NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN ĐỘ BỀN MÀNG SINH HỌC ĐỂ LÀM BAO BÌ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN ĐỘ BỀN MÀNG SINH HỌC ĐỂ
LÀM BAO BÌ

Họ và tên sinh viên: PHẠM LAN HƯƠNG
VÕ MINH TRUNG
Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Niên khóa: 2006 – 2010

Tháng 09 năm 2010


NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN ĐỘ BỀN MÀNG SINH HỌC ĐỂ
LÀM BAO BÌ

Tác giả

PHẠM LAN HƯƠNG
VÕ MINH TRUNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành
Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn:
PGS. TS. TRƯƠNG VĨNH

Tháng 09 năm 2010
i


LỜI CẢM TẠ

Chân thành cảm ơn thầy trưởng Bộ môn Công nghệ Hóa học, đại học Nông Lâm
Tp. Hồ Chí Minh, PGS. TS. Trương Vĩnh, người đã truyền đạt những kiến thức quý
báu trong quá trình học và trực tiếp, tận tình hướng dẫn chúng tôi thực hiện đề tài này.
Chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Hóa học đã giảng dạy và tạo
điều kiện để chúng tôi hoàn thành khóa luận.
Chân thành cảm ơn tất cả quý thầy cô đã giảng dạy, truyền đạt cho chúng tôi nhiều
kiến thức để chúng tôi vận dụng và hoàn thành đề tài này.
Kính gởi đến cha mẹ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, người đã sinh thành,
nuôi dưỡng, dạy dỗ con khôn lớn như hôm nay, đã động viên, ủng hộ con trong suốt
quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Cảm ơn các bạn lớp DH06HH, những người bạn luôn bên cạnh chúng tôi, động
viên chúng tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Cảm ơn các anh, chị ở những cơ quan ngoài đã giúp đỡ chúng tôi hoàn thành đề tài
này.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên thực hiện.
Phạm Lan Hương
Võ Minh Trung

ii


TÓM TẮT

Đề tài: “Nghiên cứu cải thiện độ bền màng sinh học để làm bao bì” được tiến hành
tại phòng thí nghiệm I4, Bộ môn Công nghệ Hóa học, trường Đại học Nông Lâm
thành phố Hồ Chí Minh, từ tháng 03/2010 đến tháng 08/2010.
Nguồn nguyên liệu chính được sử dụng là bột sắn, PVA, sorbitol, glycerol và dung
môi là nước. Các nguyên liệu được phối trộn theo các tỉ lệ khác nhau, từ đó chọn ra tỉ
lệ tối ưu.
Nội dung đề tài gồm 4 phần chính:
- Khảo sát tính chất hóa lý của vật liệu tinh bột.
- Nghiên cứu công thức màng, tạo thành màng từ tinh bột thường và tinh bột biến
tính.
- Xử lý nhiệt nhằm tăng độ bền của màng .
- Đo nhiệt độ hóa thủy tinh của màng (Tg).
Xác định nhiệt độ hồ hóa của tinh bột biến tính. Kết quả cho thấy nhiệt độ hồ hóa
của tinh bột biến tính là 70oC.
Công thức đổ màng tốt nhất đối với tinh bột thường là công thức 3, đối với tinh bột
biến tính là công thức 2.
Màng được tạo thành từ tinh bột thường dễ bóc khỏi khuôn và có màu sắc đẹp hơn
màng từ tinh bột biến tính, nhưng khả năng chịu lực của màng không cao bằng màng
được tạo thành từ tinh bột biến tính. Tinh bột biến tính dẻo, khó đổ màng, màng được
tạo thành từ tinh bột biến tính khó bóc khỏi khuôn, nhưng khả năng chịu lực của màng
cao hơn tinh bột thường.
3 màng có tính chất cơ học tốt nhất là màng B, D (tạo thành từ tinh bột thường) và
E (tạo thành từ tinh bột biến tính).
Nhiệt độ hóa thủy tinh của màng B là 21,92oC; màng D là 22,12oC; màng E là
33,90oC.

iii


Đối với màng B và D, nhiệt độ xử lý tốt nhất là Tg + 74oC, đối với màng E là Tg +

24oC; Ở màng B các tính chất cơ học của màng và nhiệt độ xử lý tăng theo quy luật
tuyến tính. Các tính chất cơ học của màng tỉ lệ thuận với nhiệt độ xử lý. Ở màng E các
tính chất cơ học của màng và nhiệt độ xử lý có mối quan hệ theo mô hình bậc 2. Nhiệt
độ xử lý tốt nhất ở vùng gần nhiệt độ glass. Với những nhiệt độ xử lý này sẽ làm cho
màng tăng độ bền cơ học.
Khảo sát khả năng hút ẩm của màng trong điều kiện nhiệt độ thường, khả năng hòa
tan trong nước. Màng tạo thành từ tinh bột thường hút ẩm chậm và có độ hòa tan
trong nước kém hơn tinh bột biến tính.
Các mẫu polymer thí nghiệm gần như phân hủy hoàn toàn trong đất sau 7 ngày.

iv


ABSTRACT

The thesis entitled: “Research on improvement of biofilm strength for packaging”
was carried out at I4 laboratory, Chemical Engineering Department, Nong Lam
University, Ho Chi Minh City from March to August, 2010.
The main materials used were tapioca, PVA, sorbitol, glycerol and water for
solvent. Materials were mixed with different proportions to chose an optimal formula.
Content consists of 4 main parts:
-

Study physicochemical properties of starch material.

-

Research on formula of film, manufacturing film from starch and modified
starch.

-

Heat treatment to increase film strength.

-

Measurement the glass transition temperature of film (Tg).

The gelatinization temperature of modified starch was determined to be 70oC.
Formula 3 was the best for normal starch, and formula 2 was the best for modified
starch.
Film made from normal starch was easily to be removed from the mold and had
better color than film made from modified starch, but the bearing capacity of the film
was lower compared to modified starch film. Modified starch was plastic and difficult
to form a film. The film was hard to remove from the mold, but the bearing capacity of
the film was often higher than that of normal starch.
Three films had good mechanical properties were B, D (made from normal starch)
and E (made from modified starch).
Glass transition temperature of the film B, D and E was 21.92oC, 22.12oC and
33.90oC, respectively.
For films, the best temperatures for treatment were Tg + 74oC for film B and D,
and Tg + 24oC for film E; In the film B, mechanical properties of the film and
treatment temperature increase linearly as a rule. The mechanical properties of the film
were proportional to the treatment temperature. In the film E, mechanical properties of
the film and treatment temperature related as quadrate model. The treatment
v


temperature was the best when it was near the glass transition temperature. This
treatment temperatures will increase the mechanical strength of the film.

The absorption properties of the films at ambient temperature and degree of
solubility in water of the films were studied. Film made from normal starch was
slowly absorbed the moisture and had degree of solubility in water less than that of
modified starch.
Experimental film samples were almost completely decomposed in the soil after 7
days.

vi


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa...........................................................................................................................i 
Lời cảm tạ ....................................................................................................................... ii 
Tóm tắt ........................................................................................................................... iii 
Abstract ............................................................................................................................v 
Mục lục ......................................................................................................................... vii 
Danh sách các bảng ....................................................................................................... xi 
Danh sách các hình ...................................................................................................... xiii 
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU .................................................................................................1 
1.1. Đặt vấn đề .............................................................................................................1 
1.2. Mục đích đề tài .....................................................................................................2 
1.3. Nội dung đề tài .....................................................................................................2 
1.4. Yêu cầu .................................................................................................................2 
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN .........................................................................................3 
2.1. Tổng quan về bao bì .............................................................................................3 
2.1.1.  Khái niệm bao bì ..........................................................................................3 
2.1.2.  Chức năng của bao bì ...................................................................................3 
2.1.3.  Yêu cầu kỹ thuật đối với bao bì ...................................................................3 
2.1.4.  Một số vấn đề về việc sử dụng bao bì nylon hiện nay .................................4 

2.1.4.1.  Lượng bao bì nylon được sử dụng ........................................................4 
2.1.4.2.  Ảnh hưởng của bao bì nylon đến môi trường và con người .................5 
2.2. Tổng quan về Polymer sinh học ...........................................................................8 
2.2.1.  Khái niệm .....................................................................................................8 
2.2.2.  Phân loại.......................................................................................................8 
2.2.3.  Ứng dụng của polymer sinh học ..................................................................8 
2.3. Nguyên liệu dùng làm bao bì sinh học .................................................................8 
2.3.1.  Polysaccharide .............................................................................................8 
2.3.2.  Protein ........................................................................................................10 
vii


2.3.3.  Polylactic acid ............................................................................................10 
2.4. Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất màng sinh học làm bao bì .....................10 
2.4.1.  Các phương pháp được sử dụng ................................................................10 
2.4.2.  Một số quy trình tạo thành màng sinh học đã có .......................................11 
2.4.3.  Các kết quả đã có .......................................................................................11 
CHƯƠNG 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ............................13 
3.1. Vật liệu ...............................................................................................................13 
3.2. Thiết bị và dụng cụ .............................................................................................14 
3.3. Quy trình tạo thành màng ...................................................................................15 
3.3.1. Sơ đồ quy trình ...........................................................................................15 
3.3.2. Thuyết minh quy trình ................................................................................16 
3.3.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu ............................................................................16 
3.3.2.2. Quy trình tạo màng ...............................................................................16 
3.4. Quy trình tạo tinh bột biến tính ..........................................................................17 
3.4.1. Sơ đồ quy trình ...........................................................................................17 
3.4.2. Thuyết minh quy trình cho mẻ tạo 100 g tinh bột biến tính .......................17 
3.4.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu ............................................................................17 
3.4.2.2. Quy trình tạo tinh bột biến tính ............................................................18 

3.5. Phương pháp thí nghiệm .....................................................................................18 
3.5.1.  Thí nghiệm sơ bộ: Khảo sát tính chất hóa lý của vật liệu..........................19 
3.5.2.  Thí nghiệm 1: Tạo thành màng từ hai loại tinh bột với các tỉ lệ phối trộn
khác nhau ..............................................................................................................20 
3.5.2.1. Tạo thành màng theo công thức 1 (Phụ lục A2, A3) ...........................20 
3.5.2.2. Tạo thành màng theo công thức 2 (Phụ lục A4)..................................20 
3.5.2.3. Tạo thành màng theo công thức 3 (Phụ lục A5)..................................21 
3.5.2.4. Tạo thành màng theo công thức 4 (Phụ lục A6)..................................21 
3.5.3.  Thí nghiệm 2: Khảo sát tính chất cơ học của các loại màng đã chế tạo ....22 
3.5.4.  Thí nghiệm 3: Khảo sát các tính chất cơ học của màng sau khi ép gia nhiệt
màng bằng bộ gia nhiệt của máy đo cấu trúc........................................................25 
3.5.5.  Thí nghiệm 4: Khảo sát tính hút ẩm và độ hòa tan của màng trong nước. 26 
viii


3.5.5.1. Khảo sát tính hút ẩm của màng ............................................................26 
3.5.5.2. Khảo sát độ hòa tan của màng trong nước ...........................................27 
3.5.6. Thí nghệm 5: Ứng dụng nhiệt độ glass vào quá trình ép gia nhiệt màng ...27 
3.5.7.  Thí nghiệm 6: Khảo sát khả năng phân hủy của màng ..............................28 
3.5.8.  Phương pháp xử lý số liệu .........................................................................29 
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..............................................................30 
4.1. Tính chất hóa lý của vật liệu ..............................................................................30 
4.2.  Tạo thành màng từ hai loại tinh bột với các tỉ lệ phối trộn khác nhau .............32 
4.3. Tính chất cơ học của các loại màng đã chế tạo ..................................................34 
4.4. Tính chất cơ học của các loại màng sau khi ép gia nhiệt màng bằng bộ gia nhiệt
của máy đo cấu trúc...................................................................................................37 
4.5. Tính hút ẩm và độ hòa tan trong nước của màng ...............................................49 
4.5.1.  Tính hút ẩm ................................................................................................49 
4.5.2. Độ hòa tan của màng trong nước ................................................................49 
4.6. Ứng dụng nhiệt độ glass vào quá trình ép gia nhiệt màng .................................50 

4.6.1.  Lực cực đại Fmax .........................................................................................53 
4.6.2.  Công phá hủy (công Ar) ............................................................................59 
4.7. Khả năng phân hủy trong môi trường đất ..........................................................66 
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................67 
5.1. Kết luận...............................................................................................................67 
5.2. Đề nghị ...............................................................................................................68 
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................70 
PHỤ LỤC .....................................................................................................................72 

ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Các chữ viết tắt:
PE:

Poly ethylene

PP:

Poly propylene

PS:

Poly styrene

PVA:

Poly vinyl alcohol

PVC:

Poly vinyl chlorua

PLA:

Poly lactic acid

DOP:

Dioctin phatalate

TBT:

Tinh bột thường

TBBT:

Tinh bột biến tính

gly:

glycerol

dd:

dung dịch

Các ký hiệu:
A:

màng 0 % glycerol – tinh bột thường

B:

màng 5 % glycerol – tinh bột thường

C:

màng 10 % glycerol – tinh bột thường

D:

màng 20 % glycerol – tinh bột thường

E:

màng 0 % glycerol – tinh bột biến tính

F:

màng 5 % glycerol – tinh bột biến tính

G:

màng 10 % glycerol – tinh bột biến tính

H:

màng 20 % glycerol – tinh bột biến tính

Fmax :

lực kéo cực đại (N)

Ar :

công phá hủy màng (N.mm)

M:

ẩm độ ban đầu của vật liệu (%)

Tg :

nhiệt độ glass (oC)

I :

Tg + 24oC

II :

Tg + 44oC

III :

Tg + 64oC

IV:

Tg + 74oC
x


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Hàm lượng rác thải sinh hoạt ở đô thị Việt Nam ...........................................4
Bảng 4.1: Tổng hợp các thông số tạo thành màng theo các công thức 1, 2, 3 và 4 cho
hai loại tinh bột thường và biến tính..............................................................................30
Bảng 4.2: Sự phân bố về độ dày của màng được tạo thành từ tinh bột thường. ...........33
Bảng 4.3: Sự phân bố về độ dày của màng được tạo thành từ tinh bột biến tính. ........33
Bảng 4.4: Độ dày (mm) trung bình của một số màng ..................................................33
Bảng 4.5: Bảng trung bình tính chất cơ học của những màng được tạo thành từ thí ..34
nghiệm 1 ........................................................................................................................34
Bảng 4.6: Bảng trung bình tính chất cơ học của các loại màng sau khi ép gia nhiệt
bằng bộ gia nhiệt của máy đo cấu trúc ..........................................................................37
Bảng 4.7: Bảng trung bình tính chất cơ học của những màng được tạo thành từ tinh
bột thường trước và sau khi xử lý nhiệt.........................................................................41
Bảng 4.8: Các giá trị ΔFmax, ΔM của màng được tạo thành từ tinh bột thường...........43
Bảng 4.9: Bảng trung bình tính chất cơ học của những màng được tạo thành từ tinh
bột biến tính trước và sau khi xử lý nhiệt ......................................................................45
Bảng 4.10: Các giá trị ΔFmax, ΔM và ΔFmax / ΔM của màng được tạo thành từ tinh bột
biến tính .........................................................................................................................47
Bảng 4.11: Bảng trung bình tính hút ẩm của màng sau 13 ngày bảo quản ..................49
Bảng 4.12: Độ hòa tan của màng trong nước ...............................................................50
Bảng 4.13: Giá trị nhiệt độ glass và nhiệt độ xử lý của các loại màng .........................51
Bảng 4.14: Giá trị trung bình lực cực đại Fmax (N) khi ứng dụng nhiệt độ glass vào quá
trình ép gia nhiệt màng ..................................................................................................53
Bảng 4.15: Bảng so sánh giá trị Fmax giữa các nhiệt độ xử lý.......................................53

Bảng 4.16: Giá trị Fmax / Fmg: ........................................................................................56
Bảng 4.17: Giá trị Fmg của các màng B, D và E............................................................56
xi


Bảng 4.18: Bảng giá trị trung bình công phá hủy màng (Ar) khi ứng dụng nhiệt độ
glass vào quá trình ép gia nhiệt màng ...........................................................................59
Bảng 4.19: Bảng so sánh giá trị công Ar giữa các nhiệt độ xử lý ................................59
Bảng 4.20: Giá trị ArT / Armg ........................................................................................62
Bảng 4.21: Giá trị Armg của các màng B, D và E..........................................................62

xii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1: Bao nylon trên một kênh tại quận Tân Phú, ảnh chụp chiều 12 /3/ 2009 ......5
Hình 2.2: Một dòng kênh đầy bao nylon, một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm
môi trường ở TP. Hồ Chí Minh .......................................................................................7
Hình 3.1: Công thức phân tử PVA ...............................................................................13
Hình 3.2: Công thức phân tử glycerol ..........................................................................14
Hình 3.3: Công thức phân tử Sorbitol ..........................................................................14
Hình 3.4: Quy trình chung tạo thành màng sinh học từ tinh bột, glycerol, sorbitol
bằng phương pháp tráng – sấy, sau đó ép gia nhiệt.......................................................15
Hình 3.5: Quy trình tạo thành tinh bột biến tính bằng phương pháp hóa học .............17
Hình 3.6: Bố trí đo độ dày của màng ............................................................................21
Hình 3.7: Mẫu cắt để đo lực .........................................................................................22
Hình 3.8: Các thông số cài đặt trước khi tiến hành phép đo ........................................23
Hình 3.9: Đo lực kéo giãn của màng ............................................................................23
Hình 3.10: Đồ thị trong phép đo cấu trúc .....................................................................24

Hình 3.11: Diện tích đồ thị - công phá hủy màng ........................................................25
Hình 3.12: Màng trong quá trình bảo quản hút ẩm ......................................................27
Hình 3.13: Các mẫu trước khi phân hủy và thí nghiệm phân hủy trong môi trường đất
.......................................................................................................................................29
Hình 4.1: Màng tạo thành bằng tinh bột thường và tinh bột biến tính ........................31
xiii


Hình 4.2: Biểu đồ so sánh giá trị lực cực đại Fmax giữa tinh bột thường và tinh bột biến
tính trước và sau xử lý nhiệt ..........................................................................................38
Hình 4.3: Biểu đồ so sánh công phá hủy giữa tinh bột thường và tinh bột biến tính
trước và sau xử lý nhiệt .................................................................................................39
Hình 4.4: Mối liên hệ giữa ΔFmax / ΔM và hàm lượng glycerol của màng được tạo
thành từ tinh bột thường ...............................................................................................44
Hình 4.5: Mối liên hệ giữa ΔFmax / ΔM và hàm lượng glycerol của màng được tạo
thành từ tinh bột biến tính.............................................................................................47
Hình 4.6: Đồ thị đo Tg của màng B ..............................................................................51
Hình 4.7: Đồ thị đo Tg của màng D ..............................................................................52
Hình 4.8: Đồ thị đo Tg của màng E ..............................................................................52
Hình 4.9: Đồ thị lực F của màng B ở nhiệt độ xử lý (Tg + 74oC).................................54
Hình 4.10: Đồ thị lực F của màng D ở nhiệt độ xử lý (Tg + 74oC) ..............................54
Hình 4.11: Đồ thị lực F của màng E ở nhiệt độ xử lý (Tg + 24oC) ...............................55
Hình 4.12: Mối tương quan giữa Fmax và ΔT của màng B ............................................57
Hình 4.13: Mối tương quan giữa Fmax và ΔT của màng D............................................57
Hình 4.14: Mối tương quan giữa Fmax và ΔT của màng E ............................................58
Hình 4.15: Đồ thị công Ar của màng E ........................................................................59
Hình 4.16: Mối tương quan giữa Ar và ΔT của màng B ..............................................63
Hình 4.17: Mối tương quan giữa Ar và ΔT của màng D ..............................................63
Hình 4.18: Mối tương quan giữa Ar và ΔT của màng E...............................................64
Hình 4.19: Màng sau 3 ngày phân hủy trong môi trường đất .......................................66

xiv


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề
Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học và công nghệ, cuộc sống của con

người ngày càng được nâng cao. Cuộc sống hiện đại đòi hỏi sự tiện lợi và nhanh
chóng. Điển hình là trong sinh hoạt hằng ngày, con người sử dụng các loại bao bì được
sản xuất từ nhựa, polymer để chứa đựng các loại thực phẩm, hàng tiêu dùng, … Các
loại bao bì này rất tiện lợi và được sử dụng hàng ngày. Tính trung bình mỗi ngày, một
người nội trợ sử dụng ít nhất 4 đến 5 chiếc túi nylon để đựng thực phẩm. Với tốc độ
như thế, mỗi năm, các thành phố lớn tại Việt Nam thải ra khoảng 150.000 tấn túi nylon
và bao bì nhựa.
Tính chất đặc trưng của bao bì nylon, nhựa là thời gian phân hủy rất dài. Trung
bình để một túi nylon phân hủy phải mất từ 50 đến 100 năm, thậm chí có thể lâu hơn.
Phần lớn các loại bao bì này được xử lý bằng cách chôn hoặc đốt. Nếu chôn, các loại
bao bì này gây ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm và lãng phí nguồn tài nguyên đất.
Nếu đốt thì tạo ra các khí độc (SO2, CO2, chất dioxin, … vô cùng độc hại, nhất là khi
gặp trời mưa sẽ tạo thành các cơn mưa acid), gây ô nhiễm môi trường, tác động xấu
đến sức khỏe con người. Nếu đem tái chế, đòi hỏi phải có thiết bị, máy móc đắt tiền,
đầu tư nhiều vốn, nhưng hiệu quả cũng không cao.
Để giải quyết vấn đề này, nhiều nước đã tiến hành nghiên cứu tạo thành bao bì
sinh học tự phân hủy. Đặc tính của loại bao bì này là có thể tự phân hủy sau khi sử
dụng trong thời gian ngắn, không gây ô nhiễm môi trường, nhưng độ bền cũng không
thua so với bao bì nylon.

1


Sản xuất bao bì sinh học là một vấn đề đang rất được quan tâm hiện nay, việc sản
xuất này sẽ góp phần giải quyết ô nhiễm môi trường. Được sự phân công của Bộ môn
Công Nghệ Hóa Học, trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS. Trương Vĩnh, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên
cứu cải thiện độ bền màng sinh học để làm bao bì”.
1.2.

Mục đích đề tài

-

Nghiên cứu tạo thành màng sinh học từ hai loại tinh bột (tinh bột thường và tinh
bột biến tính), với các tỉ lệ phối trộn khác nhau.

1.3.

Cải thiện, nâng cao tính chất cơ học của màng.
Nội dung đề tài

- Khảo sát các tính chất hóa lý của vật liệu .
- Nghiên cứu công thức màng, tạo thành màng từ tinh bột thường và tinh bột biến
tính.
- Xử lý nhiệt nhằm tăng độ bền của màng.
- Đo và ứng dụng nhiệt độ hóa thủy tinh của màng (Tg).
1.4.

Yêu cầu

-

Tìm ra được quy trình sản xuất màng sinh học có thể làm bao bì.

-

Sản xuất thử bao bì sinh học thay thế bao nylon.

-

Bao bì phải có tính bền, dẻo, khả năng hút ẩm kém, không bị độ ẩm của vật liệu
làm hỏng, rách bao bì.

-

Bao bì phải phân hủy tốt trong môi trường.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1.

Tổng quan về bao bì

2.1.1. Khái niệm bao bì
Theo Tổng cục Tiêu chuẩn – Đo lường – Chất lượng số 23 TĐC / QĐ ngày 20
tháng 2 năm 2006:

“Bao bì là vật chứa đựng, bao bọc thực phẩm thành đơn vị để bán (bán lẻ và bán
sỉ). Bao bì có thể bao gồm nhiều lớp bọc, có thể phủ kín hoàn toàn hay chỉ bao bọc
một phần sản phẩm”.
Theo Wikipedia:
“Bao bì là một ngành khoa học, nghệ thuật và kỹ thuật của việc chứa đựng và bảo
vệ sản phẩm để phân phối, tồn trữ, buôn bán và sử dụng”.
2.1.2. Chức năng của bao bì
-

Tập hợp, chứa đựng

-

Bảo vệ

-

Thông tin: hàm lượng, cách sử dụng, bảo quản, hạn sử dụng, …

-

Giúp quá trình sử dụng, vận chuyển, phân phối dễ dàng hơn.

-

Tiếp thị (marketing).

2.1.3. Yêu cầu kỹ thuật đối với bao bì
-

Bền cơ học, bền nhiệt

-

Kín

-

Tiện lợi trong phân phối, bảo quản

-

Có tính công nghệ cao

-

Thân thiện với môi trường

-

Giá thành hạ
3


2.1.4. Một số vấn đề về việc sử dụng bao bì nylon hiện nay
2.1.4.1.

Lượng bao bì nylon được sử dụng

Ngày nay, theo xu thế phát triển của công nghiệp hoá – hiện đại hóa, bao bì nylon

là một lựa chọn tất yếu, điều này được minh chứng rất cụ thể, khi đi chợ, gần như mọi
thứ hàng hoá giao dịch xong, người mua đều được nhận hàng gói trong một bao bì là
bọc xốp nylon (chuyện gói xôi, ổ bánh mì, mớ rau sống, mớ thịt heo, ... được gói trong
lá chuối hay lá sen hiện nay là một chuyện cực kỳ hiếm thấy, gần như không còn sử
dụng nữa, mà thay vào đó là bọc nylon). Đây là một vấn đề cần phải quan tâm.
Theo số liệu thống kê của công ty Công trình Đô thị thị xã Sóc Trăng, mỗi ngày
rác thải trên dưới 80 tấn, hệ thống thu gom rác thải của công ty thu được khoảng 60
tấn / ngày, lượng rác còn lại một phần dân tự xử lý bằng cách đốt, phần còn lại bị thải
phát tán vào đất, kênh rạch, ao hồ, ... là nguồn gây ô nhiễm môi trường và là mầm
mống lan truyền, phát sinh dịch bệnh.
Đặc điểm hàm lượng rác thải sinh hoạt ở các đô thị Việt Nam được phân tích cụ
thể như sau:
Bảng 2.1: Hàm lượng rác thải sinh hoạt ở đô thị Việt Nam
(Nguồn: công ty Công trình đô thị - thị xã Sóc Trăng)
Số TT

Hàm lượng

1

Rác hữu cơ

2

Bao bì nhựa, nylon

3

Hàm lượng khác

Tỉ lệ trung bình, %
80 %
5–7%
11 – 13 %

Theo thống kê của Quỹ Tái chế thuộc Sở Tài nguyên – Môi trường thành phố Hồ
Chí Minh, hiện nay trung bình mỗi ngày thành phố Hồ Chí Minh thải ra môi trường
khoảng 50 tấn túi nylon, phần lớn trong số này là túi nylon không phân hủy sinh học.
Không chỉ sử dụng nhiều túi nylon, mà một bộ phận không nhỏ người dân thành
phố còn có hành vi ứng xử rất xấu trong việc xả thải túi nylon. Phòng Quản lý chất
thải rắn thuộc Sở Tài nguyên – Môi trường cho hay, rác là túi nylon hiện chỉ chiếm
khoảng 5 – 7 % trên tổng lượng rác thải được ghi nhận “đổ về” tại các bãi rác của
thành phố. Trong khi lượng rác thải ở các bãi rác của thành phố hiện vào khoảng 7.000
4


tấn / ngày. Như vậy mới chỉ có khoảng 35 – 40 tấn túi nylon được tập trung về các bãi
rác. Số túi nylon còn lại hẳn đã bị vứt bừa bãi xuống sông, kênh, rạch, ….

Hình 2.1: Bao nylon trên một kênh tại quận Tân Phú, ảnh chụp chiều 12 / 3 / 2009
(Nguồn: )
2.1.4.2.

Ảnh hưởng của bao bì nylon đến môi trường và con người

Túi nylon vứt bừa bãi trong môi trường đã và đang gây ra những tác hại rất lớn
cho môi trường, bởi túi nylon lẫn vào đất có thể làm chậm sự tăng trưởng của cây
trồng, ngăn cản oxygen đi qua đất, gây xói mòn đất. Túi nylon nằm kẹt sâu trong cống,
rãnh, kênh, rạch còn làm tắc nghẽn cống, rãnh, kênh, rạch, gây ngập úng bởi không có
sự tác động của nhiệt độ cao từ ánh sáng mặt trời, thì phải mất 500 – 1.000 năm, túi

nylon mới có thể bị phân hủy.
Không chỉ gây hại đối với môi trường, mà túi nylon nếu không được sử dụng đúng
cách cũng gây hại cho chính người sử dụng. Túi nylon được dùng trong đóng gói hoặc
đựng thực phẩm chủ yếu được làm từ nhựa PE (poly ethylene) hoặc PP (poly
propylene).

5


Hàm lượng của các loại nhựa này không chứa chất độc, nhưng những chất phụ gia
làm cho nhựa mềm, dẻo lại có khả năng gây độc cho người. Những phụ gia này có thể
phản ứng ở nhiệt độ 70 – 80oC, trong khi đó nhiều người dân lại có thói quen sử dụng
túi nylon đựng đồ ăn nóng tới gần 100oC.
Ở những tình huống như vậy, khả năng đồ ăn đựng trong túi bị nhiễm độc là rất
cao, đặc biệt là nhiễm chất độc DOP (dioctin phatalate). DOP là một hóa chất dẻo, có
tác dụng giống như hormone nữ, rất có hại cho nam giới và trẻ em khi cơ quan sinh
dục chưa hoàn chỉnh. Nếu bị nhiễm chất này lâu dài, các bé trai có thể bị nữ tính hóa,
vô sinh nam, còn trẻ em nữ thì có nguy cơ dậy thì sớm. DOP tồn tại 5 – 10 % trong các
hóa chất dẻo đang được sử dụng.
Túi nylon rất khó tái sử dụng, nếu thải ra mà không được thu gom sẽ gây tắc
nghẽn cống rãnh, làm ứ đọng nước thải, phát sinh ruồi, muỗi, dịch bệnh, phá hủy mỹ
quan và hệ sinh thái đô thị. Nằm lẫn trong đất, sẽ cản trở sự sinh trưởng và phát triển
của cây trồng, bởi nylon rất khó phân hủy, ...

6


Hình 2.2: Một dòng kênh đầy bao nylon, một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm
môi trường ở TP. Hồ Chí Minh
(Nguồn: )

Nguy hiểm hơn, nếu đốt không đúng cách, nylon sẽ phát thải nhiều loại khí độc,
đặc biệt là dioxin – thứ chất độc mà nhân loại đang tiến hành loại trừ theo Công ước
Stockholm về bảo vệ môi trường.
Người ta tính rằng, vứt bỏ một túi nylon chỉ tốn 1 giây, nhưng nếu không có sự tác
động bởi nhiệt độ cao của ánh sáng mặt trời thì phải mất từ 500 năm đến 1.000 năm
mới có thể phân hủy được. Tuy nhiên, nếu đốt nylon không đúng cách sẽ gây ô nhiễm
môi trường, nguy hại đến sức khỏe con người, động vật.
Theo các nhà khoa học, trong một số loại túi nylon có lẫn lưu huỳnh, dầu hỏa
nguyên chất, khi bị đốt cháy, gặp hơi nước sẽ tạo thành acid sulfuric dưới dạng các
cơn mưa acid, rất có hại cho phổi người và động vật. Tệ hơn, túi nylon làm bằng nhựa
PVC (poly vinyl chlorua) có chứa chlor, khi cháy tạo ra chất dioxin và acid
chlorhydric vô cùng độc hại.

7


2.2.

Tổng quan về Polymer sinh học

2.2.1. Khái niệm
Polymer sinh học là những polymer có khả năng tự phân hủy nhờ và sự hỗ trợ của
vi sinh vật trong tự nhiên. Sản phẩm sau khi phân hủy là CO2 và H2O, không gây ảnh
hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe con người.
Polymer được xem như là “xanh” khi thỏa mãn 2 yếu tố: phải được tạo ra từ
những nguồn nguyên liệu có thể tái tạo, đổi mới lại được, như cây trồng, và phải trở
thành phân bón sau khi phân hủy.
2.2.2. Phân loại
Polymer sinh học được chia thành 3 nhóm chính sau:
-

Polymer được tách trực tiếp từ sinh khối, như polysaccharide (tinh bột,
cellulose, chitin / chitosan) và protein (casein, gluten của bột mì).

-

Polymer được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp hóa học từ các monomer.

-

Polymer được sản xuất nhờ vi sinh vật hoặc vi khuẩn cấy truyền gene.

2.2.3. Ứng dụng của polymer sinh học
ƒ Trong y học: chất dẻo sinh học dùng làm vật liệu cấy trong phẫu thuật chỉnh
hình và mạch máu, chỉ khâu phẫu thuật, ứng dụng trong chữa mắt, …
ƒ Trong nông nghiệp: màng phủ đất, bầu ươm cây, … Sau khi phân hủy trở thành
nguồn phân bón cho cây trồng.
ƒ Bao bì: dùng làm bao bì thực phẩm, thân thiện với môi trường.
Bao bì sinh học trong tương lai sẽ thay thế cho các loại bao bì vật liệu polymer có
nguồn gốc từ dầu mỏ (như PE, PS). Cả ba loại polymer nói trên đều có hiệu quả cao và
dễ chế biến thành màng mỏng bằng công nghệ gia công chất dẻo thông thường.
2.3.

Nguyên liệu dùng làm bao bì sinh học

2.3.1. Polysaccharide
Màng polysaccharide được làm từ tinh bột, alginate, cellulose, chitosan,
carrageenan hoặc pectin, có độ cứng, giòn, rắn chắc, dày, có độ nhớt và có khả năng
tạo gel, tạo nên sự đa dạng của màng (Catherine Nettles Cutter, 2006). Trong khi màng
8

lipid có thể sản xuất ở điều kiện kỵ khí, thì màng được tạo ra từ dẫn xuất
polysaccharide có đặc tính thấm khí tốt, tăng thời gian bảo quản sản phẩm, ngoại trừ
bảo quản trong điều kiện kỵ khí (Baldwin et al., 1995). Màng polysaccharide có thể
dùng để kéo dài tuổi thọ của thực phẩm bằng cách ngăn ngừa sự khử nước, mùi hôi do
bị oxy hóa và bị nâu hóa ở bề mặt (Nisperos – Carriedo, 1994). Màng polymer này có
thể giảm sự thấm khí nhưng ưa ẩm nên ngăn hơi nước kém.
™ Tinh bột và các dẫn xuất: tinh bột biến tính (modified starches)
™ Alginate
™ Agar
™ Chitin / chitosan
9 Tinh bột biến tính: tinh bột xử lý bằng biện pháp vật lý hoặc hóa học để điều
chỉnh tính chất cho phù hợp với yêu cầu sử dụng.
9 Một số loại tinh bột biến tính
ƒ Tinh bột xay nhuyễn (mechanical damaged starch): xay hoặc dùng áp suất cao ở
các độ ẩm khác nhau, tạo thành hạt tinh bột vỡ và làm giảm vùng kết tinh:
-

Dễ phân tán và trương phồng trong nước lạnh

-

Giảm nhiệt độ hồ hóa

-

Tăng khả năng bị thủy phân

ƒ Tinh bột ép đùn (extruded starch):

-

Dễ phân tán trong nước lạnh

-

Cải thiện tính hòa tan

-

Độ sánh đặc kém

-

Hàm lượng hóa học thay đổi: maltose, isomaltose, gentiobiose

ƒ Dextrin: xử lý tinh bột có độ ẩm nhỏ hơn 15 % ở 100 – 200oC trong môi trường
acid
-

Hòa tan trong nước

-

Dung dịch keo, dính

-

Dùng làm chất kết dính và thay thế chất béo

9


2.3.2. Protein
™ Gluten
™ Casein
™ Collagen
™ Lòng trắng trứng
™ Whey protein
2.3.3. Polylactic acid
Polylactic acid (PLA) là một polymer phân hủy, được làm chủ yếu từ nguồn
nguyên liệu tái tạo trong nông nghiệp (như bắp), sau khi lên men tinh bột và ngưng tụ
acid lactic (Krishnamurthy, Demirci, Puri, & Cutter, 2004).
2.4.

Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất màng sinh học làm bao bì
Màng sinh học được dùng làm bao bì bao gói vật liệu, thực phẩm.
Quá trình sản xuất màng sinh học gồm 3 bước:

-

Bẻ gãy các liên kết nội phân tử bằng các tác nhân hóa học hoặc vật lý.

-

Loại bỏ những tác nhân hóa học và vật lý ở bước đầu.

-

Sắp xếp những liên kết tự do để tạo nên những tương tác mới, liên kết

hydrogen, tương tác kỵ nước, liên kết disulfide để thành lập mạng không gian
ba chiều mới.

2.4.1. Các phương pháp được sử dụng
- Phương pháp hóa lý: Màng được tạo ra theo 3 bước cơ bản: Đầu tiên, dùng hóa
chất phản ứng để phá vỡ liên kết disulfide, sau đó phân tán, hòa tan protein và cuối
cùng là sấy. Màng film được tạo ra bằng phương pháp đúc, sản phẩm dày khoảng 50
μm, chất lượng tốt, dùng để bọc thực phẩm, nhưng chưa trong suốt, còn mờ; hơi nước,
oxygen, dioxyd carbon có thể thấm được. Vì vậy, việc sử dụng màng để thay thế
polymer tổng hợp còn giới hạn.
- Phương pháp cơ học hoặc quá trình dẻo nóng (Jerez, A., Partal, P., et al …,
2007): thêm protein và chất dẻo hóa, cho vào máy trộn, nhào, sau đó ép đùn, ép khuôn
gia nhiệt.
10