Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc của vật liệu hút nước tinh bột - polyacrylic acid

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC BÁN CÔNG TÔN ĐỨC THẮNG
ĐỀ TÀI:
TỔNG HP VÀ NGHIÊN
CỨU CẤU TRÚC CỦA VẬT
LIỆU HÚT NƯỚC TINH
BỘT –POLYACRYLIC ACID
Chuyên ngành: Vật Liệu Hữu Cơ
Mã số ngành: 23.00
Luận văn Kỹ sư Công nghệ hoá học
Người hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN CỬU KHOA
CN. TRẦN NGỌC QUYỂN
Sinh viên thực hiện: ĐẶNG THỊ HIỀN
TP. HỒ CHÍ MINH - 2005
1. Đầu đề Đồ án tốt nghiệp
Lên men rượu bưởi
2. Nhiệm vụ (u cầu về nội dung và số liệu ban đầu):
- Khảo sát ngun liệu bưởi.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến q trình lên men rượu.
- Tối ưu q trình lên men rượu.
- Bước đầu đánh giá đánh giá sơ bộ chất lượng sản phẩm.
3. Ngày giao đồ án tốt nghiệp: 01/04/2009
4. Ngày hồn thành nhiệm vụ: 24/06/2009
5. Họ tên người hướng dẫn Phần hướng dẫn
1/ …T.S Nguyễn Thúy Hương …………………………………………
2/ …………………………………… …………………………………………
Nội dung và u cầu LVTN đã được thơng qua Bộ mơn.
Ngày tháng năm 20
CHỦ NHIỆM BỘ MƠN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn!
Thầy Nguyễn Cửu Khoa đã hướng dẫn em trong suốt thời gian qua để hoàn
thành luận văn tốt nghiệp.
Anh Trần Ngọc Quyển và các anh, chò đã tận tình hướng dẫn và hết lòng giúp đỡ
cho em trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Ban chủ nhiệm Khoa Hoá cùng q thầy, cô Trường ĐHBC Tôn Đức Thắng đã
giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và làm luận văn.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC KTCN TPHCM
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO – HẠNH PHÚC
KHOA : MT và CNSH
BỘ MƠN: CNSH
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHÚ Ý: SV phải dán tờ này vào trang thứ nhất của bản thuyết minh
HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN THỊ BÉ MSSV: 105111005
NGÀNH : CƠNG NGHỆ SINH HỌC LỚP: 05DSH
PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MƠN
Người duyệt (chấm sơ bộ): ………………………
Đơn vị:……………………………………………
Ngày bảo vệ:………………………………………
Điểm tổng kết:……………………………………
Con xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ba, Mẹ và các anh chò, em trong gia đình đã
động viên và giúp đỡ con trong thời gian qua.
MỞ ĐẦU
Thời tiết luôn ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của ngành nông nghiệp. Do
ảnh hưởng của nạn phá rừng, hiệu ứng nhà kính, tốc độ phát triển tăng nhanh của các
khu công nghiệp, khí hậu trên trái đất bò thay đổi dẫn đến lũ lụt xảy ra thường xuyên,
hạn hán kéo dài, gây thiếu nước nghiêm trọng, làm cho ngành nông-lâm nghiệp gặp

nhiều khó khăn. Đặc biệt là đời sống đồng bào miền trung và dân vùng cao bò đe doạ.
Từ các vấn đề trên, việc tìm ra các giống mới có khả năng chòu hạn là vấn đề được
đặt ra hàng đầu, nhiều đề tài đã đi sâu nghiên cứu lónh vực này. Bên cạnh đó, do tập
quán của người dân thường sử dụng các giống cây truyền thống và đáp ứng được nhu
cầu cần có một loại vật liệu cung cấp nước cho cây mà không ảnh hưởng đến chất
lượng sản phẩm nông nghiệp và môi trường xung quanh. Vật liệu polymer hút nước
đã ra đời góp phần làm giảm lượng nước tưới cho cây, giữ độ ẩm cho đất, kéo dài thời
gian giữ nước cho cây, tăng năng suất cây trồng.
Nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất xuất phát từ dầu mỏ như acid acrylic,
polymer acrylamide, polymer có nối đôi ethylenic, polyvinyl alcohol hoặc các
copolymer của chúng với các tác nhân tạo liên kết ngang khác nhau và chúng được sử
dụng trong nhiều lónh vực: y tế, dược phẩm, tả lót và trong nông lâm nghiệp.
Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành tổng hợp và khảo sát một số đặc tính ảnh
hưởng đến khả năng hút nước của một số sản phẩm nhằm mục đích đưa ra điều kiện
tối ưu cho từng loại sản phẩm, nghiên cứu cấu trúc ghép của PAA với tinh bột, từ đó
đưa ra các phương pháp tổng hợp chung cho các phản ứng ghép giữa PAA với
cellulose, các dẫn xuất của cellulose, tinh bột và polyvinylacol
DANH MUẽC CAC Tệỉ VIET TAẫT
PAA: Polyacrylic acid
PVA: Polyvinyl alchol
PAM: Polyacrylamide
ASA: Acrylic-styren-acrylonitril
EMA: Ethylene-methacrylate
EEA: Ethylene-ethylacrylate
EBA: Ethylene-butylacrylate
CMC: Carboximethylcellulose
HEC: Hydroximethylcellulose
LAS: Linear alkylbenzen sulfonate
LES: Lauryl eter sulfate
BKC: Benzalkoniumchloride

MMA: Methyl methacrylat
DEG: Diethylenglycol
DAA: Diacrylat
NMR: Nuclear Magnetic Resonance
IR: Infva red
PPm: Part Per Million
DANH MỤC CÁC BẢNG
trang
Bảng 1: Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột lên khả năng hấp thụ nước của
vật liệu PAA- Tinh bột
Bảng 2: Ảnh của hàm lượng potasium persulfat lên khả năng hấp thụ
nước của vật liệu PAA- tinh bột
bảng 3: Ảnh hưởng của các loại tinh bột lên khả năng hấp thụ nước của vật
liệu PAA-tinh bột
Bảng 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp thụ nước của vật liệu PAA-
Tinh bột
Bảng 5: Ảnh hưởng của lượng NaOH lên khả năng hấp thụ nước của vật liệu
PAA-tinh bột
Bảng 6: Ảnh hưởng của các loại chất tạo liên kết ngang lên khả năng hấp thụ
Nước
Bảng 7: Phổ IR
Bảng 8: Phổ NMR
DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ
Sơ đồ 1: Quy trình tổng hợp vật liệu PAA- tinh bột
Hình 2.1: Hệ thống phản ứng tổng hợp vật liệu hấp thụ nước
Hình 1: Tinh bột
Hình 2: Vật liệu PAA-Tinh bột
Hình 3: Vật liệu PAA- Tinh bột đã hút nước
Đồ thò 1: Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột lên khả năng hấp thụ nước của
vật liệu PAA- Tinh bột

Đồ thò 2: Ảnh hưởng của hàm lượng potasium persulfat lên khả năng hấp thụ
nước của vật liệu PAA- tinh bột
Đồ thò 3: Ảnh hưởng của các loại tinh bột lên khả năng hấp thụ nước của vật
liệu PAA-tinh bột
Đồ thò 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp thụ nước của vật liệu PAA-
Tinh bột
Đồ thò 5: Ảnh hưởng của lượng NaOH lên khả năng hấp thụ nước của vật liệu
PAA-tinh bột
Đồ thò 6: Ảnh hưởng của các loại chất tạo liên kết ngang lên khả năng hấp thụ
Nước
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1
1.1. VẬT LIỆU HẤP THỤ NƯỚC 2
1.1.1. Thành phần cơ bản của vật liệu tổng hợp 2
1.1.2. Giới thiệu về acid acrylic 4
1.1.3. polyacrylic acid (PAA) 5
1.1.4. Tinh bột 8
1.1.4.1. Cấu tạo, tính chất amylose 9
1.1.4.2. Cấu tạo và tính chất amylopectin 11
1.1.4.3. Tính chất chức năng của tinh bột 12
1.1.4.4. Ứng dụng 18
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC ĐỀ TÀI 19
1.3. PHẢN ỨNG TẠO GỐC TỰ DO TRONG QUÁ TRÌNH GHÉP TẠO
COPOLYMER 21
1.3.1. Tạo gốc tự do bằng hoá chất (muối ceri, hydrogenperoxide) 21
1.3.2. Tạo gốc tự do bằng phản ứng quang hoá kết hợp với hoá chất 24
1.3.3. Tạo gốc tự do bằng phản ứng quang hoá 24
1.4. Phương pháp và nội dung nghiên cứu 25

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 26
2.1. HOÁ CHẤT, THIẾT BỊ 27
2.1.1. Hoá chất 27
2.1.2. Thiết bò 27
2.1.3. Hệ thống phản ứng tạo vật liệu 28
2.2. TỔNG HP VẬT LIỆU PAA- TINH BỘT 28
2.2.1. Phương pháp tổng hợp 28
2.2.2. Quy trình tổng hợp 29
2.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến độ hấp thụ nước của vật liệu
PAA- tinh bột 29
2.3. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG HẤP THỤ NƯỚC VÀ
THỜI GIAN PHÂN HUỶ VẬT LIỆU 31
2.3.1. Phương pháp đo độ hấp thụ nước 31
2.3.2. Phương pháp do thời gian phân huỷ cấu trúc 31
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ – THẢO LUẬN 32
3.1. VẬT LIỆU PAA – TINH BỘT 33
3.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ nước của vật liệu
PAA- tinh bột 33
3.2. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VẬT LIỆU 39
3.2.1. Hình SEM 39
3.2.2. Phổ IR (bảng 1) 39
3.2.3. Phổ NMR ( bảng 2) 40
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 45
CHÖÔNG I
TOÅNG QUAN
1.1. VẬT LIỆU HẤP THỤ NƯỚC:
Vật liệu hấp thụ nước rất đa dạng, được chia thành 2 nhóm
 Vật liệu thiên nhiên:
Là các loại rơm rạ, bã mía, mùn cưa, vỏ lúa (trấu), thân các loại cây ngắn ngày
sau khi thu hoạch, các loại cỏ… là loại polymer thiên nhiên và các loại khoáng thiên

nhiên diatomit, bentonic… đều có khả năng hấp thụ hoặc trương nở. Các vật liệu này
có sẵn trong thiên nhiên, tuy nhiên hiệu quả giữ nước rất kém.
 Vật liệu tổng hợp:
+ Vật liệu vô cơ:
Gồm silicagel, Na
2
SO
4
, CaCl
2
… những vật liệu này có khả năng hút ẩm nhưng
không thể giữ một lượng nước lớn, và dễ gây ngộ độc cho cây trồng.
+ Vật liệu hữu cơ:
Có rất nhiều loại vật liệu hữu cơ có khả năng hút nước cao đã được tổng hợp và
thương mại hoá. Các hoá chất dùng để tổng hợp các loại vật liệu này phần lớn xuất
phát từ nguồn nguyên liệu dầu mỏ như acid acrylic, methacrylic, acrylamide, các
polymer polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcol (PVA) và một số ít polymer thiên
nhiên như tinh bột, cellulose. Nhiều công ty và các viện khoa học trên thế giới đã
nghiên cứu ra các loại vật liệu hút nước nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế của đời sống
như: các loại tả lót có thể tự hút nước dùng cho trẻ em, băng gạt dùng trong y tế và vệ
sinh cá nhân, vật liệu giữ nước cho đất để nâng cao năng suất cây trồng trong nông
nghiệp.
1.1.1. Thành phần cơ bản của vật liệu tổng hợp: [18]
Monomer: Chiếm từ 20-80% gồm:
+ Ester có chứa nối đôi vinyl của acid (meth)acrylic với các alcol mạch ngắn:
metyl(meth)acrylate, etyl(meth)acrylate, propyl(meth)acrylate.
+ Acid acrylic, methacrylic và muối của chúng với kim loại kiềm, acrylamide,
acrylonitril. Trong các loại vật liệu tổng hợp từ các loại monomer trên thì các muối
acid (meth)acrylic, acrylonitril thủy phân có khả năng hút nước rất cao. Tuy nhiên
acrylonitril là tác nhân có thể gây ung thư nên acid (meth)acrylic và muối của nó

được dùng nhiều nhất trong tổng hợp vật liệu hấp thụ nước.
Chất tạo liên kết ngang (crosslinker): 0.1-5% gồm những hợp chất ester, eter,
amide có từ hai nối đôi bất bão hoà trở lên như: N,N-methylenbisacrylamide,
ethylenglycol di(meth)acrylate, diethylenglycol di(meth)acrylate, triethylenglycol
di(meth)acrylate… hoặc các hợp chất hữu cơ đa chức như : ethylenglycol, glycerin,
butandiol, polyvinylalcol (PVA), tinh bột, cellulose và các dẫn xuất của cellulose.
Chất khơi mào gốc tự do (radical): thường dùng 0.01- 2%
+ Đối với phản ứng polyme hoá tạo vật liệu gồm các peroxide( benzoylperoxide,
ter-butylhydroperoxide), azobisbutyronitryl, K
2
S
2
O
8

+ Với các phản ứng copolymerr ghép, chất tạo gốc tự do trên 1 mạch polymer
nền(Polyvinyl alcol, tinh bột, cellulose ) thường dùng là các muối Ceri hoá trò 4 trong
môi trường acid (Ceric sufate tetrahydrate Ce(SO
4
)
2
.4H
2
O , amonium Ceric nitrate
(NH
4
)
2
Ce(NO
3

)
6
)

và các hệ phản ứng oxi-hoá khử như: MnO
2
-acid oxalic,
peroxydiphosphat-thioure, Fe
3+
- cystein
Chất làm đặc và chất để ghép tạo copolymerr: Tinh bột, Polyvinyl alcol, bột
cellulose và các dẫn xuất của nó như carboximethylcellulose (CMC),
hydroximethylcellulose (HEC).
Chất hoạt động bề mặt: Nonyl phenol, sorbitol monosterat, linear alkylbenzen.
sulfonate (LAS), lauryl eter sulfate(LES).
Chất khử mùi: Zeolite, than hoạt tính
Chất kháng khuẩn: Đối với vật liệu hấp thụ nước dùng trong tả lót, sản phẩm vệ
sinh cá nhân người ta thường cho thêm vào các chất kháng khuẩn, diệt khuẩn là các
muối amonium tứ cấp: benzalkoniumchloride(BKC), cetyltrimethy amonium chloride,
didecyldimethylamoniumcarbonate.
Tuy nhiên chất làm đặc, chất hoạt động bề mặt, chất độn, chất khử mùi và kháng
khuẩn có thể dùng hoặc không tùy điều kiện phản ứng và mục đích sử dụng của từng
loại vật liệu.
1.1.2. Giới thiệu về acid acrylic: [14], [20], [21]
 Công thức cấu tạo:
H
2
C =CH – COOH (acroleic acid; 2- propenoic acid)
 Tính chất:
Acid acrylic là chất lỏng không màu, có vò chua, mùi hăng, tan trong nước, alcol

và ête nhiệt độ sôi 140.9
o
C, nhiệt độ nóng chảy 12.1
o
C, d= 1.052. Khả năng polymer
hoá của acid acrylic rất cao, có thể gây nổ trong quá trình polymer hoá. Ở điều kiện
nhiệt độ thường (32-38
o
C) nó có khả năng tự polymer hoá nếu không có chất ổn đònh.
 Các phương pháp tổng hợp:
Acid acrylic được điều chế bằng 4 phương pháp: propylen,acetylene, ethylene,
ethylene oxide. Ngày nay chủ yếu là phương pháp từ propylen.
+ Tổng hợp từ propylene: Propylen được oxy hoá qua hai giai đoạn
O
2
/
320
C
o
H
2
C
CH CH
3
o
C
/
320
2
O

H
2
C
CH CHO
H
2
C CH
COOH
propylen
acrolein
acrylic acid
Do chi phí tạo nên propylene thấp nên nó được sử dụng như một nguồn nguyên
liệu lý tưởng cho tổng hợp acid acrylic.
+ Tổng hợp từ acetylen:
CH
CH
+
CO
+
H
2
O H
2
C
CH
COOH
Phản ứng được thực hiện trong dung môi tetrahydrofuran ở nhiệt độ khoảng
200
o
C, áp suất 6 -10 MPa và xúc tác Nickel bromide. Do acetylen quá đắt cho nên

hiện nay ít được sử dụng để thực hiện phản ứng này.
+ Tổng hợp từ ethylene:
Ethylen carbonmonoxide
Acid acrylic
H
2
C
CH
2
+
CO
+
H
2
O
H
2
C
CH
COOH

ThCl
2
FeCl
3
+ Tổng hợp từ ethylene oxide:

CH
2
CH

2

O
ethylene oxide
HCN
CH
2
CH
2
OH CN
ethylenecyanohydrin
H
2
O
CH CN
H
2
C
acrylonitril
H
2
O
NH
3
H
2
C
CH
COOH
acid acrylic

 Ứng dụng:
- Điều chế các ester (meth)acrylat dùng làm dung môi cho một số loại sơn, mực
in, nhuộm, monomer cho nhiều loại copolymerr, chất tạo liên kết ngang và chất trung
gian trong nhiều phản ứng tổng hợp hữu cơ.
- Điều chế polyacrylic (PAA) và các ester acrylat:

nH
2
C
CH
COOH
CH
2
CH
COOH
n
1.1.3. Polyacrylic acid (PAA):
 Tính chất:
Polyacrylic là polymer trong suốt, tan nhiều trong dung môi phân cực như
methanol, ethanol, ethyleneglycol, dioxan, dimethylformamide, methyl ethyl ceton,
nhưng không tan trong dung môi không phân cực như những hydrocacbon thơm,
hydrocacbon béo. Muối của kim loại hoá trò 1 và muối amoni của polymer này thường
tan được trong nước.
Polymer của acid acrylic và muối của nó thường cứng và dễ vỡ, PAA có những
phản ứng đặc trưng của acid carboxilic. Thông thường dung dòch polyacid có độ nhớt
thấp vì polymer thường cuộn chặt lại với nhau, nó bò oxi hoá rất ít. Khi ta thêm NaOH
thì càng nhiều nhóm carboxyl trở nên ion hoá, lực đẩy qua lại của điện tích làm cho
những sợi polymer duỗi ra và dẫn tới độ nhớt sẽ giảm vì sự ion hoá của polyacid giảm
so với lúc đầu và những sợi polymer bò cuộn chặt hơn [19]
 Các phương pháp tổng hợp:

PAA được tổng hợp theo nhiều phương pháp với mỗi phương pháp các tác giả
dùng một chất khơi mào riêng cho mỗi loại khối lượng phân tử và mục đích sử dụng
khác nhau. Để tổng hợp PAA có khối lượng phân tử cao.
Mishra đã polymer hoá AA với chất khơi mào NO
•
2
được tạo ra từ phản ứng nhiệt phân
Pb(NO
3
)
2
trong dung môi benzen [13]
Pb(NO
2
)
t
o
PbO
+
NO
2
+
O
2
2
2
1
/
2
Tác giả đề nghò cơ chế như sau:

- Khơi mào:
- Phát triển mạch:
- Kết thúc mạch:

M: acrylic acid
Phương pháp này đơn giản, polymer sạch, tuy nhiên không điều chỉnh được nhiệt
độ do có độ nhớt cao, sự thoát nhiệt kém, dẫn đến sự xuất hiện nhiệt cục bộ, không
đồng đều trong toàn khối. Khó khăn này khiến cho polymer có độ phân tán cao.
Ngoài phương pháp trên người ta còn dùng một số chất khơi mào như
benzoylperoxide (C
6
H
5
COO)
2
, potasiumpersulfat (K
2
S
2
O
8
), hydrogen peroxide (H
2
O
2
),
quá trình tạo gốc tự do và polymer hoá như sau:
K
2
S

2
O
8
S
2
O
8
2

2K
+
SO
4
+
nCH
2
CH
COOH
CH
2
CH
COOH
n
SO
4

+
CO
2
+

C
6
H
5
COO C
6
H
5
C
O
O O C
O
C
6
H
5
C
6
H
5
+
nCH
2
CH
COOH
CH
2
CH
COOH
n

C
6
H
5
COO
 Ứng dụng:
NO
2
+
M M
M
+
M M
n+1
M
n
+
M
m
polymer
PAA là polymer có khả năng chòu hoá chất, thời tiết, rắn chắc sau khi đònh hình,
nên có nhiều ứng dụng trong công nghiệp:
- Sản phẩm trùng hợp dạng rắn có màu trong suốt thường được dùng làm nguyên
liệu cho sản xuất các thiết bò như kính sát tròng, thiết bò y khoa, thiết bò quang học,
kính chiếu hậu, các loại nhựa trao đổi ion, các tấm panel dùng
ngoài trời trong xây dựng nhà cửa
- Sản phẩm trùng hợp dạng nhũ (keo sữa): kỹ thuật này cho polymer có trọng
lượng phân tử cao dùng rộng rãi trong những ứng dụng về sơn phủ bề mặt, trong công
nghiệp nhuộm, in ấn, dệt, tổng hợp vecni hoặc màng polymer kim loại có hoạt tính
sinh học với các kim lọai có tính kháng khuẩn, kháng nấm, khử mùi( Cu, Zn, Ag).

 Điều chế copolymerr:
Khi tạo copolymerr với acrylamide được dùng làm chất điều hoà đất chống xói
mòn (PAM) phổ biến hiện nay trong nông nghiệp, thu hồi dầu đòa chất trong các mỏ
dầu thô đang khai thác, khử muối và loại bỏ kim loại nặng trong xử lý nước, khai thác
quặng mỏ…
C O
NH
2
CH
2
= CH
C O
NH
2
CH
2
= CH
y
C O
O
-
Na
+
CH
2
= CH
Aninonic polyacrylamide
C O
O
-

Na
+
CH
2
= CH
+
x
Acrylamide Sodium acrylate
Đồng trùng hợp của acrylamide và sodium acrylamide tạo anionic PAM
Ngoài phản ứng tạo copolymer PAM, một số loại copolymer phổ biến khác của
monomer acrylic hoặc các ester của acrylic :
Acrylic-styren-acrylonitryl(ASA): có độ bóng cao, kháng va đập cao, chống chòu
thời tiết tốt và chòu đựng được nhiều loại dung môi hữu cơ, acid, kiềm. Được dùng
trong nhiều sản phẩm bảo hộ lao động, thiết bò thông tin liên lạc…
Ethylen-methacrylate(EMA): mềm dẻo, linh động thường gặp trong đóng gói
dược phẩm, găng tay
Ethylen-ethylacrylate(EEA): mềm dẻo ở nhiệt độ thấp, chòu nhiệt tốt nên được
dùng nhiều trong dây cáp điện…
Ethylen-butylacrylate(EBA): cứng ở nhiệt độ thấp, không giống như các
copolymer trên EBA có tính năng quang học kém. Được dùng trong bao bì thực phẩm
đông lạnh.
1.1.4. TINH BỘT: [5], [6], [21]
Trong thiên nhiên, tinh bột là hợp chất hữu cơ rất phổ biến và dồi dào. Người ta
thấy tinh bột có trong cây xanh, rễ, cành, hạt, củ và quả. Trong thời kỳ “ngủ” và nảy
mầm, tinh bột là chất dự trữ năng lượng cho cây.
Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng không hòa tan trong nước do đó
có thể tích tụ một lượng lớn ở trong tế bào mà vẫn không ảnh hưởng đến áp suất thẩm
thấu. Các hydratcarbon đầu tiên được tạo ra ở lục lạp do quang hợp, nhanh chóng
được chuyển thành tinh bột. Tinh bột ở mức độ này gọi là tinh bột đồng hoá, rất linh
động, có thể được sử dụng ngay trong quá trình trao đổi chất hoặc có thể được chuyển

thành tinh bột. Tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả, củ, rễ, thân và bẹ lá. Tinh bột có
nhiều trong các loại lương thực, do đó các loại lương thực được coi là nguyên liệu chủ
yếu để sản xuất tinh bột.
Hàm lượng tinh bột (%) tính theo trọng lượng khô trong một số loài thực vật như
sau: [6]
Loại tinh bột Hàm lượng tinh bột(%)
Khoai tây 84
Bột sắn 95
Lúa mì 75
Lúa 75
Hạt đậu (giai đoạn chín) 60-66
Ngô 75
Chuối 90
Đại mạch 75

 Thành phần hoá học của tinh bột:
Tinh bột không phải là hợp chất đồng thể mà gồm hai polysacharid khác nhau:
amylose (thường khoảng 20-30%) và amylopectin (thường khoảng 70-80%). Tỷ lệ
amylose so với amylopectin trong đa số tinh bột xấp xỉ 1/4. Thường trong tinh bột loại
nếp (gạo nếp, ngô nếp) gần như 100% là amylopectin, trái lại trong tinh bột đậu xanh,
dong riềng hàm lượng amylose chiếm khoảng 59%. Hiện nay người ta đã lai tạo được
loại ngô có thành phần amylose trong tinh bột chiếm tới 80%.
1.1.4.1. Cấu tạo, tính chất amylose:
 Cấu tạo của amylose:
Trong amylose, các gốc glucose được gắn vào nhau nhờ liên kết α(1,4)-glucoside
và tạo nên chuỗi dài bao gồm từ 200-2000 đơn vò glucose. Phân tử amylose có một
đầu khử và một đầu không khử.

O
OH

CH
2
OH
OH
H
O
H
O
O
OH
CH
2
OH
OH
O
H
O
OH
CH
2
OH
OH
H
O
H
Amylose của khoai tây có khối lượng phân tử trung bình là 400.000, trong khi đó
amylose của ngô và thóc nằm giữa 100.000 và 200.000.
Hàm lượng amylose của một số tinh bột:
Tinh bột Hàm lượng amylose(%)
Ngô 25-28

Lúa mì 20
Lúa 13-35
Khoai tây 23
Sắn 20
Dong riềng 38-41
 Tính chất của amylose:
a. Độ hoà tan:
Trong đa số trường hợp dung dòch amylose rất nhanh chóng tạo keo thậm chí
ngay cả khi ở nhiệt độ cao. Tốc độ tạo keo tụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thời gian,
nhiệt độ, PH, nồng độ và phương pháp hoà tan amylose.
Amylose hoà tan dễ dàng trong kiềm loãng. Điều đđáng chú ý là để hoà tan
amylose cần có một lượng kiềm tối ưu. Nồng độ cao hơn hoặc thấp hơn đều làm cho
amylose tạo ra keo.
b.Tính lưu biến:
Các phân tử amylose thường tuyến tính và đều đặn, do đó trong dung dòch, chúng
có khuynh hướng liên kết lại với nhau để tạo ra các tinh thể. Khi sự liên hợp xảy ra
với tốc độ tối thiểu thì amylose sẽ tạo ra khối không tan của các hạt đã thoái hoá, khi
tốc độ liên hợp cực đại thì dung dòch chuyển thành thể keo.
Ở nhiệt độ thường, keo amylose thường là một khối trắng đục không thuận
nghòch, không thấy có hiện tượng co. Nghiên cứu amylose bằng kính hiển vi, người ta
thấy chúng có cấu trúc hạt rõ rệt, chứng tỏ có tính không tan của tinh thể.
c. Phản ứng với iod:
Khi tương tác với iod, amylose sẽ cho phức màu xanh đặc trưng. Phản ứng này
đã được Shogmayer phát hiện vào năm 1812. Iod có thể coi là thuốc thử đặc hiệu để
xác đònh hàm lượng amylose trong tinh bột bằng phương pháp trắc quang. Để phản
ứng được với iod, phân tử amylose phải có dạng hình xoắn ốc. Các dextrin có ít hơn 6
gốc glucose không cho phản ứng với iod vì không tạo được vòng xoắn ốc hoàn chỉnh.
d. Khả năng tạo phức:
Amylose còn có khả năng tạo phức với rất nhiều các hợp chất hữu cơ có cực
cũng như không cực khác nhau như: các rượu no (izoamylic, butylic, izopropylic); các

rượu vòng, các phenol; các hydrocacbon thẳng và vòng; các dẫn xuất benzen có nhóm
alđehi; các nitroparafin…
Điều đáng chú ý là khi tạo phức với amylose, các chất tạo phức cũng
chiếm vò trí bên trong dọc theo xoắn ốc tương tự như iod. Điều lý thú là phức của
vitamin A với amylose thường bền và ít bò oxi hoá. Do đó người ta thường bảo vệ
vitamin A trong thuốc cũng như trong thức ăn gia súc bằng cách cho nó tạo phức với
amylose.
1.1.4.2. Cấu tạo và tính chất của amylopectin:
 Cấu tạo của amylopectin:
Phân tử của amylopectin còn lớn và dò thể hơn amylose nhiều. Cấu trúc phân tử
ngoài liên kết α(1,4)-glucoside, chính liên kết này tạo nên mạch nhánh của
amylopectin, chiều dài của chuỗi mạch nhánh có khoảng 20-30 đơn vò glucose.
Phân tử amylopectin chỉ có một đầu khử duy nhất ở mỗi nhánh.
O
OH
OH
H
O
H
CH
2
O
OH
CH
2
OH
OH
O
H
O

OH
CH
2
OH
OH
H
O
H
O
O
OH
CH
2
OH
OH
O
H
O
H
Phân tử amylopectin cũng tạo hình xoắn ốc với các dây nhánh hướng ra bên
ngoài. Tuy nhiên, sự phân nhánh tạo một chướng lập thể nên đường kính xoắn ốc của
amylopectin lớn hơn so với amylose.
Bằng phương pháp tán xạ ánh sáng người ta đã xác đònh được phân tử lượng của
một amylopectin vào khoảng 5.10
8
. Năm 1972, Greenwood đã xác đònh được phân tử
lượng của một số amylopectin như sau:
Loại amylopectin M.10
-6
Khoai tây 65

Sắn 110
Lúa mì 90
Đại mạch 95
Ngô nếp 35
Đậu 100
 Tính chất của amylopectin:
Do cấu trúc phức tạp nên amylopectin khó tan trong nước lã mà chỉ tan trong
nước nóng tạo thành dung dòch có độ nhớt cao và bền, không có hay có rất ít khuynh
hướng gây thoái hoá, amylopectin hấp thụ nước nhiều hơn và là thành phần chủ yếu
tạo sự trương phồng của hạt tinh bột.
Trong tinh bột ngoài amylose và amylopectin còn có một lượng polypeptit liên
kết hoá học với tinh bột. Khi thuỷ phân polypeptit này người ta thấy có chứa các acid
amin, có lẽ polypeptit này là chất khơi mào của sự sinh tổng hợp tinh bột.
1.1.4.3. Tính chất chức năng của tinh bột:
Tinh bột là chất rắn, màu trắng, ở dạng vô đònh hình không tan trong nước lạnh.
Trong nước nóng (từ 65
o
C) tinh bột phồng lên do hút nước và tạo một dung dòch keo
nhớt gọi là hồ tinh bột.
 Tính chất thuỷ nhiệt và sự hồ hoá tinh bột:
Khi hòa tan tinh bột vào nước do kích thước phân tử của tinh bột lớn nên các
phân tử nước sẽ xâm nhập vào giữa các phân tử tinh bột. Tại đây chúng sẽ tương tác
với nhóm hoạt động của tinh bột tạo ra lớp vỏ nước làm cho lực liên kết ở mắt xích
nào đó của phân tử tinh bột bò yếu đi, dẫn đến phân tử tinh bột bò xê dòch và bò trương
lên. Khi hoà tan tinh bột trong nước sẽ xảy ra các quá trình sau:
Hấp thụ nước qua vỏ
Ngưng tụ nước lỏng
Hydrat hóa và trương nở
Dung dòch
Phân tán

phá vỡ vỏ hạt, đứt liên kết các phân tử
Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ hydrat hoá
khác nhau thành dung dòch keo gọi là nhiệt độ hồ hoá. Dưới đây là khoảng nhiệt độ
hồ hoá của một số tinh bột:
Tinh bột ban Đầu (
o
C) T
o
trung bình (
o
C) T
o
cuối(
o
C)
Ngô 62 66 70
Ngô nếp 63 68 72
Thóc 68 74.5 78
Lúa mì 59.5 62.5 64
Hạt tinh
bột
Sắn 52 59 64
Khoai tây 58 62 66
Sự hồ hoá tinh bột cũng có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp trong môi trường kiềm.
Vì kiềm làm ion hoá từng phần do đó làm cho sự hydrat hoá phân tử tinh bột tốt hơn.
 Khả năng tạo hình của tinh bột:
+ Khả năng tạo màng:
Giống như các chất cao phân tử khác, tinh bột có khả năng tạo màng tốt. Để tạo
màng các phân tử tinh bột sẽ dàn phẳng ra, sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau
bằng liên kết hidro và gián tiếp qua phân tử nước. Có thể thu được màng từ dung dòch

phân tán trong nước. Màng thu được từ thể phân tán trong nước thường dễ dàng trương
ra trong nước.
Qua quá trình hồ hoá sơ bộ ở nồng độ thích hợp, sau đó cho rót tạo màng và bốc
hơi dần, khi các hạt tiếp xúc với nhau bắt đầu thể hiện lực cố kết. Các tính chất cơ lý
của màng sẽ phụ thuộc vào các hiện tượng xảy ra.
+ Khả năng tạo sợi:
Khi tinh bột đã hồ hoá cho qua bản có đục lỗ với kích thước lỗ thích hợp. Khi đùn
qua các lỗ này, chúng sẽ đònh hướng theo chiều của dòng chảy. Sau đó chúng được
đònh hình bằng nước nóng. Các phân tử đã được đònh hướng trong từng sợi sẽ tương
tác với nhau và với nước bằng cầu hidro để hình thành sợi. Tiếp tục nhúng vào bể
nước lạnh để các phân tử liên hợp lại với nhau, tạo nhiều cầu hidro hơn. Cuối cùng,
các sợi đó tiếp tục được gia nhiệt để khử nước cũng như để làm tăng lực cố kết và độ
cứng.
Ngoài khả năng tạo màng, tạo sợi chúng có khả năng tạo màng bao, tương tác
với một số chất khác như: tạo gel với protein, khả năng phồng nở của tinh bột.
 Biến hình tinh bột:
Trong thực tế sản xuất ứng với mỗi loại sản phẩm thường đòi hỏi một dạng tinh
bột hoặc một dẫn xuất tinh bột nhất đònh. Để có được những loại hình tinh bột phù
hợp người ta cần biến hình tinh bột. Mục đích của quá trình biến hình tinh bột nhằm:
cải biến các tính chất của sản phẩm; tăng giá trò cảm quan; tạo ra mặt hàng mới, sản
phẩm mới.
Dựa vào bản chất của phương pháp có thể phân loại các phương pháp như sau:
phương pháp biến hình vật lý; phương pháp biến hình hoá học;phương pháp biến hình
enzim.
+ biến hình vật lý:
- Trộn với chất rắn trơ:
Tinh bột có tính ái lực đối với nước nên hoà vào nước trực tiếp sẽ bò vón cục.
Nếu đem trộn nó với chất trơ sẽ làm cho các hạt tinh bột cách biệt nhau về vật lý, do
đó sẽ cho phép chúng hydrat hoá một cách độc lập và không kết lại thành cục.
- Biến hình bằng hồ hoá sơ bộ:

Dưới tác dụng của nhiệt độ, đúng hơn là tác dụng nhiệt ẩm sẽ làm đứt các liên
kết giữa các phân tử, làm phá hủy cấu trúc của hạt tinh bột khi hồ hoá, cũng như sẽ
tái liên hợp một phần nào đó các phân tử khi sấy sau này.
Tinh bột hồ hoá có những tính chất sau: trương nhanh trong nước; biến đổi chậm
các tính chất khi bảo quản; bền khi ở nhiệt độ thấp; có độ đặc và khả năng giữ nước,
giữ khí tốt.
Tinh bột sau khi hồ hoá sơ bộ được dùng nhiều trong công nghệ như: tránh tổn
thất các chất bay hơi trong bánh ngọt, giữ được chất béo và bảo vệ chất béo khỏi bò
oxi hoá trong súp khô, liên kết ẩm và ổn đònh ẩm trong các sản phẩm thòt, được dùng
để huyền phù hoá các tinh bột, tinh bột thô cũng như các chất không hòa tan tương tự
khác.