Phân tích ảnh hưởng của thành phần tạo màng đến độ thấm ẩm và tính chất quang học của màng tinh bột bằng phương sai anova

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN TẠO
MÀNG ĐẾN ĐỘ THẮM ẨM VÀ TÍNH CHẤT QUANG HỌC
CỦA MÀNG TINH BỘT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN
TÍCH PHƯƠNG SAI ANOVA
GVHD:NGUYỄN VINH TIẾN
SVTT:NGUYỄN TRUNG HIẾU
MSSV:15128024

SKL 0 0 6 8 1 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
---------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
TÊN ĐỀ TÀI

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN TẠO
MÀNG ĐẾN ĐỘ THẤM ẨM VÀ TÍNH CHẤT QUANG
HỌC CỦA MÀNG TINH BỘT BẰNG PHƯƠNG PHÁP

PHÂN TÍCH PHƯƠNG SAI ANOVA
MÃ SỐ KHĨA LUẬN: PO.19.17
SVTH: NGUYỄN TRUNG HIẾU
MSSV: 15128024
GVHD: TS Nguyễn Vinh Tiến

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Trung Hiếu

MSSV: 15128024

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
Chuyên ngành: Polymer
1. Tên khóa luận:
2. Nhiệm vụ của khóa luận: Tạo màng từ tinh bột-gelatin và nghiên cứu ảnh hưởng
thành phần đến tính chất quang học, khả năng thấm ẩm của màng.
3. Thời gian giao nhiệm vụ khóa luận: 09/2019
4. Thời gian hồn thành khóa luận: 12/2019
5. Họ tên người hướng dẫn: T.S Nguyễn Vinh Tiến
Nội dung hướng dẫn:
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................

..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thơng qua bởi
Trưởng Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học.
Tp.HCM, ngày
TRƯỞNG BỘ MÔN

tháng

năm 2019

NGƯỜI HƯỚNG DẪN
ii


TÓM TẮT ĐỀ TÀI
1. Lĩnh vực nghiên cứu
Vật liệu polymer phân hủy sinh học có nguồn gốc đi từ tinh bột và gelatin.
2. Vấn đề nghiên cứu
Tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào có sẵn ở nước ta là tinh bột để nghiên cứu vào chế
tạo ra vật liệu polymer có khả năng phân hủy sinh học.
Chế tạo vật liệu polymer trên cơ sở nền là tinh bột và gelatin tạo ra màng polymer mỏng,
có khả năng thay thế cho các loại màng không thể phân hủy nhanh.
3. Phương pháp sử dụng
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Nghiên cứu, phân tích các thơng tin kỹ thuật liên
quan được cơng bố qua các tài liệu như sách, tạp chí khoa học, bài báo khoa học…
- Phương pháp chế tạo sản phẩm bằng cách tráng màng trên nền dĩa nhựa petri.
-

Phân tích kết quả bằng các phương pháp đo như:

-

Máy quang phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis UH5300

-

Thiết bị nhiệt quét vi sai DSC

-

Máy phân tích phổ nhiễu xạ tia X

-

Sử dụng phương pháp so sánh bằng phần mềm Minitab và phân tích phương sai với
5 yếu tố : tinh bột, gelatin, glycerol, acid acetic và curcumin.

-

4. Kết quả đạt được
Curcumin là yếu tố chính ảnh hưởng đến màu sắc màng.

-

Tinh bột là yếu tố chính ảnh hưởng đến phần trăm ánh sáng truyền qua trong ba vùng
hồng ngoại, khả kiến và tử ngoại

-

Bằng phương pháp XRD, cho thấy tinh bột có cấu trúc tinh thể nhưng bị giảm mất
phần lớn trong quá trình tạo màng.

-

Glycerol và gelatin là yếu tố ảnh hưởng độ thấm ẩm của màng tinh bột.


LỜI CẢM ƠN
Trải qua một khoảng thời gian dài học tập và và nghiên cứu với chuyên nghành Polymer
tại trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, em đã nắm bắt được nhiều kiến thức để từng bước
hoàn thiện bản thân mình hơn. Cho đến hơm nay, với bài luận văn tốt nghiệp này đã kép
lại cánh cổng trường đại học và tiến bước tiếp trên những cột mốc tương lai của bản
thân mình. Để được như vậy, đó là nhờ phần lớn công ơn của các thầy cô đã truyền đạt
nhiệt huyết những tri thức và đông lực cho em. Em xin trân thành gởi những lời cảm ơn
và lời chúc tốt đẹp nhất đến quý thầy cô.
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy NGUYỄN VINH TIẾN, giảng viên trường
đại học Sư Phạm Kỹ Thuật. Thầy là người đã tận tay hướng dẫn, dìu dắt và hỗ trợ em
trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Thầy cũng chính là người đã truyền dạy
kiến thức cho em trong khoảng thời gian học tập tại trường. Kính chúc cho thầy ln
khỏe mạnh để tiếp tục nghiên cứu và đào tạo ra những nhân tài tương lai của đất nước.
Em xin cũng xin kính gửi lời cảm ơn tới quý thầy cô trong trường đại học Sư Phạm
Kỹ Thuật, đặc biệt là thầy cô trong bộ môn khoa Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm đã tận
tình chỉ dẫn, trực tiếp giúp đỡ và em xin cảm ơn sâu sắc đến thầy Huỳnh Nguyễn Anh
Tuấn đã tạo điều kiện cho em được nghiên cứu trong môi trường tốt nhất để có thể hồn
thành bài luận này.
Gởi đến những lời cảm ơn tốt đẹp nhất đến gia đình, bạn bè đã động viên, hỗ trợ em
trong suốt quá trình em thực hiện tốt đền tài luận văn này.
Em xin chân thành cám ơn!

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019
Sinh viên thực hiện đề tài

Nguyễn Trung Hiếu

ii


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng em. Các số liệu, kết quả ghi nhận
trong luận văn là trung thực, không sao chép và chưa từng được ai cơng bố trong bất kì
đề tài nào khác. Nếu có, thì tài liệu đã được trích dẫn rõ ràng và đúng quy trình.
Sinh viên thực hiện đề tài
Nguyễn Trung Hiếu

iii


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG....................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................ii
PHỤ LỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... iii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... iv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................... 1
1.1 Giới thiệu vật liệu polymer .................................................................................. 1
1.1.1 Tổng quan về polymer ........................................................................................ 1
1.1.2 Giới thiệu polymer phân hủy từ tinh bột và cellulose ........................................ 2
1.2. Tổng quan về tinh bột ......................................................................................... 3
1.2.1 Hình dạng, kích thước của hạt tinh bột ............................................................. 3
1.2.2. Thành phần hóa học của tinh bột ..................................................................... 3

1.2.2.1. Cấu trúc của amylose ...................................................................................... 4
1.2.2.2. Cấu trúc của amylopectin................................................................................ 5
1.2.3. Tính chất của tinh bột ....................................................................................... 5
1.2.3.1. Tính hịa tan .................................................................................................... 5
1.2.3.2. Khả năng trương nở ........................................................................................ 6
1.2.3.3. Nhiệt độ hồ hóa ............................................................................................... 6
1.2.3.4. Độ trong của hồ tinh bột ................................................................................. 6
1.2.3.5. Khả năng tạo gel ............................................................................................. 7
1.2.3.6. Phản ứng tạo phức .......................................................................................... 7
1.3. Tổng quan về gelatin ........................................................................................... 7
1.3.1. Cấu trúc của gelatin .......................................................................................... 7
1.3.2. Tính chất vật lý ................................................................................................. 8
1.3.3. Tính chất hóa học ............................................................................................. 9
1.3.3.1. Tính chất gel- độ bền gel ................................................................................. 9
1.3.3.2. Độ nhớt ........................................................................................................... 9
v


1.3.3.4. Tính lưỡng tính................................................................................................ 9
1.3.3.4. Tính hịa tan của gelatin................................................................................ 10
1.3.3.5. Tính ổn định gelatin ...................................................................................... 10
1.3.3.6. Tính đơng đặc ............................................................................................... 10
1.3.4. Ứng dụng của gelatin...................................................................................... 10
1.3.4.1. Gelatin trong thực phẩm ............................................................................... 10
1.3.4.2. Gelatin trong dược phẩm .............................................................................. 10
1.3.4.3. Gelatin sử dụng làm chất keo ........................................................................ 11
1.3.5. Nguyên liệu và công nghệ sản xuất Gelatin ................................................... 11
1.3.5.1. Nguyên liệu ................................................................................................... 11
1.3.5.2. Công nghệ sản xuất Gelatin .......................................................................... 11
1.4. Tổng quan về Curcumin ................................................................................... 11

1.4.1. Cấu trúc hóa học và các đặc tính hóa lý của curcumin .................................. 12
1.4.2. Tính chất vật lý................................................................................................ 12
1.4.3. Tính chất hóa học ........................................................................................... 13
1.4.3.1. Sự điện ly ...................................................................................................... 13
1.4.3.2. Phản ứng cộng với H2 ................................................................................... 13
1.4.3.3. Phản ứng tạo phức với kim loại ..................................................................... 13
1.4.3.4. Phản ứng amin hóa ....................................................................................... 14
1.4.4. Ứng dụng của curcumin ................................................................................. 14
1.4.4.1. Hoạt tính chống oxy hóa................................................................................ 14
1.4.4.2. Hoạt tính chống đông máu ............................................................................ 15
1.4.4.3. Ngăn cản và điều trị ung thư ......................................................................... 15
1.4.4.4. Trong công nghiệp thực phẩm ....................................................................... 15
1.5. Giới thiệu về Acid acetid ................................................................................... 15
1.5.1. Tính chất vật lý acid acetic .............................................................................. 15
1.5.2. Tính chất hóa học của acid acetic................................................................... 15
1.5.3. Điều chế acid acetic ........................................................................................ 16
vi


1.5.4. Ứng dụng của acid acetic. ............................................................................... 16
1.5.4.1. Trong công nghiệp ........................................................................................ 16
1.5.4.2. Ứng dụng của acid acetic trong đời sống ...................................................... 16
1.6. Glycerol ............................................................................................................. 17
1.6.1 Ứng dụng glycerol............................................................................................ 17
1.6.1.1. Thức ăn và nước giải khát ............................................................................. 17
1.6.1.2. Nguyên liệu dược phẩm ................................................................................. 18
1.6.2. Điều chế glycerol............................................................................................. 18
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .............................................................................. 19
2.1. Nội dung đề tài .................................................................................................. 19
2.2. Hóa chất và thiết bị ........................................................................................... 19

2.2.1. Hóa chất .......................................................................................................... 19
2.2.2. Thiết bị sử dụng .............................................................................................. 19
2.3. Thực nghiệm ..................................................................................................... 20
2.3.1. Thiết kế tỷ lệ thành phần hỗn hợp .................................................................. 20
2.3.2. Quá trình tiến hành ........................................................................................ 21
2.3.3. Các phương pháp phân tích ............................................................................ 23
2.3.3.1. Khảo sát phần trăm truyền qua từ máy quang phổ UV-Vis ............................ 23
2.3.3.3. Khảo sát khả năng thấm ẩm của màng polymer ............................................ 23
2.3.3.4. Khảo sát sự thay đổi màu theo hệ màu Lab ................................................... 24
2.3.3.5. Phương pháp phân tích quét nhiệt vi sai DSC ............................................... 25
2.3.3.6 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ................................................................ 26
2.3.3.6. Phương pháp xử lí thống kê và đánh giá kết quả ........................................... 26
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 28
3.1. Phân tích kết quả đo màu L*,a*,b* và ∆𝑬 ....................................................... 28
3.1.1. Ảnh hưởng của thành phần đến giá trị màu L*. ............................................ 32
3.1.2. Ảnh hưởng của thành phần đến giá trị a* ...................................................... 33
3.1.3. Ảnh hưởng của thành phần đến giá trị b* ...................................................... 33
vii


3.1.4. Ảnh hưởng của thành phần đến giá trị ∆E..................................................... 33
3.2. Ảnh hưởng của thành phần đến khả năng truyền qua của ánh sáng. ............ 35
3.2.1. Ảnh hưởng của thành phần ở vùng hồng ngoại. ............................................ 35
3.2.2. Ảnh hưởng của thành phần ở vùng khả kiến. ................................................ 36
3.2.3. Ảnh hưởng của thành phần ở vùng tử ngoại UV ........................................... 36
3.3 Ảnh hưởng của thành phần đến khả năng thấm ẩm của màng. ...................... 36
3.4 Phân tích kết quả quét nhiệt vi sai DSC............................................................ 38
3.5. Phân tích kết quả đo phổ nhiễu xạ tia X .......................................................... 40
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 42

PHỤ LỤC ....................................................................................................... 45

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1 Tỷ lệ amylose và amylopectin của một số loại tinh bột ............................ 4
Bảng 1. 2 Tỷ lệ ánh sáng truyền qua của các dịch hồ tinh bột khác nhau. ............. 6
Bảng 1. 3 Tỷ lệ phần trăm các nguyên tố có trong gelatin ...................................... 8
Bảng 1. 4 So sánh gelatin từ da cá với gelatin từ động vật ...................................... 9
Bảng 2. 1 Thành phần các chất trong hỗn hợp....................................................... 20
Bảng 2. 2 Thành phần các chất trong hỗn hợp....................................................... 20
Bảng 3. 1. Kết quả của các phép đo tính chất màng............................................... 29
Bảng 3. 2. Kết quả phân tích ANOVA về ảnh hưởng của thành phần đến các thông
số màu L*,a*, b*, ∆𝑬 ............................................................................................... 31
Bảng 3. 3. Kết quả phân tích ANOVA về ảnh hưởng của thành phần đến %T ... 35
Bảng 3. 4 Ảnh hưởng của thành phần đến độ thấm ẩm......................................... 37

i


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1.(a) Hạt tinh bột khoai tây (b) Hạt tinh bột gạo ........................................ 3
Hình 1. 2 Cấu trúc của amylose ............................................................................... 4
Hình 1. 3 Cấu trúc của amylopectin ......................................................................... 5
Hình 1. 4. Ba thành phần chủ yếu trong curcuminoid .......................................... 12
Hình 1. 5 Cơng thức hóa học chung của curcuminoid ........................................... 12
Hình 1. 6. Phản ứng cộng hydro của curcumin ...................................................... 13
Hình 1. 7 Điều chế acid acetic từ nước nho ............................................................ 16

Hình 2. 1 Qui trình tạo màng .................................................................................. 22
Hình 2. 2 Hệ thống màu L* a*b* ............................................................................ 24
Hình 3. 1. Mối tương quan của curcumin và glycerol đến hệ số L* ...................... 32
Hình 3. 2. Ảnh hưởng của curcumin và glycerol đến sai khác màu sắc ∆E .......... 34
Hình 3. 3 Tính tương tác của glycerol và gelatin đến tác nhân thấm ẩm .............. 38
Hình 3. 4 Đồ thị kết quả phân tích DSC ................................................................. 39
Hình 3. 6 Kết quả đo của phổ XRD......................................................................... 40

ii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT

Từ viết tắt

Ghi chú

1

A0

Angstrom

2

Acid

Acid acetic

3

Gly

Glycerol

4

Gel

Gelatin

5

TB

6

Cur

Curcumin

7

DCM

Demetoxycurcumin

8

BDCM

9

ANOVA

Analysis of Variance

10

XRD

X-ray diffraction

11

DSC

Differential scanning

Tinh bột

Bisdemetoxycurcumin

calorimetry
12

ASTM

American Society for

Testing and Materials

iii


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong xã hội ngày nay, nguyên liệu từ polymer với các sản phẩm tạo ra được ưa chuộng
và sử dụng rộng rãi phổ biến vì chúng có tính chất bền, nhẹ và tiện dụng. Vì lý do đó
ngun liệu từ polymer được sử dụng để sản xuất các vật dụng thường ngày như: bao
bì, ly nhựa, thau nhựa hay ống hút bằng nhựa,.... Tuy nhiên polymer nguồn gốc từ dầu
mỏ có thời gian phân hủy trong môi trường tự nhiên rất lâu, thời gian phân hủy kéo dài
tới hàng trăm năm. Những hạt vi nhựa thấm vào lịng đất gây ảnh hưởng đến mơi trường
đất và nước. Do nhu cầu sử dụng ngày càng tăng, vấn đề ô nhiễm rác thải về nhựa trở
nên nghiêm trọng. Nhưng các giải pháp giải quyết hiện nay vẫn chưa thể nào đáp ứng
được yêu cầu xử lý rác thải một cách tối ưu nhất.
Trong những năm gần đây, mọi người đang phát động phong trào bảo vệ môi trường
bằng cách hạn chế sử dụng đồ nhựa dùng một lần thay vào đó thì sử dụng các vật dụng
tái sử dụng nhiều lần như ly thủy tinh, hay ống hút từ cỏ bàng, từ gạo…
Từ những thực trạng trên, là sinh viên khoa hóa polymer em có ý thức được rằng bản
thân có trách nhiệm nghiên cứu tìm hiểu ra các loại vật liệu có khả năng thay thế cho
các nguyên liệu nguy hại đến môi trường. Trong xu hướng nghiên cứu gần đây, vật liệu
phân hủy sinh học đang được tìm hiểu và phát triển rộng rãi. Ở Việt Nam ta, là nước có
nguồn ngun liệu nơng nghiệp phát triển, các sản phẩm từ tinh bột rất đa dạng như gạo,
sắn, ngơ, khoai… Do đó, em đã lựa chọn đề tài “Phân tích ảnh hưởng của thành phần
màng đến độ ẩm và tính chất quang học của màng tinh bột bằng phương pháp phân
tích phương sai ANOVA” để nghiên cứu về thành phần hóa học cũng như các tính chất
và ứng dụng trong ngành thực phẩm.
2. Mục đính nghiên cứu
- Tìm hiểu tính chất và các ảnh hưởng của thành phần đến màng tinh bột-gelatin .

- So sánh kiểm chứng bằng các phương pháp phân tích hiện đại (DCS,XRD) cũng như
phương pháp phương sai ANOVA.

iv


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Màng được tạo thành từ các thành phần: Tinh bột (0-12)g/Gelatin (0-12)g/Glycerol (25)g/Acid acetic (0-2)g/Curcumin (0-6)ml.
- Ảnh hưởng của thành phần màng tinh bột-gelatin đến các tính chất:
+Tính thấm ẩm.
+ Phần trăm ánh sáng truyền qua.
+ Hệ màu Lab.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp các tài liệu, tư liệu về nguồn nguyên liệu.
- Tìm hiểu phương pháp tạo màng đi từ tinh bột.
- Phương pháp tạo màng.

Tinh bột và phụ gia

Khuấy, gia nhiệt, đuổi bọt khí

Tráng màng, phơi khô

Sản phẩm
- Tỷ lệ các thành phần rắn sẽ thay đổi nhằm khảo sát khả năng cũng như ảnh hưởng của
thành phần đối với quá trình tạo màng và tính chất của màng. Tinh bột: Gelatin:
Glycerol: Curcumin: Acid acetic.
v

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Xác định được tỷ lệ thành phần từ các nguyên liệu để tạo màng tinh bột và đánh giá
được ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần đó đến các tính chất của màng.
- Ứng dụng tạo ra màng polymer phân hủy sinh học thay thế cho các sản phẩm phân hủy
kém, ứng dụng tốt trong công nghệ sản xuất thực phẩm.
6. Cấu trúc và bố cục
Bố cục của luận văn, ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và các phụ lục.
Bao gồm các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và bàn luận
Kết luận và kiến nghị.
.

vi


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu vật liệu polymer
1.1.1 Tổng quan về polymer
Polymer là các hợp chất có khối lượng phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự
lặp đi lặp lại nhiều lần những đơn vị monome (cịn gọi là các mắt xích).[1]
Các phân tử tương tự nhưng có khối lượng thấp hơn được gọi là các oligome. Được hình
thành trong tự nhiên ngay từ những ngày đầu hình thành trái đất. Chẳng hạn như
cellulose-thành phần chủ yếu của tế bào thực vật và protit-thành phần chủ yếu của tế
bào sống đều là những hợp chất quan trọng trong đời sống hàng ngày.
Từ thời xưa người ta đã biết sử dụng các vật liệu polyme tự nhiên như bông, sợi gai, tơ
tằm, len làm quần áo, da động vật để làm giày, áo quần... Người Ai cập còn biết dùng
da để làm giấy viết thư báo cho tới khi họ tìm ra phương pháp điều chế hợp chất cao
phân tử mới là giấy. Cơng trình này đã mở đầu cho các q trình gia cơng, chế tạo cấc

hợp chất polyme thiên nhiên và đi vào nghiên cứu các polyme nhân tạo.[1]
Đến năm 1933, Gay Lussac tổng hợp được polyeste va polylactic khi đun nóng với axit
lactic, Braconnot điều chế được trinitrocelluose bằng phương pháp chuyển hóa đồng
dạng và J.Berzilius là người đưa ra khái niệm về polymer. Từ đó polymer đã chuyển
sang thời kỳ tổng hợp bằng phương pháp hóa học thuần túy, đi sâu vào nghiên cứu
những tính chất của polyme nhất là những polyme tự nhiên.
Những công việc này phát triển mạnh vào cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20. Trải qua 130
năm, đến năm 1925, Staudinger đã đưa ra kết luận về cấu trúc phân tử polymer, và cho
rằng polymer có dạng sợi và lần đầu tiên dùng cụm danh từ “ cao phân tử”. thuyết này
mặc dù cịn có một số nhược điểm nhưng đã được nhiều tác giả thừa nhận nên được
dùng làm cơ sở cho đến ngày nay.
Thành công của polymer là trùng hợp polymer ở trạng thái rắn có tính bền nhiệt cao, có
tính dẫn điện, là cơ sở để hình thành nền cơng nghiệp sản xuất polymer bền nhiệt cao.
Việc can thiệp vào quá trình tạo liên kết đơi dọc theo mạch chính của polymer, tạo liên
kết sicma ,q trình “doping” hay composite đã hình thành ngành cơng nghiệp sản xuất
1


các vật liệu polymer điện tử (electronics polymer ) với rất nhiều ứng dụng như: sản xuất
các linh kiện điện tử, chip, tấm transparents, màn hình LCD, màn hình LEDs, cửa sổ
thơng minh… Bên cạnh đó việc tổng hợp các polymer có hoạt tính sinh học có tác dụng
giải thích các quá trình sống, quá trình nên men, quá trình trao đổi chất trong tế bào cơ
thể sống mà người ta goi nó là polymer sinh học (biopolymer).[1]
Trong cơng nghiệp sản xuất vật liệu polymer cũng có những bước tiến lớn trong việc
cải tiến các phương pháp gia công như phương pháp tổng hợp (compounding, blending),
đúc (casting), gia công cơ học (rolling, laminating), tráng-phủ (coating)…làm cho thời
gian đưa vào sản xuất những cơng trình nghiên cứu ngày một nhanh hơn.
Với khả năng ứng dụng trong hầu hêt các ngành phụ vụ đời sống như: công nghệ cao
su, chất dẻo, tơ sợi, thực phẩm, xây dựng, cơ khí, điện-điện tử, hành khơng, dược liệu,
màu sắc và lĩnh vực quốc phịng như: tên lửa, tàu du hành vũ tru, máy bay siêu âm.

Vấn đề tái sinh polymer hay tiêu hủy polymer là một thách thức lớn cho các nhà khoa
học và nghiên cứu cơng nghệ.[1]
1.1.2 Giới thiệu polymer có khả năng phân hủy từ tinh bột và cellulose
Các polymer có khả năng phân hủy sinh học có chức năng giống như các thành phần
của tế bào vi sinh vật. Vì vậy, để tạo ra được các loại nhựa hữu ích từ các polymer sinh
học, chúng cần được biến tính. Nguồn nguyên liệu có khả năng tái tạo được biết nhiều
nhất có khả năng tạo ra các nhựa có khả năng phân hủy sinh học là tinh bột và
cellulose.[1]
Tinh bột và cellulose không phải chất dẻo trong cấu trúc tự nhiên của chúng, nhưng khi
được chuyển hóa thành chất dẻo bằng các phương pháp khác nhau bao gồm: phương
pháp đùn, tạo các nhóm chức, và dẻo hóa. Tinh bột là một trong những nguồn vật liệu
có khả năng phân hủy sinh học rẻ nhất trên thị trường thế giới hiện nay. Nó là một
polymer sinh học sinh học có tiềm năng lớn để sử dụng trong các ngành công nghiệp
không phải thực phẩm. Các polymer trên cơ sở tinh bột có thể được chế tạo từ ngơ, gạo,
bột mì hoặc khoai tây. Tinh bột có thể chế tạo nhựa nhiệt rắn bằng cách phá vỡ hạt với
sự có mặt của một lượng chất dẻo hóa phù hợp (ví dụ nước hoặc polyancol) trong điều
kiện xác định để gia công bằng phương pháp đùn.[1]
2


Cellulose từ gỗ và cây bông là nguồn thay thế cho dầu mỏ để chế tạo nhựa cellulose.
Cấu trúc của các este cellulose bao gồm cellulose acetat (CA, cellulose acetat propionat
(CAP) và cellulose axetat butyrat (CAB). CAB và CAP hiện nay đang được sử dụng
trong sản xuất nhiều loại nhựa khác nhau. Ví dụ, tay cầm của các loại bàn chải đánh
răng thượng hạng thường được sản xuất từ CAP, tay cầm của các tơ vít thường được
làm từ CAB. Hiện nay, nhựa cellulose đã đóng vai trị quan trọng trong các công thức
chế tạo biocomposite.[1]
1.2. Tổng quan về tinh bột
Tinh bột là polysaccharide có phân tử lượng lớn, được tạo nên từ hàng trăm tới hơn 1
triệu đơn phân glucose, chúng liên kết với nhau bằng các liên kết 𝛼-glucoside.[2] Trong

thực vật, tinh bột được tổng hợp từ sự quang hợp của cây xanh trong lục lạp hay từ các
bột lạp. Phân tử tinh bột bao gồm 2 thành phần chính là amylose và amylopectin. [3]
1.2.1 Hình dạng, kích thước của hạt tinh bột
Hình dạng của tinh bột trong tự nhiên rất đa dạng, phổ biến là các hình trịn, hình bầu
dục hay hình đa giác.[1]

Hình 1. 1.(a) Hạt tinh bột khoai tây (b) Hạt tinh bột gạo [1]
Trong nguyên liệu, tinh bột tồn tại thành từng hạt có kích thước từ 0.02 đến 0.12 nm.
Có nhiều cách khác nhau để ta có thể biết được kích thước của hạt tinh bột như dùng
phương pháp lắng, sử dụng rây lọc.[3]
1.2.2. Thành phần hóa học của tinh bột
Tinh bột khơng phải là một hợp chất đồng thể mà gồm 2 polysaccharide khác nhau:
vùng vơ định hình chủ yếu là amylose và vùng kết tinh chủ yếu là amylopectin. Tỷ lệ
3


hàm lượng của amylose và amylopectin giữa những nguyên liệu không giống nhau,
thường tỷ lệ amylose và amylopectin của tinh bột xấp xỉ ¼.[1]

Bảng 1. 1 Tỷ lệ amylose và amylopectin của một số loại tinh bột [1]
Tinh bột

Amylose (%)

Amylopectin (%)

Gạo sáp

0

100

Ngơ với amylose cao

70

30

Ngơ

28

72

Sắn

17

83

Lúa mì

26

74

Khoai tây ngọt

18

82

Bột hồng tinh

21

79

Khoai tây

30

70

1.2.2.1. Cấu trúc của amylose

Hình 1. 2 Cấu trúc của amylose [3]
Amylose có cấu trúc chủ yếu là mạch thẳng, được kéo dài từ những đơn phân glucose
do sự tác động của enzyme synthate (enzyme synthate là enzyme xúc tác sự bổ sung
ADP-glucose) tạo thành chuỗi dài tới vài nghìn đơn phân glucose trong phân tử liên kết
với nhau bằng liên kết 𝛼-1,4 glucoside, chúng tạo thành xoắn lò xo, mỗi xoắn có 6 gốc
4


glucose tạo thành hình lục giác. Đường kính của xoắn ốc là 12.97 A0, chiều cao của
vòng xoắn là 7.91A0. [6] Bên ngồi vịng xoắn là những nhóm OH tương tác với nhau
giúp giữ vững cấu trúc xoắn, bên trong là nhóm CH kỵ nước giúp cho phân tử amylose
dễ dàng hấp thụ các phân tử chất béo, iot vào trong cấu trúc xoắn.[2] Chính vì amylose
ở dạng hơi xoắn nên khi tác dụng với iot, nó cuốn phân tử iot vào trong cấu trúc của nó
tạo nên phức màu xanh, đây là phản ứng đặc trưng cho tinh bột, khi ở nhiệt độ cao, các

vòng xoắn bị duỗi ra, giải phóng phân tử iot, phức mất màu. Trong phân tử amylose bao
giờ cũng có 1 đầu nhóm hydroxyl có tính khử và 1 đầu khơng khử.[3],[4]
1.2.2.2. Cấu trúc của amylopectin

Hình 1. 3 Cấu trúc của amylopectin [3]
Amylopectin được tạo thành từ các đơn phân glucose liên kết với nhau bằng liên kết 𝛼1,4 glucoside và 𝛼-1,6 glucoside, mức độ phân nhánh của amylopectin cao hơn nhiều
so với amylose.[2] Trong phân tử, liên kết 𝛼-1,4 glucoside chiếm 95%, trong khi liên
kết 𝛼-1,6 glucoside chiếm tới 5% -trung bình trong phân tử có khoảng 20000 điểm phân
nhánh. Khoảng cách giữa 2 điểm phân nhánh vào khoảng 20-30 gốc glucose, sự phân
nhánh lớn này làm cho các phân tử cồng kềnh, khó cuộn xoắn, nên khi phản ứng với iot
chỉ cho màu nâu.[5],[6]
1.2.3. Tính chất của tinh bột
1.2.3.1. Tính hịa tan
Tinh bột ở điều kiện thường khơng tan trong nước, vì vậy nó tồn tại lượng lớn trong tế
bào mà khơng ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu. Amylose khi mới tách ra khỏi hạt tinh
bột có khả năng hịa tan tốt trong nước. Tuy nhiên, chúng nhanh chóng bị thối hóa tạo
5


kết tủa. Amylopectin tan tốt trong nước ấm, trong nước lạnh chúng khó tan hơn. Khi
phân tán trong mơi trường cồn, tinh bột bị kết tủa, điều này giúp tăng hiệu suất thu hồi
tinh bột. [2],[5]
1.2.3.2. Khả năng trương nở
Khi ngâm nước ở nhiệt độ thấp, hạt tinh bột không bị hydrat hóa nên khơng trương nở.
Khi tăng dần nhiệt độ lên, hạt tinh bột sẽ hút nước và tăng nhanh thể tích do tinh bột
được cấu tạo từ các đơn phân glucose, chứa nhiều nhóm OH trong phân tử, có khả năng
tạo liên kết hydro với các phân tử nước. Nước tương tác với các mạch polysaccharide
tạo nên lớp vỏ hydrat dày, kích thước lớn làm hạt tinh bột bị trương nở. Quá trình trương
nở làm amylose được tách ra, hòa tan 1 phần vào nước. Tinh bột trương nở nguyên nhân
chính do các mạch amylopectin trong tinh bột. [1],[5]

1.2.3.3. Nhiệt độ hồ hóa
Nhiệt độ hồ hóa khơng phải là là một điểm mà là một khoảng nhất định. Nhiệt độ hồ
hóa của tinh bột được chia làm 3 nhóm: thấp (nhỏ hơn 700C), trung bình (từ 70-740C),
cao (trên 740C). [2]
1.2.3.4. Độ trong của hồ tinh bột
Độ trong của hồ tinh bột được thể hiện thông qua tỷ lệ ánh sáng ở bước sóng 650 nm
truyền qua dịch hồ tinh bột 1%. Tỷ lệ này ở mỗi loại tinh bột là khác nhau, dựa vào
thành phần và cấu trúc của chúng.[1]
Bảng 1. 2 Tỷ lệ ánh sáng truyền qua của các dịch hồ tinh bột khác nhau.[1]
Tinh bột 1%

Tỷ lệ ánh sáng truyền qua (% ở 650 nm)

Khoai tây

96

Sắn

73

Lúa mì

62

Ngơ sáp

61

Ngơ tẻ (hàm lượng amylose cao)

5
6


1.2.3.5. Khả năng tạo gel
Tinh bột được hồ hóa để chuyển sang trạng thái hòa tan, ở nồng độ đậm đặc vừa phải và
trạng thái tĩnh, tinh bột sẽ tạo gel. Gel tinh bột là tổng hợp gel mạch polysaccharide hoặc
giữa các phân tử nước với nhau. Khả năng tạo gel của của các phân tử chứa nhiều
amylose lớn hơn phân tử chứa nhiều amylopectin. [1],[6]
Độ cứng của gel tinh bột thường tăng theo nồng độ của tinh bột. Khi bảo quản càng lâu
thì độ cứng của gel càng cao. Hiện tượng này được giải thích bởi sự mất nước của tinh
bột do khả năng thối hóa của chúng.[1]
1.2.3.6. Phản ứng tạo phức
Phản ứng tạo phức của tinh bột chủ yếu là do mạch amylose. Phân tử tinh bột chứa chứa
mạch amylose tồn tại ở dạng xoắn, với mỗi vòng xoắn là 6 đơn vị glucose. Mạch này có
khả năng tạo phức với nhiều hợp chất hữu cơ có cực cũng như vơ cực bằng cách cuốn
các phân tử đó vào trong trục rỗng của cuộn xoắn.[2] Khi tham gia phản ứng tạo phức
với iot ở nhiệt độ thường, mỗi vòng xoắn sẽ cuốn lấy 1 phân tử iot và nhốt chúng trong
đó, tạo nên phức màu xanh đặc trưng. Khi tăng nhiệt độ, các vịng xoắn duỗi ra giải
phóng phân tử iot làm cho phức mất màu. Đối với các phân tử lớn hơn như các acid béo
thì số lượng vịng xoắn để cuộn được hết phân tử đó phải nhiều hơn. [1],[5]
1.3. Tổng quan về gelatin
Gelatin là một protein tinh sạch dùng trong thực phẩm, thu nhận từ sự biến tính nhiệt
phân Collagen có trong da, xương, mơ liên kết của động vật, là một loại protein phổ biến
trong giới động vật. Gelatin hịa tan khi đun nóng (khoảng 40 oC) và cô đặc khi làm lạnh,
cùng với nước ở điều kiện bình thường có dạng sệt.[8]
1.3.1. Cấu trúc của gelatin
Gelatin là một protein tạo bởi acid amin sắp xếp trên một chuỗi đường thẳng và được
liên kết bởi sự kết hợp của hai hay nhiều acid amin, là hỗn hợp dị hể các sợi polypeptid

sợi đơn và sợi đa, mỗi sợi có cấu hình proline xoắn ốc bên trái, chứa từ 300– 400 amino
acid. [7][,8]

7


Cấu trúc của Gelatin được hình thành từ sự liên kết của 18 loại amino acid khác nhau,
liên kết theo một trậtt tự nhất định, tuần hoàn. Gelatin chứa một lượng lớn glycine,
proline và 4- hydroxyproline. Cấu trúc hóa học cơ bản là –Ala-Gly- Pro-Arg-Gly-4HypGly-Pro. [7]
Hầu hết Gelatin thương mại có khối lượng phân tử từ 15000 đến 250000 đvc, thường
thì Gelatin có khối lượng phân tử từ 50000 đến 70000 đvc. [7],[8]
Gelatin cũng giống như những phân tử protein khác, thành cấu trúc chính của Gelatin là
chuỗi polypeptid lớn và phức tạp với thành phần amino acid giống như Collagen.Có 18
loại amino aicd khác nhau: Glycine, Alanine, Valine, Leucine, Isoleucine, Serine,
Threaonine, Methionine, Aspartic acid, Glutamic acid, Lysine, Hydroxylysine,
Arginine, Histidine, Phenylalanne, Tytrosine, Prolin, Hydroxyl proline. [7]
Bảng 1. 3 Tỷ lệ phần trăm các nguyên tố có trong gelatin [8]
Nguyên tố

Tỷ lệ %

C

48,7 – 51,5

H

6,5 – 7,2

N

17,5 – 18,8

O

24,2 – 26,2

S

0,3 – 0,7

Thủy phân hoàn toàn gelatin sẽ thu được hỗn hợp 18 amino acid với tỷ lệ các loại acid
amin này có thể thay đổi tùy theo nguyên liệu tách chiết gelatin và q trình chế biến
gelatin.[7]
1.3.2. Tính chất vật lý
Gelatin thương mại ở dạng tinh khiết, khô, không mùi, khơng vị, cứng, giịn, màu vàng
rất nhạt đến hổ phách, trong suốt, có độ ẩm từ 9-12% và tỉ trọng 1,3-1,4. [7] Gelatin là
một thực phẩm, không phải là phụ gia thực phẩm nên khơng có giới hạn sử dụng. Tính
chất gelatin phụ thuộc vào pH, nguyên liệu thu nhận, nhiệt độ, nồng độ, thời gian và
8


phương pháp chế biến. Gelatin là một chất keo sinh học được ứng đụng nhiều trong sản
xuất keo.[7],[8]
1.3.3. Tính chất hóa học
1.3.3.1. Tính chất gel- độ bền gel
Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ gelatin và khả năng hình thành gel. Gelatin có khả
năng hình thành và ổn định liên kết hydro với phân tử nước để hình thành dạng cấu trúc
gel ổn định 3 chiều. [8]
Bảng 1. 4 So sánh gelatin từ da cá với gelatin từ động vật [8]

Gelatin động vật

Gelatin cá
Khối lượng phân tử nhỏ

Khối lượng phân tử lớn

Mạch polypeptid ngắn

Mạch polypeptid dài

Độ Bloom thấp

Độ Bloom cao

Nhiệt độ tạo gel thấp (8-100C)

Nhiệt độ tạo gel cao (30- 350C)

Hàm lượng proline và hydroxyproline thấp

Hàm lượng proline và hydroxyproline
cao

1.3.3.2. Độ nhớt
Độ nhớt cũng quan trọng như khả năng tạo gel và cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, lẫn nồng
độ. [8] Độ nhớt tỉ lệ thuận với nồng độ dung dịch và tỉ lệ nghịch với nhiệt độ. Dưới
200C, dung dịch sẽ tồn tại ở dạng gel (ngoại trừ nồng độ quá thấp). Trong khoảng 20350C, dung dịch vừa tồn tại ở dạng gel vừa tồn tại ở dạng dung dịch nhớt hoặc ở dạng
chất lỏng có độ nhớt không ổ định. Trên 350C, các phân tử gelatin trở nên rời rạc, cho
dù có tăng nồng độ gelatin trong dung dịch thì chúng vẫn khơng liên kết với nhau.[7],[8]

1.3.3.4. Tính lưỡng tính
Gelatin là một protein điển hình, có khả năng hoạt động như một acid hay một base.
Tính chất lưỡng tính là do các nhóm cacboxyl (- COOH) thể hiện tính acid, và nhóm
amin ( -NH2) thể hiện tính kiềm được tạo ra trong suốt quá trình thủy phân. Một cách
9