là khả năng hòa tan của HPC trong dung môi hữu cơ được cải thiện. Ở
nồng độ cồn cao trong dung dịch (ít nhất 45% thể tích etanol, metanol hoặc propylen
glycol), dung dịch HPC có thể được làm nóng đến điểm sơi. Trong các hệ thống này,
HPC không kết tụ mà chuyển qua giai đoạn có độ nhớt tối đa ở khoảng 50-70 ° C. Độ hịa
tan tốt nhất và do đó hiệu quả làm đặc lớn nhất đạt được với hỗn hợp EtOH- nước.
2.2. Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ nóng chảy: 190-195˚C

Nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh: 120˚C
12


2.3. Tạo gel và tác dụng với với các thành phần khác:
Mặc dù có sự tương đồng với hydroxypropyl methyl cellulose nhưng hydroxypropyl
cellulose khơng tạo gel khi đun nóng.
Nhiệt độ trên 40-45 độ C dẫn đến HPC từ dung dịch nước có tự tách pha và hình thành
chất trương nở hoặc kết tủa dạng cục. Kết tủa và keo tụ hồn tồn thuận nghịch ( đảo
ngược bằng q trình làm mát). Sự hiện diện của chất khác trong HPC có thể làm ảnh
hưởng mạnh đến nhiệt độ keo tụ. Tuy nhiên, khơng thể tạo gel.
Khi hịa tan HPC trong hỗn hợp rượu-nước có chứa ít nhất 45% metanol hoặc etanol,
dung dịch có thể được đun đến sơi mà HPC khơng bị kết tủa.
Hydroxypropylcellulose có khả năng tương thích cao với các chất khác.
HPC tương thích với hầu hết các hudrocolloid tự nhiên và nước tổng hợp.
HPC tương thích với hầu hết các hydrocolloid tự nhiên và các polyme tổng hợp hòa tan
trong nước.
Khả năng chống chịu tốt của hydroxypropylcellulose được tìm thấy với methylcellulose
(MC), natri-carboxymethylcellulose (Na-CMC), hydroxyethylcellulose (HEC), guar gum,
gelatine, natri alginate, kẹo cao su đậu châu chấu và natri caseinat. Hơn nữa, HPC có thể
được sử dụng trong các công thức được bảo quản bằng các chất bảo quản được thực
phẩm phê duyệt sau đây: natri benzoat, natri propionat, metyl và propyl hydroxybenzoat,
và axit sorbic và các muối kali, natri và canxi của nó.
Khả năng tương thích với các chất hóa dẻo như propylene glycol và glycerol, cùng với
các đặc tính dẻo nhiệt tốt của HPC, đặc biệt là thuận lợi trong các quy trình ép đùn và đúc
nóng. Bằng cách bổ sung chất bôi trơn trong công thức, khả năng bám dính vào bề mặt
của máy được giảm thiểu. Stearates và lecithin thích hợp nhất cho sản xuất thực phẩm.
Tương tác có thể xảy ra giữa chất hoạt động bề mặt và HPC. Khơng có quy tắc hoặc cơ
chế chung nào cho nó. Bằng cách thay thế bằng các nhóm hydroxypropyl, HPC phân tử
là chất béo hơn các ete xenlulozơ tan trong nước khác. Điều này làm cho nó tương thích

13


với một số lượng lớn các chất hoạt động bề mặt anion, cation, khơng ion và lưỡng tính.
Với một số chất hoạt động bề mặt dạng ion (ví dụ như natri và amoni lauryl sulfat), điểm
keo tụ của HPC có thể được tăng lên.
Đối với chất hoạt động bề mặt không ion, hiệu ứng này không được quan sát thấy. Khi
sử dụng các dung mơi đã biết, HPC có thể được xử lý bằng các polyme không tan trong
nước như zein, shellac hoặc ethylcellulose. Màng và lớp phủ làm từ hỗn hợp không đồng
nhất này được đặc trưng bởi vẻ ngồi đồng nhất và chất lượng rất tốt.
2.4. Tính hút ẩm:
Giống như hầu hết các chất hòa tan trong nước, hydroxypropylcellulose hấp thụ độ ẩm từ
khí quyển hoặc mơi trường. Lượng nước hấp thụ phụ thuộc vào độ ẩm tương đối và nhiệt
độ của môi trường. Hàm lượng nước tối đa của tất cả các loại HPC là 5%; nó thường là
từ 2% đến 3%. Nên bảo quản vật liệu trong bao bì kín và trong mơi trường khơ ráo để
tránh tăng độ ẩm. Về cơ bản, HPC có ái lực thấp với nước. Ở bất kỳ độ ẩm tương đối
nhất định (RH) nào, nó có độ ẩm tương đương thấp hơn so với hầu hết các polyme hòa
tan trong nước khác. Hàm lượng môi chất cân bằng của HPC ở 50% RH và 23 ° C là 4%.
Ở cùng nhiệt độ, nó tăng lên 12%, nếu khơng khí xung quanh có RH là 84%.
2.5. Tính phân hủy:
Các nghiên cứu dài hạn đã chỉ ra rằng độ ổn định phân tử của HPC được xác định đáng
kể bởi trọng lượng phân tử ban đầu và các điều kiện bảo quản. Các loại có độ nhớt thấp
và trung bình vẫn giữ được 97% độ nhớt ngay cả sau ba năm bảo quản ở nhiệt độ phòng
khi tiếp xúc thường xuyên với khơng khí xung quanh. Các sản phẩm HPC có độ nhớt cao
dễ bị hao hụt độ nhớt theo thời gian bảo quản. Trong năm đầu tiên, độ nhớt giảm khoảng
10% và sau hai năm, độ dày có thể mất 20%. Có thể tăng độ ổn định bằng cách bảo quản
HPC ở nhiệt độ phòng, nhưng hiếm khi để HPC tiếp xúc với môi trường. Khuyến nghị
'kiểm tra lại' (đo độ nhớt) sau 12 tháng khi sử dụng hydroxypropylcelluloses chuỗi dài và
sau đó lặp lại kiểm tra này sau khoảng thời gian ba tháng, để ngăn chặn sự thay đổi chất
lượng trong ứng dụng cuối cùng do có thể bị suy giảm độ nhớt.

14


2.6. Độ ổn định và tương tác với các chất khác:
Tính ổn định của hydroxypropylcellulose chống lại các thay đổi liên quan đến quá trình
của nhiệt độ, giá trị pH và lực cắt cao. Trong điều kiện bình thường, thực phẩm không bị
suy giảm độ nhớt hoặc chức năng. Như với hầu hết các polyme, với nhiệt độ tăng độ
nhớt của chất tan giảm. HPC cho thấy phản ứng mạnh hơn với sự gia tăng nhiệt độ, ví
dụ, metylcellulose, HPMC hoặc CMC. Nếu nhiệt độ tăng khoảng 15 ° C - 20 đến 35 °C,
độ nhớt của HPC giảm một nửa, bất kể nồng độ polyme và số mol của nó.
Sự giảm độ nhớt tỷ lệ thuận với logarit với sự gia tăng nhiệt độ lên đến khoảng 40-45 ° C,
khi đạt đến điểm kết tủa hoặc kết bông. Kết tủa từ dung dịch nước là hoàn toàn thuận
nghịch và bằng cách làm lạnh dưới 40 ° C, dung dịch đồng nhất với độ nhớt ban đầu cụ
thể được hoàn ngun. Hiện tượng kết tủa có thể nhìn thấy khi xuất hiện độ đục trong
dung dịch. Ngoài ra, độ nhớt giảm đáng kể được đo. Dung dịch tách ra - HPC nổi lên
như một polyme cực kỳ trương nở. Quá trình chuyển đổi từ trạng thái khơng phân giải
sang trạng thái kết bông diễn ra đối với hydroxypropylcellulose mà không tạo gel.
Cách mà HPC kết tủa từ các dung dịch nước sau khi nhiệt độ tăng lên phụ thuộc vào:
• Trọng lượng phân tử của polyme;
• Sự hiện diện của đường, polyelectrolytes và các chất hịa tan trong nước khác;
• Ứng dụng thêm lực cắt.
Độ ổn định cao nhất chống lại lực cắt được tìm thấy đối với các loại HPC trọng lượng
phân tử thấp ở ứng suất cắt thấp. Hydroxypropyl cellulose là một polyme hoạt động trên
bề mặt. Trong các dung dịch nước, đo được sự giảm mạnh của sức căng bề mặt. Tác
dụng mạnh hơn của methylcellulose và ít nhất có thể so sánh với HPMC.
Do đó, HPC hoạt động như một chất nhũ hóa và chất tạo bọt trong hỗn hợp nhiều pha
như nhũ tương dầu trong nước và chất tạo bọt. Liều lượng cần thiết thấp (0,01- 0,5%
HPC). Thông qua việc bổ sung rượu lauryl và rượu octyl vào nước dung mơi, có thể

15

ngăn chặn sự hình thành bọt khơng mong muốn trong quá trình xử lý cắt (khuấy, đồng
nhất, bơm).
Là một phân tử trung tính, hydroxypropylcellulose rất ổn định về độ pH. HPC hịa tan
khơng thay đổi độ nhớt của nó trong phạm vi pH 2-11. Đối với các nhu cầu bảo quản lâu
trong mơi trường rất axit hoặc kiềm, polyme có thể bị phân hủy khi có tác nhân oxy hóa
(peroxit, xút). Bằng chứng về sự suy thoái của chuỗi xenlulo là sự mất độ nhớt đáng kể.
So với các chất keo hydro khác và các dẫn xuất cellulose, hydroxypropylcellulose có độ
ổn định cao hơn chống lại sự thủy phân gây ra về mặt hóa học và sinh học. Khi ánh sáng,
oxy và enzym có thể bị loại trừ, các dung dịch HPC pha sẵn có pH 6-8 rất bền ở nhiệt độ
thấp.
2.7. Độ nhớt

Hình 2. 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt của dung dịch HPC
Độ nhớt của HPC trong dung dịch nước:
Ở nhiệt độ không đổi, độ nhớt của dung dịch đẳng hướng HPC một mặt phụ thuộc vào
nồng độ, khối lượng phân tử của polyme và dung môi, và mặt khác vào điều kiện cắt.
Trong quá trình chảy, dung dịch HPC bán pha lỗng 0,1 g / dL hoạt động như một chất
lỏng Newton (Hình 2.7.1), độ nhớt (η) không phụ thuộc vào tỷ lệ cắt ( γ -), bao gồm
phạm vi cao γ- (lên đến . 1000 giây-1). Bằng cách tăng nồng độ trên 0,3 g / dL, cao
16


nguyên Newton chỉ hiện diện ở tốc độ cắt thấp khi thời gian giãn của các đại phân tử bị
biến dạng ngắn hơn thời gian đặc trưng của dòng, giữ cho cấu trúc tổng thể của dung dịch
ở trạng thái đẳng hướng. Tại tốc độ cắt cao hơn, các đại phân tử khơng có thời gian để
thư giãn hồn tồn và chúng có xu hướng định hướng dọc theo hướng dòng chảy, dẫn đến
hành vi phi Newton với độ nhớt phụ thuộc vào tốc độ cắt. Hành vi của dòng chảy có thể
được quan sát từ độ nhớt hoặc ứng suất cắtso với tốc độ cắt. Đối với HPC có trọng lượng

phân tử thấp hơn, cao nguyên Newton được quan sát cho một phạm vi nồng độ lớn hơn
(Hình 2.7.1). Hành vi phi Newton xuất hiện khoảng 20 g / dL với độ nhớt phụ thuộc vào
tốc độ cắt chỉ trên 100 s-1. Theo quan sát đầu tiên, các dung dịch bán pha hoạt động như
một chất lỏng Newton.

Hình 2. 2: Đường cong dòng chảy cho mẫu HPC với M = 1,15×106 g / mol và các
nồng độ khác nhau (g / dL) trong nước ở 25 °C

Hình 2. 3: Đường cong dòng chảy của dung dịch nước HPC với M = 8×104 g / mol
và các nồng độ khác nhau (g / dL) trong nước ở 25 °C
17


Hình 2. 4: Độ nhớt cụ thể như một hàm của C×[η] cho HPC có trọng lượng phân tử
khác nhau và nồng độ trong dung dịch nước ở 25 °C
Bây giờ chúng ta thử phân biệt trạng thái của các đại phân tử trong dung dịch, xem chúng
có bị vướng víu hay khơng. Hình 2.8.3 cho thấy sự phụ thuộc của độ nhớt cụ thể,ηsp, đối
với dung dịch nước HPC ở 25 °C là một hàm của nồng độ giảm khơng thứ ngun,
C×[η], cung cấp một chỉ báo về tổng thể tích mà polyme chiếm giữ. Hình này kết hợp dữ
liệu thu được từ máy đo độ nhớt mao quản với dữ liệu thu được thông qua các phép đo
lưu biến. Dữ liệu thực nghiệm mô tả hai phụ thuộc tuyến tính được giới hạn bởi nồng độ
giảm chồng chéo (C×[η])chồng lên nhau = 2,4. Dưới giới hạn này, các giải pháp HPC
hoạt động như một chuỗi cô lập trong q trình xử lý,ηsp thay đổi tuyến tính với C× [η].
Trên giá trị này của nồng độ chồng chéo (trạng thái đạt được bằng cách tăng C hoặc M),
ηsp quy mơ như (C×[η])4. Trong vùng này, các đại phân tử tương tác cả về mặt động học
và động lực học và chúng ở trạng thái vướng víu. Các chuỗi tạo thành một mạng lưới vật
lý tạm thời, có thể đảo ngược, dẫn đến độ nhớt tăng mạnh.
Từ biểu đồ thể hiện trong Hình 2.7.3 , chúng ta có thể ước tính trạng thái của dung dịch
HPC (khơng bị vướng hoặc bị vướng) bằng cách xác định độ nhớt Newton đầu tiên
18

(trong điều kiện tốc độ cắt thấp) ở một nồng độ nhất định. Độ nhớt nội tại có thể được
tính toán từ sự phụ thuộc Mark-Houwink được báo cáo cho HPC trong các dung dịch
nước ở 25°C:15 [η] = 3,47 ×10−5M 0,88 (dL / g)
2.8. Giá trị HLB của hydroxypropyl cellulose:
Hydrophillic-lipophillic balance (HLB) được gọi là chỉ số cân bằng ưa nước – ưa dầu,
thang đo giá trị HLB nằm trong khoảng từ 1 – 20.
Hydroxypropyl cellulose là chất hoạt động bề mặt khơng ion, có giá trị HLB cao, rơi vào
khoảng 10.0-11.25
2.9. Độ căng bề mặt:
Hydroxypropylcellulose là một polyme hoạt động trên bề mặt.
Dung dịch nước làm giảm đáng kể sức căng bề mặt.
Do đó, HPC hoạt động như một chất trợ giúp trong cả quá trình tạo nhũ và đánh bơng.
Những đặc tính này, cùng với tác dụng tạo keo, cho phép nó thực hiện một vai trị kép
trong các hệ thống sau:
• Nhũ tương dầu trong nước - chất ổn định và chất trợ nhũ hóa;
• Hệ thống tạo bọt - chất ổn định và chất trợ đánh bơng;

Hình 2. 5: Minh họa sự giảm sức căng bề mặt và bề mặt của dung dịch nước có chứa
HPC

19


Tất cả các loại độ nhớt về cơ bản đều có tác dụng giống nhau và nồng độ HPC thấp tới
0,01% tạo ra mức giảm sức căng bề mặt gần như tối đa. Sức căng bề mặt thấp của các
dung dịch gốc nước có chứa HPC có xu hướng thúc đẩy sự tạo bọt và hút khí. Nếu điều
này xuất hiện vấn đề, có thể sử dụng chất chống tạo bọt khơng hịa tan trong nước và nên
thêm vào nước trước khi chuẩn bị dung dịch. Chất khử bọt được đề xuất là các sản phẩm

loại silica, rượu lauryl và rượu octyl và hỗn hợp dầu, axit béo, sáp và chất tạo bề mặt
không ion. Nồng độ thường nằm trong khoảng 25-200 ppm.
2.10. Đốt cháy:
Hydroxypropylcellulose có đặc tính liên kết tuyệt vời. Nó đặc biệt là trong các ứng dụng
kỹ thuật thường được sử dụng như một chất kết dính tạm thời. Ví dụ bao gồm gốm sứ,
lớp phủ hoặc men, vật liệu chịu lửa và sản phẩm kim loại được sơn tĩnh điện. Polyme
HPC được làm bay hơi hoặc cháy khơng có cặn ở nhiệt độ cao ít nhất là 250-500°C trong
mơi trường ơxy hóa, khử hoặc trơ. Hàm lượng tro cực thấp của HPC và hồn tồn khơng
có cặn hữu cơ sau quá trình đốt cháy đảm bảo rằng sản phẩm hầu như khơng có chất gây
ơ nhiễm sau khi xử lý nhiệt.
2.11. Tính dẻo nhiệt và sự hình thành màng:
Nói chung Hydroxypropylcellulose là một polyme nhiệt dẻo thích hợp cho tất cả các q
trình kéo dài và tạo hình nóng. Tính dẻo nhiệt khơng phụ thuộc vào khối lượng phân tử
đối với chiều dài chuỗi xenlulozơ. HPC tạo thành các màng rất linh hoạt, ổn định và bền
khi làm khô khỏi dung dịch nước. Màng không bị dính, ngay cả ở độ ẩm cao. Chúng tạo
thành một rào cản vĩnh viễn đối với dầu và chất béo. Ngồi ra, các màng có thể được hàn
kín hoặc hàn nóng do đặc tính nhiệt dẻo của HPC.

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA HYDROXYPROPYL CELLULOSE TRONG
LĨNH VỰC THỰC PHẨM
Các ứng dụng trong thực phẩm:
20


Hydroxypropyl cellulose là một polysaccharide bán tổng hợp, thành phần chính của nó là
thành tế bào của cây xanh và tảo. Trong thương mại nó có thể được điều chế từ gỗ đã
được propyl hóa. Nó tạo ra một loại bột ái nước, khi hòa tan sẽ tạo thành một gel nhớt
trong, được sử dụng như một chất làm dày, chất độn, chất chống vón cục và chất nhũ hóa
trong nhiều loại thực phẩm. Được sử dụng trong kẹo cao su, ngũ cốc, thịt được xử lý
nhiệt, món tráng miệng từ sữa, món tráng miệng từ trái cây, hỗn hợp ca cao, các công

thức giảm cân và nước điện giải.
Thức ăn nấu sẵn
HPC bảo quản độ tươi ngon cho bánh hamburger, pizza, gà và các loại thực phẩm khác
bằng cách xịt lên bề mặt của những thực phẩm này trước khi nấu. Và nó có thể nhanh
chóng tan rã trong vịng 3 phút trong q trình nấu nướng.

Hình 3. 1: Bột hydroxypropyl cellulose

Hình 3. 2: Ứng dụng hydroxypropyl cellulose trong bánh hamburger

21


Hình 3. 3: Ứng dụng hydroxypropyl cellulose trong kem làm bánh
Chất ổn định
HPC hoạt động như một chất ổn định trong kem và sữa đông lạnh để kéo dài thời gian
bảo quản và cải thiện tình trạng tràn; Nó được sử dụng như một lớp phủ cho sô cô la và
ngăn chặn sơ cơ la bị mềm, oxy hóa và nấm mốc khi bảo quản trong nhiệt độ đơng lạnh.
Nó cũng được sử dụng để ổn định các sản phẩm thực phẩm rời. Nó rất tốt trong việc tạo
bọt và hoạt động tốt với các loại dầu thực vật.

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
Nhìn chung, với các chức năng chính là cải tạo cấu trúc như: làm đông, làm đặc, tạo gel,
ổn định hệ nhũ tương,... và nhiều chức năng khác. Hydroxypropyl cellulose được sử dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong lĩnh vực thực phẩm, nhằm cải tạo tính chất
của các sản phẩm thực phẩm. Trong thực phẩm hydroxypropyl cellulose có thể kết hợp
với các thành phần khác trong thực phẩm để tạo cấu trúc mong muốn và được ứng ăn liền
22

vv. Sử dụng nhiều trong các sản phẩm như : kem , bánh mỳ , bánh bích quy , sữa , mì ăn
liền,..

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

TCVN 11921-5:2017 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/F4 Gia vị và phụ

gia thực phẩm biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa
học và Công nghệ công bố;
[2]

Cellulose and Cellulose Derivatives in the Food Industry by Tanja Wuestenberg

pp.319-342, 2014.
[3]

Safety and efficacy of hydroxypropyl cellulose for all animal species, 2020

[4]

Viscosity of hydroxypropyl cellulose solutions in non-entangled and entangled states

by Maria Bercea and Patrick Navard, 2018.
[5]

Re-evaluation of celluloses E 460(i), E 460(ii), E 461, E 462, E 463, E 464, E 465,

E 466, E 468 and E 469 as food additives, 2018.

23