Chế tạo tinh bột biến tính làm tá dược dính ( dạng lycatab ) từ tinh bột ngô

BỘ Y TẾ
TRUỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI

NGUYỄN TH Ị TH Â N

CHẾ TẠO TINH BỘT BIÊN TÍNH LÀM TÁ Dược DÍNH
(DẠNG LYCATAB) TỪ TINH BỘT NGÔ.
( KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP Dược s ĩ KHOÁ 1997 - 2002 )

Người hướng dần
Nơi thực hiện

: TS. Phan Tuý
DS. Nguyễn Thị Thơm
: Bộ môn Vồ cơ- Hoá lý
Bộ môn Bào chế

Thời gian thực hiện : 2/2002 - 5/2002


LỜI CẢM ƠN

Em xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới DS. Nguyễn
Thị Thơm và TS. Phan Tuý đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành
tốt khoá luận tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Đỗ Ngọc Thanh - Phòng thí nghiệm
trung tâm, các thầy cô giáo, cán bộ Bộ môn Vô cơ - Hoá lý, Bộ môn Bào chế
đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để em hoàn thành khoá luận đúng thời
hạn.
Nhân dịp này, em xin được cảm ơn gia đình, các thầy cô trong trường,
cùng toàn thể bạn bè đã dìu dắt em trong 5 năm học vừa qua.

Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2002
Sinh viên
Nguyễn Thị Thân


MỤC LỤC
Trang
ĐẶT YẤN ĐỂ......................................................................................

1

PHẦN 1 - TỔNG QUAN....................................................................

2

1.1. Đại cương về tinh bột....................................... ......................

2

1.1.1. Tinh bột...........................................................................

2

1.1.2. Tinh bột ngô....................................................................

4

1.2. Tinh bột biến tính..................................................................

7

1.2.1. Tinh bột biến tính và một số loại tinh bột biến tính đang
lưu hành trên thị trường.........................................................................

7

1.2.2. Các phương pháp làm biến tính tinh bột.........................

9

1.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính tinh bột
bằng phương pháp thuỷ phân............................................................

10

1.3.1. Ảnh hưởng của bản chất và chất lượng tinh bột.............

10

1.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ..................................................

11

1.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột.....................................

12

1.3.4. Ảnh hưởng của bản chất và nồng độ xúc tác...............

12

1.4. Phương pháp làm khô sản phẩm thuỷ phân.......................

14

1.4.1. Làm khô bằng phương pháp sấy dưới áp lực giảm.........

14

1.4.2. Làm khô bằng phương pháp phun sấy............................

14

PHẦN 2 - THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ.....................................

15

2.1. Nguyên vật liệu và phương pháp thực nghiệm....................

15

2.1.1. Nguyên liệu, hoá chất, dụng cụ.....................................

15

2.1.2. Phương pháp thực nghiệm..............................................

16

2.2. Kết quả thực nghiệm và nhận xét........................................

19

2.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nguồn gốc tinh bột đến


tốc độ quá trình làm biến tính tinh bột..................................................

19

2.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chất lượng tinh bột đến
quá trình biến tính tinh bột......................................................................
2.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởngcủa bảnchất xúc tác

21

đến

quá trình biến tính tinh bột ngô...............................................................

22

2.2.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởngcủa nồng độ acidoxalic
đến quá trình biến tính tinh bột ngô........................................................

24

2.2.5. Làm khô sản phẩm thuỷ phân bằng phương pháp sấy
dưới áp lực giảm....................................................................................

26

2.2.6. Đánh giá chất lượngsản phẩm thu được..........................

27

2.3. Bàn luận..................................................................................

33

PHẦN 3 - KẾT LUẬN VÀĐỂXUẤT..............................................

35

3.1. Kết luận...................................................................................

35

3.2. Đề xuất.................. ..................................................................

35


ĐẶT
VÂN ĐỂ
•
Trong kỹ thuật bào chế viên nén, tá dược giữ vai trò rất quan trọng vì
theo quan điểm sinh dược học, tá dược có ảnh hưởng trực tiếp đến sinh khả
dụng của dược chất trong viên. Với quan điểm như vậy, ngày nay, người ta đã

chế tạo nhiều loại tinh bột biến tính có tính năng hơn hẳn tinh bột tự nhiên
trong vai trò làm tá dược.
Ở một số nước có ngành dược phát triển, người ta thường chế tạo tinh
bột biến tính từ tinh bột mì, sắn và tinh bột ngô như: Pháp, Thái Lan... Trong
khi đó, ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa sản xuất được tinh bột biến tính làm tá
dược. Do đó, hàng năm, các xí nghiệp dược phẩm trong nước phải nhập một
số lượng lớn tinh bột biến tính như: Lycatab, era - tab, era - gel...
Mấy năm gần đây, trong nước đã có một số công trình nghiên cứu chế
tạo tinh bột biến tính quy mô phòng thí nghiệm. Các công trình này tập trung
nghiên cứu chủ yếu quy trình chế tạo tinh bột biến tính từ tinh bột sắn và đã
đạt được một số kết quả nhất định. Hiện nay, ở Việt Nam, ngô được trồng khá
nhiều và đã có một vài xí nghiệp sản xuất tinh bột ngô thực phẩm với tấn
lượng khá lớn mà đầu ra chưa đáp ứng được. Thiết nghĩ, từ tinh bột ngô thực
phẩm tinh chế thành tinh bột ngô dược dụng và cao hơn nữa là chế tạo tinh bột
ngô biến tính để phục vụ cho ngành dược là vấn đề cần được quan tâm.
Nhằm góp phần làm phong phú thêm các nghiên cứu về chế tạo tinh bột
biến tính, đồng thời khai thác tiềm năng nguyên liệu sẵn có trong nước, ở
khoá luận này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu chế tạo tinh bột biến tính từ
tinh bột ngô với mục tiêu chính như sau:
- Nghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo tinh bột biến tính từ tinh bột
ngô bằng phương pháp thuỷ phân trong môi trường acid.
- So sánh chất lượng sản phẩm thu được với một loại tinh bột biến tính
nhập từ nước ngoài là Lycatab.™DSH.

1


PHẦN 1 - TỔNG QUAN
1.1. ĐẠI CƯƠNG VỂ TINH BỘT.
1.1.1. Tinh bột.

Tinh bột là sản phẩm quang hợp của lá xanh. Trong tế bào thực vật, hạt
lạp không màu là nơi tạo ra tinh bột. Tinh bột được giữ trong các bộ phận của
cây như: lá, củ, rễ, hạt, quả, thân với hàm lượng từ 2 - 70%. Tinh bột gồm
những hạt nhỏ trắng, có thể hơi ngà vàng, mịn mờ, đôi khi hơi óng ánh. Các
hạt tinh bột có hình dáng, kích thước khác nhau tuỳ nguồn gốc thực vật. Dựa
vào đặc điểm này, người ta có thể phân biệt các loại tinh bột với nhau bằng
cách soi kính hiển vi.
Tinh bột không tan trong nước lạnh và các dung môi hữu cơ. Đun sôi
với nước, tinh bột bị hồ hoá tạo thành khối gel trong suốt gọi là hồ tinh bột.
Hồ tinh bột cho với dung dich Iod loãng màu xanh tím đạc trưng, khi đun
nóng màu này mất đi, để nguội màu lại xuất hiện [8].
Cấu tạo hoá học của tinh bột: gồm 2 loại Polysaccharid được gọi là
Amylose và Amylopectin.
+ Amylose: Là một mạch chứa hàng nghìn đơn vị a-D-Glucose nối với
nhau theo dây nối (l-»4), đa số là các mạch thẳng, thường rất ít phân nhánh.

Cấu tạo phân tử Amylose
+ Amylopectin: có phân tử lượng lớn hơn, phân nhánh nhiều hơn. Các
đơn vị ct- D - Glucose cũng nối với nhau theo dây nối (1—>4) ở phần mạch

2


thẳng, còn chỗ phân nhánh thì theo dâv nối (1—>6). Mạch bên trong (mạch
giữa hai điểm phân nhánh) có khoảng 5 đến 9 đơn vị Glucose, những mạch
bên ngoài có từ 10 đến 18 đơn vị Glucose [2].
CH2OH

o-

ỏ
CH9OH

CH,

-Q

. .o -

J— Q

-O -

—o

Cấu tạo phân tử Amyỉopectin
Trong các loại tinh bột, trung bình tỷ lệ Amylose là 25%, còn
Amylopectin chiếm khoảng 75% [5]. Cụ thể, tỷ lệ thành phần 2 chất này của
một số loại tinh bột khác nhau được ghi ở bảng 1.
Bảng 1 - Tỷ lệ Amylose và Amylopectin trong một số loại tính bột.
Tinh bột

Amylose

Amylopectin

Khoai tây

20

80

Ngô

24

76

Gạỏ

18,5

81,5

Sắn

15,7

84,3

Tinh bột được sử dụng chủ yếu làm lương thực, nó cũng là nguyên liệu
quan trọng cho các ngành công nghiệp như: công nghiệp thực phẩm (sản xuất
bánh kẹo, rượu, bia), công nghiệp dệt, giấy. Đặc biệt, ngành Dược trên thế
giới hàng năm sử dụng lượng rất lớn các loại tinh bột như: ngô, khoai tây,
sắn.. .làm tá dược thuốc viên do nó có những tính chất đặc biệt. Cụ thể [1]:

3


-Tinh bột được sử dụng iàm tá dược độn do đặc tính trơ về mặt dược lý

và tương đối bền về mặt hoá học, 1'ẻ tiền, dễ kiếm.
- Tinh bột được sử dụng làm tá dược rã do có cấu trúc xốp, sau khi dập
viên tạo ra được hệ thống vi mao quản phân bố khá đồng đều trong viên, làm
viên 1'ã theo cơ chế vi mao quản. Thường sử dụng tinh bột ngô, khoai tây,
hoàng tinh...với tỷ lệ từ 5 - 20% so với viên.
- Tinh bột được sử dụng làm tá dược trơn do có tác dụng điều hoà sự
chảy, đồng thời làm cho viên dễ rã. Thường sử dụng trong phương pháp xát
hạt khô và dập thẳng với tỷ lệ 5 - 10%, phải sấy khô trước khi dùng.
- Tinh bột dưới dạng hồ được sử dụng làm tá dược dính thông dụng hiện
nay. Hồ tinh bột dễ kiếm, giá rẻ, dễ trộn đều với bột dược chất, ít có xu hướng
kéo dài thời gian rã của viên. Thường dùng loại hồ từ 5 - 15%.
Do tinh bột được sử dụng rộng rãi trong ngành dược trên thế giới, nên
Dược điển các nước đều có chuyên luận riêng về tinh bột như: Dược điển Việt
Nam II-Tập 3, Dược điển Mỹ 23(USP 23), Dược điển Anh 98(BP 98).
1.1.2. Tinh bột ngô.
Tinh bột ngô được chế biến từ hạt của cây ngô.
Tên khoa học: Zea mays L .- Poaceae.
Hạt tinh bột ngô thường đơn, hình nhiều cạnh, hiếm khi tròn, kích thước
từ 4-T-25|im, rốn nằm giữa hạt hình chấm, hình sao hay phân nhánh, không rõ
vân tăng trưởng [4].
Thành phần hoá học của hạt ngô: chủ yếu là tinh bột. Ngoài ra, còn có
nhiều chất khác như: Protid, Lipid, Cellulose, muối khoáng, nguyên tố vi
lượng... Ngô hạt đỏ còn có caroten và một số chất màu. Tỷ lệ các chất có
trong hạt ngô được ghi ở bảng 2 [8]. Tuy nhiên, tuỳ theo giống ngô mà tỷ lệ
các chất này có khác nhau chút ít.

4


Bảng 2 - Thành phần hoá học trung bình các hợp chất trong hạt ngô.

Thành phần

STT
1

Hàm lượng (%)

Tinh bôt

68,0
9,6

2

Protid

3

Lipid

4

Nước

5,1
13,6

5

Celulose

3,6

6

Tro

0,8

7

Caroten

0,4

8

Các muối khoáng và nguyên tố vi lượng

Hàm lượng nhỏ

Hạt của các loài ngô khác nhau có hình dáng khác nhau. Tuy vậy, cấu tạo
cơ bản của hạt ngô giống nhau và gồm có [13]:
- Nội nhũ: chiếm 79-90% khối lượng hạt ngô khô.
- Phôi: chiếm 8-14% khối lượng hạt ngô khô.
- Màng: chiếm 5-6% khối lượng hạt ngô khô.
Thành phần hoá học trong 3 bộ phận trên của hạt ngô được ghi ở bảng 3.
Bảng 3: Thành phần hoá học trong 3 bộ phận của hạt ngô.
TT

Hàm lượng trung bình

Nội nhũ

Phôi

Màng

các chất (%)
Tinh bôt

79,1
9,83

1
2

Protein

3
4

Chất béo
Celulose

0,80

5

15,23

15,29

2,03

0,49

40,43
5,93

18,72

1,31
3,00

4,32
9,42

20,33

6

Pentozan
Sacarit tan trong nước

7

Tro

0,43

8,98

1,11

Như vậy, tinh bột chủ yếu tập trung ở nội nhũ; chất béo, tro, sacarit tập
trung ở phôi; còn protein cơ bản nằm trong nội nhũ và phôi; celulose và
pentozan đa phần nằm ở màng.
Trên đây là hàm lượng trung bình các chất trong 3 bộ phận của hạt ngô.


Trên thực tế, hàm lượng các chất không những khác nhau theo từng loại ngô
mà còn phụ thuộc vào điều kiện thổ nhưỡng, khí hậu nơi trồng ngô và độ già
non của ngô khi thu hoạch.
Từ hạt ngô, các cơ sở sản xuất với trang bị và quy trình kỹ thuật khác
nhau sẽ tạo ra các loại tinh bột có chất lượng khác nhau. Nhưng nói chung,
tinh bột chất lượng cao thường có hàm lượng các chất tính theo bột khô tuyệt
đối như sau: Xem bảng 4[13].
Bảng 4: Hàm lượng các chất có trong tình bột chất lượng cao.

Hàm lượng (%)

Các chất

TT

98,35 - 98,87

1

Tinh bột

2

Protein

0,35 - 0,50

3

Các chất tan

0 ,0 5 -0 ,1 0

4

Tro

0 ,1 0 -0 ,1 5

5

Chất béo thuỷ phân

0,50 - 0,55

6

Chất béo chiết tách

0 ,1 0 -0 ,1 5

7

Các chất khác

0,05 - 0,10

Ngoài vai trò làm lượng thực, ngành dược của nhiều nước trên thế giới
sản xuất tinh bột ngô làm tá dược nhiều hơn tinh bột sắn. ở Việt Nam, hiện
nay đã có nhà-máy sản xuất tinh bột ngổ ở tỉnh Vĩnh Phú. Mỗi năm, nhà máy
này sản xuất ra hàng ngàn tấn tinh bột. Tuy nhiên, sản phẩm mới chỉ dừng lại
ở việc phục vụ cho nhu cầu thực phẩm, chủ yếu là sản xuất bánh kẹo. Sở dĩ
như vậy vì tinh bột ngô của Vĩnh Phú còn chứa lượng tạp vô cơ, protein, chất
béo khá cao. Đặc biệt, sản phẩm tinh bột ngô có màu rất đặc trưng nên không
thể dùng cho ngành dược được. Tuy nhiên, dưới con mắt của các nhà chuyên
môn, việc khắc phục những nhược điểm trên để tạo ra tinh bột ngô dược dụng
là hoàn toàn khả thi.

6


1.2. TINH BỘT BIẾN TÍNH.
1.2.1. Tinh bột biến tính và một số loại tinh bột biến tính đang lưu hành
trên thị trường.
Tinh bột biến tính là sản phẩm thu được khi tác động lên tinh bột tự
nhiên các yếu tố vật lý (nhiệt độ, áp suất), yếu tố hoá học (thuỷ phân) hay sinh
học (enzym) trong những điều kiện thích hợp. Sản phẩm thu được này có
những tính chất ưu việt hơn mà bản thân tinh bột tự nhiên không thể có được.
Tuỳ theo điều kiện chế tạo và nơi chế tạo mà tinh bột biến tính trên thị
trường có thành phần và tên gọi khác nhau. Có thể kể ra đây một số loại tinh

bột biến tính đang lưu hành trên thị trường.
* Lycatab.DSH.

Lycatab là sản phẩm thuỷ phân có mức độ tinh bột ngô với xúc tác acid.
Tuỳ theo điều kiện chế tạo, ta thu được các lycatab có thành phần và tính
năng khác nhau chút ít. Ta có thể kể ra các loại như: Lycatab.DSH,
lycatab.PSG.
Lycatab.DSH là sản phẩm của quá trình phun sấy tinh bột ngô đã bị thuỷ
phân đến mức quy định. Hàng năm, các xí nghiệp dược phẩm Việt Nam nhập
một lượng lớn Lycatab.DSH và nhận thấy đây là một tá dược khá tốt.
Hãng ROQUETTE (Pháp) quy định một số chỉ tiêu kỹ thuật của
Lycatab.DSH như sau:
+ Thành phần hóa học. bao gồm Glucose, Maltose, oligo và
polisaccarrid.
+ Tính chất lý hoá:
* Cảm quan: Lycatab.DSH là chất bột màu trắng, không mùi, vị
ngọt nhẹ và trơn chảy tốt.
* Một số chỉ tiêu chính quy định:
- Mất khối lượng do sấy khô: Không quá 5%.
- Tro sulíat: Không quá 0,5%.

7


- Kim loại nặng: Không quá 5 ppm.
- Kích thước hạt: Lớn hơn 200 Ịim : tối đa là 5%.
Từ 50 - 200 |um : ít nhất là

90%.

Nhỏ hơn 50 jum : dưới 5%.
- Tỷ trọng biểu kiến (DĐ Pháp) g/ml: 0,43 ± 0,05.
- Độ hoà tan: Lycatab.DSH dễ bị phân tán và tan hoàn toàn
trong nước.
Độ nhớt: ở nồng độ thường; dùng làm tá dược dính
(5-20%), độ nhớt của dung dịch không đáng kể (nhỏ hơn 20 m.Pa.s) và không
ảnh hưởng tới các quá trình thao tác.
+ Tính chất dính trong phương pháp tạo hạt ướt:
Lycatab.DSH kết hợp được tính chất kết dính của hồ tinh bột với ưu
điểm của một chất tan hoàn toàn ở nhiệt độ phòng.
- Ở dạng dung dịch: Lycatab.DSH có khả năng phân tán dễ dàng ở
20°c và nhanh chóng tan trong các dung môi phân cực chỉ bằng sự khuấy trộn
đơn giản. Dung dịch nàyđược

tạo ra mà không cần các biện pháp phức tạp

nào và có thể dùngngay làm tá

dược dính.

- ở dạng bột khô: Lycatab.DSH có khả năng bắt dính rất tốt và có
thể phối hợp thẳng vào khối bột, phù hợp với viên dập thẳng.
* Era - Gel.

Era - Gel là tinh bột gạo được thuỷ phân hoàn toàn. Tá dược này được sử
dụng trong quá trình tạo viên như là tá dược dính, sử dụng trong phương pháp
xát hạt ướt. Khi thêm nước vào Era - Gel, ta có thể thu được hỗn hợp bột sệt,
có độ nhớt gần như hỗn hợp bột gạo. Ưu điểm của tá dược này là có thể sử
dụng để tạo hỗn hợp tại nhiệt độ thường. Có thể trộn Era-Gel với các tá dược
và nguyên liệu khác dưới dạng khô trước, sau đó thêm nước. Tổng khối lượng

chất kết dính dạng khô cũng như ỉượng nước thêm vào có thể điều chỉnh được

8


dễ dàng. Tỷ lệ dùng: 5-10% khối lượng viên thuốc.
* Era - Pac.

Era - Pac là tinh bột gạo được thuỷ phân một phần.
Era - Pac được sử dụng làm tá dược độn rất hiệu quả trong phương pháp
xát hạt ướt. Nó không chỉ là chất độn thông thường mà còn được dùng làm tá
dược dính. Viên thuốc được tạo ra từ Era - Pac đạt độ cứng cao và độ vỡ thấp.
1.2.2. Các phương pháp làm biến tính tinh bột.
1.2.2.1. Cơ ch ế quá trình biến tính tinh bột.
Quá trình biến tính tinh bột khá phức tạp, khó phân biệt được quá trình
vật lý hay hoá học. Một số nhà khoa học cho rằng, bất kỳ do tác động nào, sự
biến tính tinh bột là kết quả của một số quá trình xảy ra đồng thời [5]:
- Phá vỡ liên kết giữa các phân tử trong cấu trúc hạt tinh bột.
- Phá vỡ và giải trùng hợp những phân tử lớn của các Polysaccarid tinh
bột.
- Thay đổi cấu trúc phân tử tinh bột do đưa vào chúng những nhóm chức
mới mà bản thân phân tử không có.
- Xuất hiện những liên kết mới giữa và trong các phân tử.
Tuỳ theo yêu cầu sử dụng, người ta áp dụng cách biến tính tinh bột thích
hợp để tạo ra sản phẩm có tính năng kỹ thuật mong muốn.
1.2.2.2. Một s ố phương pháp làm biến tính tinh bột.
Có rất nhiều phương pháp làm biến tính tinh bột, ta có thể nêu ra 3
phương pháp chính:
* Biến tính bằng phương pháp vật lý.
Phương pháp này chủ yếu dựa vào sự tác động của các yếu tố nhiệt độ và

áp suất.
Nguyên lỷ cơ bản của phương pháp là: tạo hỗn hợp sữa tinh bột với nồng
độ thích hợp. Sau đó, tiến hành ép sữa tinh bột đó ở áp suất và nhiệt độ khá
cao (khoảng 150°c - 160°C) với lực nén khá lớn, làm cho tinh bột bị hồ hoá

9


rồi thuỷ phân tức thì. Qúa trình này được thực hiện rất nhanh chỉ trong vòng
5-10 phút. Sản phẩm tạo ra rất xốp, độ trơn chảy cao và ít hút ẩm hơn sản
phẩm chế tạo bằng phương pháp thuỷ phân. Ví dụ: Era-gel.
* Biến tính bằng phương pháp sinh học.
Phương pháp này sử dụng enzym làm xúc tác cho phản ứng thuỷ phân
tinh bột. Có nhiều loại enzym, mỗi loại cho một sản phẩm nhất định. Quẩ
trình thuỷ phân tinh bột với xúc tác là enzym được tiến hành ở nhiệt độ thấp.
Do đó, sản phẩm ít bị phân huỷ và có chất lượng cao. Tuy nhiên, phương pháp
này đòi hỏi thiết bị lớn, đắt tiền, enzym phải tinh khiết và tiến hành trong điều
kiện vô trùng phức tạp.
* Biến tính bằng phương pháp hoá học.
Phương pháp này tiến hành thuỷ phân tinh bột trong môi trường acid
Quá trình thuỷ phân tinh bột với xúc tác acid có thể biểu diễn bằng sơ đồ
sau:
H+

(CộH10O5)n

H+

►

(C6H10O5) x

t°
Tinh bột

H+

^

C12H22Ou

t°
Dextrin

^

C6H120 6

t°
Maltose

Glucose

Acid xúc tác cho phản ứng thuỷ phân tinh bột có thể là : HCL, H2S 0 4
hoặc H ,c ,0 4.
Nếu quá trình thuỷ phân không tiến hành đến cùng thì sản phẩm thuỷ
phân là hỗn hợp Dextrin - Maltose - Glucose gọi là mật tinh bột hay dịch
thuỷ phân. Tốc độ quá trình thuỷ phân tinh bột tăng nhanh khi dùng các chất
xúc tác và ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, tốc độ phản ứng thuỷ phân, chất lượng
và thành phần dịch thuỷ phân chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố chủ quan và

khách quan.
1.3. NHŨNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BIẾN TÍNH
TINH BỘT BẰNG PHƯƠNG PHÁP THUỶ PHÂN.
1.3.1. Ảnh hưởng của bản chất và chất lượng tinh bột.

10


Tinh bột có nguồn gốc khác nhau thì tỷ lệ các thành phần trong tinh bột
sẽ khác nhau, đặc biệt là tỷ ỉệ amylose và amylopectin khác nhau hoàn toàn
(bảng 1). Nếu tỷ lệ amylopectin cao, phân tử tinh bột chia nhiều nhánh, thì
phản ứng cắt mạch tinh bột, phá vỡ cấu trúc của tinh bột xảy ra lâu hơn, dẫn
đến tốc độ thuỷ phân chậm. Ngược ỉại, nếu tỷ lệ amylopectin thấp, tinh bột có
cấu trúc ít phân nhánh, dãn đến tốc độ thuỷ phân xảy ra nhanh hơn.
Nếu tinh bột đạt tiêu chuẩn dược dụng, thành phần tương đối ổn định
và ít tạp chất, sản phẩm thuỷ phân tạo ra sẽ tinh khiết hơn, quá trình khử màu,
loại tạp đơn giản hơn. Ngược lại, nếu tinh bột chất lượng thấp thì trong thành
phần có nhiều tạp chất như: protein, chất béo, kim loại. Các tạp chất này có
thể cũng bị phân huỷ ở nhiệt độ cao hoặc kết hợp với chất xúc tác của phản
ứng thuỷ phân tinh bột để tạo ra các sản phẩm phụ làm ảnh hưởng đến tốc độ
phản ứng và chất lượng sản phẩm. Kinh nghiệm cho thấy, trong trường hợp
này, dịch thuỷ phân có màu sẫm, rất khó khử màu, quá trình khử màu xảy ra
rất lâu, tốn nguyên liệu và giảm hiệu suất. VI vậy, muốn tạo ra sản phẩm tinh
bột biến tính chất lượng cao thì cần kiểm tra kỹ nguyên liệu tinh bột trước khi
tiến hành thuỷ phân.
1.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Phản ứng thuỷ phân tinh bột có xúc tác acid là phản ứng chỉ xảy ra một
chiều và thu nhiệt. Tốc độ phản ứng tăng lên theo sự tăng của nhiệt độ.
Trong các phép tính gần đúng, ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản
ứng tuân theo qui tắc Van’tHoff: khi nhiệt độ tăng lên

10°c, tốc độ phản ứng

tãng 2-4 lần[3]:
kr+10
----------- = 2 - 4
T=
kx
Trong đó: T là hệ số nhiệt của tốc độ phản ứng.

kT, kT+10 là hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T, T+10.
Tuy nhiên, trong thực tế thuỷ phân tinh bột, việc tăng nhiệt độ để tăng

11


tốc độ phản ứng không đạt hiệu quả. Ngược lại, ở nhiệt độ quá cao, tinh bột
thuỷ phân không đáng kể và phần lớn glucose tạo thành bị phân huỷ.
Ở đây, trong công trình nghiên cứu này, chúng tôi chỉ tiến hành làm biến
tính tinh bột ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp phản ứng.
1.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột.
Theo nguyên tắc: Nồng độ chất phản ứng càng cao, tốc độ phản ứng
càng tăng. Tuy nhiên, với phản ứng thuỷ phân tinh bột thì qui luật này chỉ
nghiệm đúng ở một giới hạn nhất định. Bởi vì nếu nồng độ tinh bột tăng cao
quá thì lượng nước trong hỗn hợp giảm nên phản ứng thuỷ phân không thể coi
là bậc một nữa. Mặt khác, khi nồng độ tinh bột tăng, độ nhớt của hỗn hợp
phản ứng cũng tăng, dẫn đến vận tốc chuyển dịch của ion xúc tác H+ trong hệ
giảm. Điều này gây khó khăn cho giai đoạn tạo phức chất hoạt động trung
gian giữa tinh bột và chất xúc tác để tạo ra sản phẩm, làm hạn chế tốc độ quá
trình thuỷ phân tinh bột. Vì vậy, trong quá trình tiến hành thuỷ phân, phải

luôn đảm bảo cho lượng nước trong hỗn hợp phản ứng dư thừa và ổn định.
1.3.4. Ảnh hưởng của bản chất và nồng độ xúc tác.
Trong phản ứng thuỷ phân tinh bột, tốc độ phản ứng tăng đáng kể với sự
có mặt của xúc tác acid.
Trong phản ứng xúc tác acid, hằng số tốc độ hiệu dụng của phản ứng là
một hàm tuyến tính của nồng độ các ion tham gia xúc tác [3]:
Khd = K0 + Kh+ [H+] + K oh.[OH-] + K ^tH A ] + K a_[A'].
Trong đó: K : hằng số tốc độ của phản ứng không xúc tác.
Kh+ , Koh_ ,

, Ka_: Hằng số tốc độ của phản ứng xúc tác với sự

tham gia của các ion hoặc phân tử tương ứng.
*

Cơ ch ế xúc tác của acid: ion H+ tạo phức với các phân tử polysaccarid

tại oxy của liên kết glycosid và hoạt hoá nguyên tử oxy này. Kết quả là liên
kết glycosid 1—>4, 1-» 6 bị biến dạng, yếu đi và đứt ra.

12


Như vậy, đối với phản ứng thuỷ phân tinh bột sử dụng xúc tác acid, tốc
độ phản ứng thuỷ phân phụ thuộc vào ion H+. Ta có:
Khd = K0 + Kh+[H+]
Khi pH môi trường giảm, nồng độ ion H+ tăng nên hằng số tốc độ hiệu
dụng tăng và tốc độ phản ứng tăng.
1.3.4.1. Ảnh hưởng của bản chất xúc tác.
Chúng tôi tiến hành so sánh khả năng xúc tác của hai acid: Acid sulíuric

(H2S 0 4) và acid oxalic (H2C20 4). Acid sulíuric là acid mạnh, trong nước nó
phân ly hoàn toàn thành ion ở mọi nồng độ. Còn acid oxalic là acid yếu, trong
nước nó chỉ phân ly một phần thành ion. Vì vậy, ở cùng nồng độ, pH của dung
dịch H ,S 0 4 luôn thấp hơn dung dịch ti,C 20 4. Kết quả là tốc độ phản ứng với
xúc tác H-,S04 sẽ lớn hơn tốc độ phản ứng với xúc tác H-,C,04.
1.3.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ acid.
Acid ở đây đóng vai trò xúc tác, nó không mất đi trong quá trình phản
ứng mà chỉ kết hợp với các chất phản ứng tạo ra phức chất hoạt động trung
gian, sau đó phức chất này lại phân huỷ ra sản phẩm và trả lại chất xúc tác ban
đầu. Vì vậy, về nguyên lý lượng acid này không cần nhiều. Tuy nhiên, trong
phản ứng thuỷ phân tinh bột, xúc tác acid là chất lỏng tan trong nước, còn chất
phản ứng chính là tinh bột và các sản phẩm trung gian thì hầu như không tan
trong nước. Do đó, đây là một phản ứng xúc tác dị thể, tốc độ của phản ứng
phụ thuộc nhiều vào nồng độ chất xúc tác. Khi nồng độ chất xúc tác tăng thì
tốc độ phản ứng tăng.
Ở đây chúng tôi chọn xúc tác là acid H-,C,04 và acid H2S 0 4. Đồng thời,
chúng tôi xem xét ảnh hưởng của nồng độ 2 acid này đến tốc độ phản ứng
thuỷ phân, nhằm chọn được nồng độ acid thích hợp, tiết kiệm chất xúc tác và
thời gian, dễ dàng khống chế điểm dừng của phản ứng để tạo ra sản phẩm có
thành phần mong muốn.

13


1.4. PHƯƠNG PHÁP LÀM KHÔ SẢN PHẨM THUỶ p h â n .
Có rất nhiều phương pháp làm khô dịch thuỷ phân như: phun sấy, sấy
dưới áp lực giảm, đồng kết tủa, đông khô.. .Trong đó, thường được sử dụng hai
phương pháp là: phun sấy và sấy dưới áp lực giảm.
1.4.1. Làm khô bằng phương pháp sấy dưói áp lực giảm.
Nguyên tắc cơ bản của phương pháp là: ở nhiệt độ cao, khi càng hạ áp

suất tác động lên chất lỏng, thì chất lỏng bay hơi càng nhanh. Vì vậy, chúng
tôi tiến hành cho dịch thuỷ phân vào buồng sấy chân không, tăng nhiệt độ
thích hợp và dùng bơm chân không tạo áp suất trong buồng sấy càng thấp
càng tốt. Trong điều kiện này, chất lỏng luôn sôi và sự bay hơi nước không chỉ
xảy ra trên bề mặt mà cả trong lòng chất lỏng nên khối sản phẩm sau khi khô
thì rất xốp, giòn, dễ nghiền và tạo hạt đều đặn, trơn chảy tốt. Nhiệt độ và áp
suất cần được duy trì liên tục cho đến khi sản phẩm khô hoàn toàn.
1.4.2. Làm khô bằng phương pháp phun sấy.
Nguyên lỷ của phương pháp là: Phun nén dịch qua vòi phun dưới áp lực
lớn để biến dịch đó thành dòng tia chứa các hạt dịch nhỏ. Các hạt dịch nhỏ
này được phuii vào luồng không khí nóng cùng chiều. Vì vậy, chúng được làm
khô và trở thành tiểu phân chất rắn [11].
Phương pháp phun sấy có ưu điểm là hạt tạo ra có hình cầu, xốp, kích
thước đều đặn và có thể kiểm soát được, trơn chảy tốt. Các hạt tạo ra có kích
thước nhỏ, do 'đó, tạo được bề mặt lớn tiếp xúc với nhiệt làm quá trình bay hơi
xảy ra nhanh, nhiệt độ sấy thấp. Vì vậy, phương pháp này phù hợp với các
chất dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt. Hạt tạo ra là hình cầu, rất thuận lợi cho quá
trình sản xuất viên nén... Nhược điểm của phương pháp là hạt tạo ra có tỷ
trọng thấp và dễ bị hút ẩm [11].

14


PHẦN 2 - THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ.
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM.
2.1.1. Nguyên liệu, hoá chất, dụng cụ.
2.ỉ. 1.1. Nguyên liệu, hoá chất:
Bảng 5: Các nguyên liệu - hoá chất.
STT

Tên nguyên liệu-hoá chất

Nguồn gốc

Tiêu chuẩn

1

Tinh bột ngô đã tinh chế

Vĩnh phú

2

Tinh bột ngô chưa tinh chế

Vĩnh phú

3

Acid sulfuric

Trung Quốc

Tinh khiết

4

Acid oxalic

Việt Nam

Tinh khiết

5

CaCO,

Viêt Nam

Tinh khiết

6

Than hoat

Viêt Nam

Tinh khiết

7

Iod tinh thể

Việt Nam

Tinh khiết hoá học

8

Lycatab.DSH

PháP

Dược dụng

9

Paracetamol

Trung Quốc

DĐVN

10

Talc

Viêt Nam

DĐVN

11

Magnesi stearat

Viêt Nam

DĐVN

12

Aerosil

Nhật

BP98

13

Lactose

Viêt Nam

BP98

14

k h ,p o 4

Trung Quốc

Tinh khiết

15

NaOH

Trung Quốc

Tinh khiết

16

Cồn tuyệt đối

Viêt Nam

DĐVN

17

Nước cất

Viêt Nam

DĐVN

15

USP23


2.1.1.2. Dụng cụ.
- Cân phân tích Sartorius (Đức).
- Cân điện kỹ thuật Sartorius (Đức).
- Máy khuấy từ Heidoph (Đức).
- Phễu lọc Buchner.
- Tủ sấy dưới áp lực giảm Shel Lap.
- Máy đo tỷ trọng biểu kiến ERWEKA SVM.

- Máy đo độ trơn chảy ERWEKA GWF.
- Máy đo độ nhớt Brooktield.
- Máy đo độ ẩm tức thời Ultra X.
- Lò nung (Đức).
- Máy dập viên tâm sai (Trung Quốc).
- Máy thử độ rã ERWEKA ZT4.
- Máy thử độ tan ERWEKA DT.
- Máy đo lực gây vỡ viên ERWEKA.
-Máy đo quang (Trung Quốc).

- Nhiệt kế 0 —»150°c.
- Một số dụng cụ thuỷ tinh chuyên dụng.
2.1.2. Phương pháp thực nghiệm.
2.1.2.1. Phương pháp làm biến tính tinh bột.
Trong khoá luận này, chúng tôi tiến hành làm biến tính tinh bột bằng
phương pháp thuỷ phân trong môi trường acid theo quy trình cơ bản được
biểu diễn theo sơ đồ 1.

16


Sơ đồ 1 - Ouy trình thuỷ phân tinh bột ừong môi trường acỉd.

ị
Chọn điểm dừng và trung hoà acid bằng CaC03

__________________i __________

Loại bỏ CaC03 dư và muối của acid với Ca

ị
Tẩy màu dịch thuỷ phân và loại tạp

________ i _______________

Làm khô dịch thuỷ phân

i
Tinh bột biến tính

Nhằm chọn được điều kiện phù hợp cho quy trình biến tính tinh bột,
chúng tôi tiến hành khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính
tinh bột sau:


- Khảo sát ảnh hưởng của chất lượng tinh bột đến quá trình biến tính tinh
bột.
- Khảo sát ảnh hưởng của bản chất xúc tác đến quá trình biến tính tinh
bột ngô.
- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid oxalic đến quá trình biến tính tinh
bột ngô.
Đối tượng nghiên cứu chính của chúng tôi là tinh bột ngô, với xúc tác là
acid sulturic (H2S 0 4) và acid oxalic (H2C20 4).
2.1.2.2. Phương pháp làm khô sán phẩm thuỷ phân.
Như phần trên đã nêu, chúng ta thấy là có nhiều phương pháp làm khô
sản phẩm thuỷ phân. Trong khoá luận này, do điều kiện thí nghiệm nên chúng
tôi chỉ tiến hành làm khô sản phẩm thuỷ phân bằng phương pháp sấy dưới áp
lực giảm, dùng tủ sấy của hãng Shel Lap.
2.1.2.3. Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm thu được.
Đến nay, chúng tôi vẫn chưa tìm được dược điển nước ngoài nào quy

định tiêu chuẩn của tinh bột biến tính. Vì vậy, để đánh giá chất lượng sản
phẩm thu được, chúng tôi dựa theo 2 tiêu chí chính:
* So sánh sản phẩm do chúng tôi chế tạo với một sản phẩm nhập ngoại
có cùng nguồn gốc từ tinh bột ngô là Lycatab.™ DSH của hãng ROQUETTE
(Pháp) theo tiểu chuẩn của nhà sản xuất. Cụ thể là xác định các chỉ tiêu sau:
- Mất khối lượng do sấy.
- Tỷ trọng biểu kiến.
- Độ trơn chảy.
- Độ nhớt.
- Cắn nung.
* Đánh giá chất lượng sản phẩm thu được về phương diện bào chế.
Để so sánh khả năng sử dụng làm tá dược thuốc viên nén của sản phẩm

18


tinh bột biến tính thu được và Lycatab. ™DSH, chúng tôi tiến hành điều chế
viên nén Paracetamol 500 mg theo phương pháp xát hạt ướt. Trong đó, tá dược
dính là sản phẩm do chúng tôi làm ra và Lycatab. DSH, dung môi xát hạt là
cồn tuyệt đối.
Sau đó, chúng tôi tiến hành đánh giá viên dập được theo một số chỉ tiêu
sau:
- Độ rã.
- Độ hoà tan.
- Lực gây vỡ viên.
- Độ đồng đều khối lượng...
Các chỉ tiêu được tiến hành theo chuyên luận của các dược điển thích
hợp.
2.2. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT.
Để góp phần hoàn thiện quy trình chế tạo tinh bột biến tính bằng phương

pháp thuỷ phân trong môi trường acid, trong công trình này, chúng tôi tiến
hành các thí nghiệm sau:
2.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nguồn gốc tinh bột đến tốc độ quá
trình làm biến tính tinh bột.
Ở thí nghiệm này, chúng tôi chọn xúc tác là H2S 0 4 nồng độ 0,1M.
Tiến hành biến tính với tinh bột ngô đã được tinh chế đạt tiêu chuẩn USP 23.
Thí nghiệm này lặp lại 3 lần và được tiến hành ở các điểu kiện cụ thể như
sau:
- Số lượng tinh bột mỗi mẻ: lOOg (tinh bột khô).
- Lượng acid mỗi mẻ: 350ml.
- Thực hiện phản ứng thuỷ phân ở nhiệt độ sôi.

- Sữa tinh bột tạo ra ở 40°c - 50°c (tuỳ loại tinh bột) theo tỷ lệ 100 g
tinh bột trong 150 ml H-,S04 0,1 M.

19


- Xác định điểm dừng bằng thuốc thử iod 2,5%, so màu với mẫu chuẩn
là Lycatab.DSH.
Tiến hành:
- Cân lOOg tinh bột ngô cho vào cốc thuỷ tinh chịu nhiệt dung tích
250 ml có chứa 150ml H-,S04 0,1M ở 45°c - 50°c. Khuấy kỹ để tạo ra hỗn
hợp đồng nhất, luôn giữ ở 45°c - 50°c.
- Nhỏ từ từ sữa ở 45°c - 50°c vào bình phản ứng dung tích 500 ml có
đựng sẩn 200ml H2S 0 4 0,1M đang sôi với tốc độ 5-6ml sữa tinh bột/1 phút,
khuấy liên tục và đảm bảo cho hệ luôn sôi. Sau khi nhỏ hết sữa tinh bột, cứ
2 phút thử dịch phản ứng với thuốc thử iod một lần để xác định điểm dừng.
Trong quá trình thực nghiệm, liên tục thêm nước sôi vào bình phản ứng để bù
cho lượng nước bay hơi đã mất.

- Khi màu của dịch phản ứng giống màu của mẫu chuẩn lycatab.DSH,
ghi thời gian và chuyển ngay bình phản ứng sang nồi cách thuỷ ở 80°c - 90°c.
Trung hoà acid bằng sữa C aC 03 trong nước, đến khi hết sủi bọt, pH dịch đạt
5-6 thì dừng lại.

- Lọc hỗn hợp phản ứng ở 80°c - 90°c để loại CaCOa dư và CaS04.
- Tẩy màu dịch lọc bằng cách đun sôi với khoảng lg than hoạt trong
khoảng 3 0 - 60 phút (tuỳ loại tinh bột).
- Lọc nóng hỗn hợp phản ứng để loại bỏ than hoạt, sẽ được dịch lọc
trong suốt.
Lặp lại thí nghiệm 3 ỉần rồi lấy kết quả trung bình.
Kết quả thu được ghi ở bảng 6.

20


Bảng 6: Thời gian dừng phản ứng thuỷ phân của tinh bột ngô.

Loại tinh bột

Thí nghiệm

Ngô

1

Thời gian dừng phản ứng
(phút)
50

2

52

3

51

hb
(phút)
51

Theo một số công trình nghiên cứu trước đây, người ta đã tiến hành thuỷ
phân các loại tinh bột: sắn, gạo, khoai tây ở điều kiện thí nghiệm tương tự như
trên và đã thu được kết quả như sau [9]:
- Với tinh bột khoai tây: thời gian dừng phản ứng (tjb) là 38 phút.
- Với tinh bột gạo: thời gian dừng phản ứng (ttb) là 45 phút.
- Với tinh bột sắn: thời gian dừng phản ứng (t(5) là 55 phút.
Nhận xét:
Từ những kết quả trên cho ta thấy, thời gian thuỷ phân khác nhau ở mỗi
loại tinh bột mặc dù các điều kiện tiến hành là như nhau. Như vậy, tinh bột có
nguồn gốc khác nhau có ảnh hưởng rõ rệt đến tốc độ quá trình làm biến tính
tinh bột.
2.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chất lượng tinh bột đến quá trình
biến tính tinh bột.
Ở thí nghiệm này, chúng tôi chỉ tiến hành nghiên cứu tinh bột ngô nhưng
có chất lượng khác nhau. Cụ thể, chúng tôi tiến hành thử với 2 loại tinh bột
ngô là: tinh bột ngô Vĩnh Phú đã tinh chế đạt tiêu chuẩn DĐ ƯSP 23, tinh bột
ngô thực phẩm Vĩnh Phú. Các bước tiến hành được làm như mục 2.2.1. Kết
quả thu được ghi ở bảng 7.

21