BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

HỖN HỢP NHỰA POLYPROPYLENE /
MÀNG TINH BỘT ĐƯỢC HÓA DẺO BẰNG
MONOGLYCERIDE LỎNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

PGS. TS. Hà Thúc Huy

Lê Thị Mộng Tuyền

CNKH. Trần Thảo Nguyên

MSSV: 2082247
Ngành: Công Nghệ Hóa Học – Khóa 34

Tháng 05/2012


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
--------------***********

Cần Thơ, ngày 02 tháng 01 năm 2012

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Năm học: 2011 - 2012

1. Sinh viên thực hiện
- Họ và tên: Lê Thị Mộng Tuyền
- MSSV: 2082247
- Ngành: Công nghệ Hóa học
- Khóa: 34

2. Tên đề tài
Hỗn hợp nhựa polypropylene/màng tinh bột được hóa dẻo bằng
monoglyceride lỏng.

3. Địa điểm thực hiện
- Phòng thí nghiệm polymer - Khoa Hóa - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Tp. HCM.
- Phòng thí nghiệm Vật liệu composite - Khoa Công nghệ - Trường Đại học
Cần Thơ.

4. Cán bộ hướng dẫn
- PGS.TS. Hà Thúc Huy – Khoa Hóa – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên –
Tp. Hồ Chí Minh.
- CNKH. Trần Thảo Nguyên – Khoa Khoa học vật liệu - Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên – Tp. Hồ Chí Minh.


5. Mục tiêu đề tài
- Khảo sát chế tạo hỗn hợp nhựa polypropylene/màng tinh bột nhiệt dẻo.
- Khảo sát các tính chất cơ, nhiệt của sản phẩm.


6. Các nội dung chính của đề tài
- Phần 1: Tổng hợp monoglyceride lỏng từ dầu đậu nành.
- Phần 2: Tạo màng tinh bột nhiệt dẻo bằng phương pháp dung dịch.
- Phần 3: Tạo hỗn hợp nhựa polypropylene/màng tinh bột nhiệt dẻo bằng
phương pháp trộn nóng chảy.
- Phần 4: Xác định cơ, nhiệt của sản phẩm.
- Phần 5: Xử lý số liệu thu được, rút ra kết luận.

7. Kinh phí dự trù: 1 000 000 đ.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ

PGS. TS. Hà Thúc Huy

CNKH. Trần Thảo Nguyên

Lê Thị Mộng Tuyền

Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN

Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG LV&TLTN



Đại học Quốc gia TpHCM
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Khoa Hóa

Nhận xét và đánh giá của cán bộ hướng dẫn

1.

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Hà Thúc Huy - GV. Trần Thảo Nguyên.

2.

Đề tài: “Hỗn hợp nhựa PP/màng tinh bột được hóa dẻo bằng monoglyceride
lỏng’’.

3.

Sinh viên thực hiện: Lê Thị Mộng Tuyền
Mã số sinh viên: 2082247
Lớp: Công nghệ Hóa học K34

4.

Nội dung nhận xét:

Trong thời gian thực hiện luận văn tại Phòng thí nghiệm polymer – ĐH KHTN
TpHCM, sinh viên Lê Thị Mộng Tuyền đã thể hiện một số tính cách cần thiết của
một người nghiên cứu khoa học trẻ như: năng động, thông minh, ham mê nghiên

cứu. Tính cách nổi bật của em trong thời gian này là tính hòa đồng và tinh thần làm
việc theo nhóm – một tính cách rất cần thiết cho chặng đường vào đời của em.
Chúng tôi đánh giá cao những gì mà em đã thể hiện trong 4 tháng vừa qua, từ
mối quan hệ bạn bè, thầy – trò, cho đến những kết quả của luận văn.
Điểm :
Tp Cần Thơ, ngày 12 tháng 5 năm 2012
Người nhận xét

Hà Thúc Huy


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN


 ............................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................

..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
Cần Thơ, ngày ……. tháng ……. năm 2012
Cán bộ phản biện

TS. Trương Chí Thành


LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin chân thành cảm ơn PGS TS. Hà Thúc Huy, Cô Trần Thảo
Nguyên đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho em những kiến thức quý báo về chuyên
ngành polymer, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em xin cảm ơn TS. Trương Chí Thành đã luôn quan tâm, động viên, tạo mọi điều
kiện thuận lợi cũng như đưa ra những lời khuyên, lời chỉ dạy hữu ích cho em.
Em xin cám ơn TS. Hà Thúc Chí Nhân, anh Tâm, anh An, anh Mão, anh Nhân,
anh Hồng, anh Trung, chị Thư, chị Vy, chị Thúy cùng các anh chị và các bạn ở phòng
thí nghiệm I65 và phòng thí nghiệm F211 đã giúp đỡ cho em về hóa chất, dụng cụ, máy
móc, giúp đỡ em giải quyết những thắc mắc khó khăn trong quá trình làm thí nghiệm.
Em đã học tập được rất nhiều nơi các anh chị và các bạn về nghiên cứu, cách tìm tài
liệu, cách phân tích một vấn đề và cách làm quen để làm việc tốt trong môi trường mới.
Đây sẽ là gói hành trang vô cùng hữu ích cho em khi vào đời.
Em xin cám ơn Cô Cao Lưu Ngọc Hạnh, Thầy Trần Nam Nghiệp, Thầy Nguyễn
Việt Bách, Cô Nguyễn Thị Bích Thuyền và các Thầy Cô trong bộ môn đã dạy dỗ em
trong suốt thời gian qua, tạo điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt luận văn
này.
Cám ơn các bạn lớp Công nghệ hóa k34 đã luôn ủng hộ và giúp đỡ tôi. Đặc biệt

cám ơn Sơn và Sử đã luôn sát cánh bên tôi trong thời gian làm luận văn.
Xin gởi lời cám ơn sâu sắc đến những người thân yêu quý của con. Con cảm ơn
ba mẹ đã luôn quan tâm, ủng hộ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để con yên tâm học tập.


MỞ ĐẦU

Hiện nay việc sử dụng bao bì nhựa để đựng đồ mỗi khi đi siêu thị mua sắm hay trong
sinh hoạt hàng ngày đã trở thành thói quen của mọi người. Mặc dù đã có những khuyến
cáo về vấn nạn ô nhiễm do bao bì nhựa mạng lại và đã có các loại bao bì giấy thay thế,
nhưng con người không thể phủ nhận sự tiện lợi của bao bì nhựa và tiếp tục sử dụng bất
chấp lời cảnh báo "Một thời gian đến chúng ta sẽ đi lại trên các đống rác bao bì”. Ở Việt
Nam mỗi năm sử dụng khoảng nửa triệu tấn chất dẻo để làm bao bì nhựa và con số này
ngày một tăng.
Để giải quyết vấn đề này, nhà nước đã thực hiện đánh thuế mạnh lên mặt hàng nhựa,
bao bì nhằm hạn chế lượng sử dụng. Tuy nhiên phương án này chỉ là giải pháp tạm thời,
ảnh hưởng đến đời sống người dân. Vì thế, việc nghiên cứu tìm ra loại vật liệu thay thế đáp
ứng được yêu cầu của người tiêu dùng, thân thiện môi trường và giá thành hợp lý đang là
vấn đề cấp thiết.
Việc sử dụng các loại bao bì nhựa không có khả năng tự phân hủy như hiện nay đã
ảnh hưởng rất nhiều đến môi trường. Hỗn hợp nhựa/tinh bột có thể giải quyết vấn đề này.
Tuy nhiên, vấn đề là phải tìm ra điều kiện, tỉ lệ phối trộn, phụ gia… để thu được sản phẩm
vừa có cơ tính đáp ứng yêu cầu, vừa thân thiện môi trường và giá thành phù hợp với người
tiêu dùng.


MỤC LỤC
Trang
LỜI CÁM ƠN ................................................................................................................. i
MỞ ĐẦU.. ..... ................................................................................................................ii

MỤC LỤC ..... ...............................................................................................................iii
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................... ix
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................... x
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................... 1

1.1 Polymer phân hủy sinh học ....................................................................... 1
1.2 Tinh bột ........................................................................................................... 2
1.2.1 Giới thiệu................................................................................................... 2
1.2.2 Polymer tinh bột........................................................................................ 3
1.2.3 Tinh bột đóng vai trò là chất độn ............................................................. 4
1.2.4 Thành phần hóa học của tinh bột ............................................................. 5
1.2.4.1 Thành phần cấu trúc của amylose ...................................................... 5
1.2.4.2 Thành phần cấu trúc của amylopectin................................................ 6
1.2.5 Cấu trúc bên trong hạt tinh bột................................................................ 7
1.2.6 Các tính chất của tinh bột......................................................................... 8
1.2.6.1 Tính chất hấp thụ ............................................................................... 8
1.2.6.2 Độ hoà tan của tinh bột...................................................................... 9
1.2.6.3 Sự trương nở và hiện tượng hồ hoá của tinh bột................................. 9
1.2.6.4 Độ nhớt của hồ tinh bột.................................................................... 10
1.2.6.5 Khả năng tạo gel và sự thoái hoá gel tinh bột................................... 11
1.2.6.6 Phản ứng với iot.............................................................................. 11
1.2.6.7 Khả năng tạo phức.......................................................................... 12
1.2.6.8 Tính chất lưu biến ............................................................................ 12
1.2.6.9 Khả năng tạo hình của tinh bột ........................................................ 12


1.2.6.10 Khả năng phồng nở của tinh bột..................................................... 13
1.2.7 Sinh tổng hợp tinh bột............................................................................. 13
1.2.8 Tính phân hủy sinh học của tinh bột ...................................................... 13

1.2.9 Tinh bột nhiệt dẻo ................................................................................... 14

1.3 Tổng hợp monoglyceride từ dầu đậu nành .........................................16
1.3.1 Giới thiệu dầu đậu nành ......................................................................... 16
1.3.2 Giới thiệu monoglyceride........................................................................ 17
1.3.3 Các phương pháp tổng hợp monoglyceride ........................................... 19
1.3.3.1 Ester hóa trực tiếp glycerol với các acid béo.................................... 19
1.3.3.2 Transester hóa glycerol với các ester của acid béo .......................... 19
1.3.3.3 Transester hóa glycerol với dầu thực vật và mỡ động vật ................. 20
1.3.3.4 Bảo vệ nhóm hydroxyl của glycerol.................................................. 20
1.3.4 Ứng dụng của monoglyceride ................................................................. 21

1.4 Nhựa polypropylene (PP) .........................................................................21
1.4.1 Giới thiệu................................................................................................. 21
1.4.2 Cấu trúc................................................................................................... 22
1.4.3 Tính chất.................................................................................................. 22
1.4.4 Tổng hợp.................................................................................................. 23
1.4.5 Gia công................................................................................................... 24
1.4.6 Ứng dụng ................................................................................................. 25

1.5 Chất trợ tương hợp PP-g-AM .................................................................28
1.5.1 Anhydride maleic .................................................................................... 28
1.5.2 Polypropylene ghép anhydride maleic (PP-g-AM) ................................ 28
1.5.3 Điều chế PP-g-AM................................................................................... 29

1.6 Các phương pháp phân tích và kiểm tra tính chất sản phẩm .......29
1.6.1 Phân tích cơ lý động (Dynamic mechanical analysis - DMA)................ 29
1.6.2 Nhiệt lượng kế quét vi sai (DSC) ............................................................ 31



1.6.3 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) ................................. 32
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................................... 34

2.1 Mục tiêu đề tài .............................................................................................34
2.2 Hóa chất – thiết bị ......................................................................................34
2.2.1 Hóa chất................................................................................................... 34
2.2.2 Thiết bị..................................................................................................... 34

2.3 Thực nghiệm ................................................................................................36
2.3.1 Tổng hợp monoglyceride lỏng từ dầu đậu nành .................................... 36
2.3.2 Tạo màng tinh bột nhiệt dẻo ................................................................... 37
2.3.3 Tạo hỗn hợp nhựa PP/màng tinh bột nhiệt dẻo ..................................... 38
2.3.4 Tạo mẫu đo cơ tính ................................................................................. 39
2.3.4.1 Mẫu đo DMTA ................................................................................. 39
2.3.4.2 Mẫu đo kéo ...................................................................................... 40
2.3.5 Các phương pháp đo cơ lý và kiểm tra tính chất sản phẩm .................. 41
2.3.5.1 Đo DMA .......................................................................................... 41
2.3.5.2 Đo kéo ............................................................................................. 41
2.3.5.3 Đo DSC ........................................................................................... 42
2.3.5.4 Đo TGA ........................................................................................... 42
2.3.5.5 Đo chỉ số chảy ................................................................................. 42
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ - BIỆN LUẬN...................................................................... 43

3.1 Khảo sát lưu biến của hỗn hợp nhựa PP/màng tinh bột nhiệt dẻo
………… . ..............................................................................................................43
3.2 Khảo sát tính chất cơ lý của hỗn hợp nhựa PP/màng tinh bột nhiệt
dẻo…………. ..............................................................................................................46
3.3 Khảo sát tính chất nhiệt của hỗn hợp nhựa PP/màng tinh bột nhiệt
dẻo…………. ..............................................................................................................49
3.4 Khảo sát độ bền nhiệt của hỗn hợp nhựa PP/màng tinh bột nhiệt

dẻo…………. ............................................................................................................51


3.5 Khảo sát khả năng gia công của hỗn hợp nhựa PP/màng tinh bột
nhiệt dẻo……. ............................................................................................................52
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ................................................................... 53

4.1 Kết luận .........................................................................................................54
4.2 Kiến nghị .......................................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Tinh bột sắn 1500X............................................................................................ 3
Hình 1.2 Cấu tạo của tinh bột ........................................................................................... 5
Hình 1.3 Cấu trúc amylose ............................................................................................... 6
Hình 1.4 Amylose và amylopectin.................................................................................... 6
Hình 1.5 Hình minh họa cấu trúc hạt tinh bột ................................................................... 8
Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc của tinh bột trong quá trình hóa dẻo .......................................... 14

Hình 1.7 Quy trình tổng hợp monoglyceride bằng cách bảo vệ nhóm hydroxyl .... 20
Hình 1.8 Quy trình tổng hợp 1-monoglyceride................................................................ 21
Hình 1.9 Cấu trúc isotactic, syndiotactic và atactic của polypropylene............................ 22
Hình 1.10 Phản ứng trùng hợp polypropylene bằng xúc tác ............................................ 24
Hình 1.11 Các sản phẩm được làm từ Polypropylene...................................................... 27
Hình 1.12 Cấu trúc hóa học của anhydride maleic .......................................................... 28
Hình 1.13 Cấu tạo thiết bị buồng phân tích nhiệt vi sai ................................................... 32
Hình 2.1 Quy trình tổng hợp monoglyceride lỏng ........................................................... 36
Hình 2.2 Quy trình tạo màng tinh bột nhiệt dẻo .............................................................. 37

Hình 2.3 Quy trình tạo hỗn hợp PP/màng tinh bột nhiệt dẻo ........................................... 38
Hình 2.4 Hình dạng mẫu đo DMA sau khi phun ............................................................. 40
Hình 2.5 Hình dạng mẫu kéo theo chuẩn ISO 527-2-5A ................................................. 41
Hình 3.1 Giản đồ DMA của mẫu màng tinh bột nhiệt dẻo (hàm lượng chất hóa dẻo là 20%
glycerol và 10% monoglyceride lỏng) ............................................................................ 43
Hình 3.2 Đồ thị modul tích (G’) của các mẫu hỗn hợp PP/màng tinh bột nhiệt dẻo và mẫu
trắng
.............................................................................................................. 43
Hình 3.3 Đồ thị modul thoát (G”) của các mẫu hỗn hợp PP/màng tinh bột nhiệt dẻo và mẫu
trắng
.............................................................................................................. 44
Hình 3.4 Đồ thị tan(δ) của các mẫu hỗn hợp PP/màng tinh bột nhiệt dẻo và mẫu trắng .......
...... ..... ..... ..... .............................................................................................................. 45


Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn modul kéo của các mẫu hỗn hợp PP/màng tinh bột nhiệt dẻo......
...... ..... ..... ..... .............................................................................................................. 46
Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn ứng suất kéo của các mẫu hỗn hợp PP/màng tinh bột nhiệt dẻo ..
...... ..... ..... ..... .............................................................................................................. 47
Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn độ biến dạng của các mẫu hỗn hợp PP/màng tinh bột nhiệt dẻo ..
...... ..... ..... ..... .............................................................................................................. 48
Hình 3.8 Giản đồ DSC của mẫu màng tinh bột nhiệt dẻo (hàm lượng chất hóa dẻo là 20%
glycerol và 10% monoglyceride lỏng) ............................................................................ 49
Hình 3.9 Giản đồ DSC của các mẫu hỗn hợp PP/màng tinh bột nhiệt dẻo và mẫu trắng ......
...... ..... ..... ..... .............................................................................................................. 49
Hình 3.10 Giản đồ TGA của các mẫu hỗn hợp PP/màng tinh bột nhiệt dẻo..................... 51
Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn chỉ số chảy của các mẫu hỗn hợp PP/màng tinh bột nhiệt dẻo...
...... ..... ..... ..... .............................................................................................................. 53



DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Nhiệt độ hồ hoá của một số tinh bột tự nhiên .................................................. 10
Bảng 1.2: Các hằng số vật lý và hàm lượng trung bình của các acid béo có chủ yếu trong
dầu đậu nành 17
Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật của polypropylene ............................................................. 25
Bảng 2.1: Thành phần của màng tinh bột nhiệt dẻo......................................................... 37
Bảng 2.2: Thành phần của các mẫu trộn nóng chảy......................................................... 39
Bảng 2.3: Kích thước mẫu đo DMA sau khi phun........................................................... 40
Bảng 2.4: Kích thước mẫu đo kéo theo tiêu chuẩn ISO 527-2-5A ................................... 41
Bảng 3.1: Kết quả đo kéo của các mẫu hỗn hợp PP/màng tinh bột nhiệt dẻo ................... 46
Bảng 3.2: Các thông số trên giản đồ TGA....................................................................... 51
Bảng 3.3: Kết quả đo chỉ số chảy (180oC, tạ 2,16kg) ...................................................... 52


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
TGA......................................... Thermo Gravimetry Analysis
DMA........................................ Dynamic mechanical analysis
DSC ......................................... Differential Scanning Calorimetry
AM .......................................... Anhydride Maleic
MFI .......................................... Melt Flow Index
MFR......................................... Melt Flow Rate
Tg ............................................. Glass Temperature
Tm ............................................ Melt Temperature
PP ............................................ Polypropylene
PP-g-AM.................................. Polypropylene ghép Maleic anhydride
PE-g-AM.................................. Polyethylene ghép Maleic anhydride


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN

1.1 Polymer phân hủy sinh học [1], [2], [3], [4]
Polymer phân hủy sinh học là polymer dễ bị phân hủy bởi hoạt động của sinh vật.
Quá trình phân hủy này dẫn đến giảm khối lượng phân tử của polymer. Polymer được gọi
là polymer phân hủy sinh học khi polymer đáp ứng một số tiêu chuẩn quan trọng như sau:
- Polymer phân hủy sinh học được sản xuất phải phân hủy được với tốc độ phù hợp
khi xử lý bằng các biện pháp xử lý chất thải thông thường như ủ thành phân, xử lý nước
thải, khử nitrat, xử lý bùn kỵ khí.
- Sản phẩm phân hủy cuối cùng của polymer phân hủy sinh học phải là các carbon
dioxide, nước, khoáng chất, sinh khối, đất mùn.
- Quá trình phân hủy phải an toàn, không gây hại đến môi trường cũng như đến sản
phẩm khác của quá trình xử lý chất thải.
Hiện nay polymer phân hủy sinh học được đa số các nhà khoa học phân loại theo
nguồn gốc như sau:
- Polymer phân hủy sinh học có nguồn gốc tự nhiên được chia làm sáu nhóm:
Polysaccharides (tinh bột, xenlulô, lignin, chitin); Proteins (gelatine, casein, gluten lúa mì,
tơ và len); Lipids (dầu động và thực vật); polyesters từ thực vật (polyhydroxy-alcanoates,
poly-3-hydroxybutyrate); polyesters tổng hợp từ các monomers dẫn xuất sinh học
(polylactic acid) và cao su tự nhiên.
- Polymer phân hủy sinh học có nguồn gốc từ dầu mỏ được chia làm bốn nhóm:
Polyesters béo (polyglycolic acid, polybutylene succinate, polycaprolactone); Polyesters
thơm (terephthalate); Polyvinylalcohol; Polyolefins được biến tính (polyethylene hay
polypropylene được bổ sung chất nhạy sáng hoặc nhạy nhiệt độ).
Tác nhân gây phân hủy sinh học của các loại polymer này cũng khá đa dạng, có thể
phân hủy bởi enzyme hoặc sản phẩm của enzyme, vi sinh vật. Ngay cả các sinh vật cũng
có thể góp phần vào quá trình phân hủy polymer bằng cách ăn, tiêu hóa, làm đứt mạch
giảm cơ tính, lão hóa. Thường quá trình phân hủy sinh học bao gồm hai bước chính. Bước
một là sự giảm cấp của polymer. Bước hai là quá trình khoáng hóa chuyển thành các
hợp chất như CO2, CH4, H2, H2O, N2, sinh khối,

SVTH: Lê Thị Mộng Tuyền


1


khoáng,... Nhìn chung thì tác nhân chủ yếu vẫn do sự xúc tác phân hủy của các enzyme.
Enzyme là chất xúc tác sinh học có tác dụng làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản
ứng phân hủy. Enzyme là các protein hoặc dây polypeptid của amino acid với cấu trúc ba
chiều khá phức tạp. Khả năng hoạt động của enzyme phụ thuộc nhiều vào cấu trạng.
Enzyme có một bề mặt hoạt động. Bề mặt này tương tác với chất nền dẫn đến phản ứng
hóa học xảy ra hoặc có thể làm thay đổi sản phẩm của phản ứng. Do đó, mỗi enzyme
thường chỉ xúc tác được một phản ứng nhất định. Thông thường, để hoạt động hiệu quả,
các enzyme thường kết hợp với các tác nhân đồng xúc tác như ion kim loại hoặc các hợp
chất hữu cơ.
Tùy thuộc cơ chế hoạt động của enzyme, ta có hai cơ chế khác nhau gây phân hủy
sinh học polymer. Trước tiên cần kể đến cơ chế thủy phân. Cơ chế này phù hợp cho các
polymer có liên kết glycoside (liên kết giữa các phân tử đường), peptide, và ester. Các liên
kết này dễ bị thủy phân bởi một số enzyme xúc tác cho phản ứng oxi hóa. Các enzyme này
thường tạo ra các chất oxi hóa trong quá trình hoạt động như O2, H2O2 hoặc chính enzyme
đóng vai trò như chất oxi hóa.

1.2 Tinh bột
1.2.1 Giới thiệu [5], [6]
Trong tự nhiên, tinh bột là dạng phổ biến đứng thứ hai sau xenllulose, được tổng hợp
dưới năng lượng mặt trời. Nó còn là nguồn dự trữ của các loại cây trồng và cung cấp cho
các sinh vật không có khả năng quang hợp. Các nguồn tinh bột quan trọng nhất trong
ngành công nghiệp là ngô, lúa mì, khoai tây, sắn và lúa.
Sản lượng ngô ở Mỹ trong năm 2003 đã vượt qua con số 10 tỷ giạ (560 tỷ kg) và từ
năm 1970-2000 tăng từ 80 đến 140 tỷ giạ ( từ 4480 đến 7840 tỷ kg). Ở châu Âu, sản lượng
tinh bột ngô trong năm 2001 là 8,4 triệu tấn.
Trong các thập niên gần đây giá của tinh bột ngô và tinh bột khoai tây giảm đáng kể

(ở châu Âu và châu Mỹ), trong khi trước năm 1990-2001 giá tinh bột lúa mì ở châu Âu vẫn
không đổi.
Vì tinh bột có nhiều trong tự nhiên, giá thành thấp, có thể phân hủy sinh học hoàn
toàn trong các môi trường khác nhau nên nó đã được các nhà khoa học chú ý. Trong 15
năm gần đây, tinh bột đã được thêm vào polymer để thay thế các polymer dựa trên hóa học
dầu mỏ.

SVTH: Lê Thị Mộng Tuyền

2


Hình 1.1 Tinh bột sắn (độ phóng đại 1500 lần) [6]
1.2.2 Polymer tinh bột [5]
Tinh bột gồm hai thành phần chính: amylose (khoảng 20%) và amylopectin (khoảng
80%). Cấu trúc chủ yếu của amylose và amylopectin rất giống nhau. Cả hai đều là các
chuỗi dài bao gồm các đơn vị glucose mà không có bất cứ phân tử đường nào. Các đơn vị
glucose nối với nhau bằng nối α-(1,4). Một số chuỗi có các nhánh nối với các chuỗi khác
bằng nối α-(1,6). Amylose và amylopectin được phân biệt bằng kích thước và hình dạng
khác nhau. Tỷ lệ amylose và amylopectin thay đổi tùy theo loại thực vật.
Tinh bột là một trong những hydrat-cacbon đáng chú ý bởi vì nó tìm thấy trong tự
nhiên giống các hạt riêng rẽ. Điều này là do sự kết tinh của các mạch nhánh ngắn
amylopectin hình thành các cấu trúc xoắn ốc. Các hạt tinh bột thể hiện các đặc tính ưa
nước và sự liên kết mạnh giữa các phân tử qua nối hydro của các nhóm hydroxyl trên bề
mặt hạt. Điểm nóng chảy của tinh bột tự nhiên cao hơn nhiệt độ phân hủy nhiệt. Trong các
chất dẻo, các hạt tinh bột kết tinh có thể được sử dụng như những chất làm đầy hoặc bị
biến đổi thành tinh bột nhiệt dẻo dạng mà có thể gia công riêng hoặc kết hợp với các
polymer tổng hợp khác.
Các polymer tinh bột được tạo ra từ việc chiết tinh bột. Lấy ví dụ ở ngô: tinh bột
được chiết từ hạt bằng cách nghiền ướt. Đầu tiên hạt được làm mềm bằng cách dập nó

trong dung dịch acid loãng, sau đó được nghiền thô để làm vỡ hạt và khử mầm chứa dầu.
Việc nghiền mịn hơn làm tách rời cấu trúc từ nội nhũ (phần mà được quay ly tâm để tách
protein) có tỷ trọng nhỏ hơn, từ tinh bột có tỷ trọng lớn hơn. Sau đó tinh bột dạng huyền
phù đặc được rửa trong một máy ly tâm, khử nước và được sấy khô. Trước hoặc sau khi
sấy khô, tinh bột có thể được xử lý bằng một số cách để cải thiện các tính chất của nó.

SVTH: Lê Thị Mộng Tuyền

3


Việc thêm các chất hóa học dẫn đến sự biến đổi cấu trúc tinh bột thường được cho là
‘biến tính hóa học’. Tinh bột được biến tính là tinh bột được xử lý bằng các chất hóa học
để thay thế các nhóm hydroxyl bằng các nhóm như ester hoặc eter. Các chất dẻo với hàm
lượng tinh bột cao có tính ưa nước cao và dễ dàng phân hủy khi tiếp xúc với nước. Sự biến
tính hóa học với mức độ rất thấp có thể cải thiện đáng kể tính ưa nước, cũng như làm thay
đổi các đặc tính lưu biến, tự nhiên và cơ học khác của tinh bột. Liên kết ngang ở trong hai
nhóm hydroxyl trên các phân tử tinh bột kề nhau được liên kết với nhau về mặt hóa học
cũng là một dạng biến đổi hóa học. Liên kết ngang ngăn chặn sự trương phồng hạt khi tạo
gel và làm tăng tính bền với acid, xử lý nhiệt và các lực cơ học. Tinh bột được biến tính
hóa học có thể được sử dụng trực tiếp ở dạng viên hoặc ở dạng được sấy khô khác tạo ra
sản phẩm cuối cùng.
1.2.3 Tinh bột đóng vai trò là chất độn [5]
Tinh bột được sử dụng như là một chất độn tự nhiên trong các chất dẻo truyền thống.
Trên thực tế, sự phân hủy của các thành phần tinh bột bởi vi khuẩn làm tăng tính xốp tăng
sự hình thành lỗ trống và mất đi tính nguyên vẹn của nền chất dẻo. Thông thường, tinh bột
được thêm với hàm lượng khá thấp (6-15%). Toàn bộ quá trình phân hủy của các vật liệu
này thu được bằng việc sử dụng thay đổi các hợp chất kim loại, dung dịch trong nền nhiệt
dẻo như các chất trợ oxy hóa xúc tác cho quá trình oxy hóa bằng ánh sáng và oxy hóa bằng
nhiệt.

Polyethylene độn tinh bột chứa các chất trợ oxy hóa thường được sử dụng làm màng
phủ trong nông nghiệp, làm các túi và ứng dụng trong công nghiệp đóng gói. Tinh bột ngô
được xử lý bằng một tác nhân có nối silan để làm cho nó tương hợp hơn với các polymer
kỵ nước, sau đó được làm khô đến khi lượng nước ít hơn 1%. Sau đó nó được trộn với các
chất phụ gia khác như chất béo không no hoặc là acid béo tự oxy hóa tạo hỗn hợp nước cái.
Sau đó polymer có thể được xử lý bằng các phương pháp thông thường gồm thổi khuôn, ép
phun và đúc thổi.
Người ta phải giữ nhiệt độ thấp hơn 230oC để ngăn chặn quá trình phân hủy của tinh
bột và giảm tối thiểu việc để hỗn hợp nước cái ngoài không khí để tránh sự hấp thụ nước.
Việc thêm trực tiếp tinh bột và chất tự oxy hóa mà không cần tạo hỗn hợp nước cái cũng có
thể được sử dụng. Với điều này yêu cầu một số thiết bị đặc trưng, nó chỉ có ý nghĩa đối với
các thể tích lớn. Dưới các điều kiện thích hợp, thời gian phân hủy của các túi mang được
chôn bao gồm chất phụ gia với trên 6% tinh bột sẽ giảm từ hàng trăm năm xuống còn 3 đến
6 năm.
SVTH: Lê Thị Mộng Tuyền

4


Trong các hệ vật liệu độn tinh bột khác, có một số có khả năng phân hủy sinh học
hoàn toàn như tinh bột/poly(ε-caprolactone) (PLC), một số phân hủy sinh học một phần
như tinh bột/polyvinylchloride/PLC và các dẫn xuất của nó hoặc tinh bột/ polyester biến
tính. Trong các trường hợp này các hạt tinh bột được sử dụng để làm tăng diện tích bề mặt
có sẵn so với sự tấn công của các sinh vật cực nhỏ.
1.2.4 Thành phần hóa học của tinh bột [6], [7]
Tinh bột không phải một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccarit khác nhau:
amylose và amylopectin. Tỉ lệ amiloza/amilopectin xấp xỉ ¼. Trong tinh bột loại nếp (gạo
nếp hoặc ngô nếp) gần như 100% là amylopectin. Trong tinh bột đậu xanh, dong riềng hàm
lượng amylose chiếm trên dưới 50%.


Hình 1.2 Cấu tạo của tinh bột [6]
1.2.4.1 Thành phần cấu trúc của amylose
Amylose là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucose, liên kết nhau bởi
liên kết α−1,4 glucozit (hình 1.3).
Amylose “nguyên thủy” có mức độ trùng hợp không phải hàng trăm mà là hàng
ngàn. Có hai loại amylose:
- Amylose có mức độ trùng hợp tương đối thấp (khoảng 2000) thường không có cấu
trúc bất thường và bị phân ly hoàn toàn bởi β-amylaza.
- Amylose có mức độ trùng hợp lớn hơn, có cấu trúc án ngữ đối với β−amylaza nên
chỉ bị phân hủy 60%.
Trong hạt tinh bột hoặc trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa, amylose thường
có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amylose mới chuyển thành dạng
0

xoắn ốc. Mỗi vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucozơ. Đường kính của xoắn ốc là 12,97 A ,
SVTH: Lê Thị Mộng Tuyền

5


0

chiều cao của vòng xoắn là 7,91 A . Các nhóm hydroxyl của các gốc glucose được bố trí ở
phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H.
CH2OH

CH2OH

CH2OH


OH

OH

OH

O

O

O
OH

O

O

O

OH

OH

Hình 1.3 Cấu trúc amylose [6]
1.2.4.2 Thành phần cấu trúc của amylopectin
Amylopectin là polyme mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α-1,4 glucozit còn
có nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6 glucozit (hình 1.4).

Hình 1.4 Amylose và amylopectin [6]
Mối liên kết nhánh này làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài của chuỗi mạch

nhánh này khoảng 25-30 đơn vị glucose. Phân tử amylopectin có thể chứa tới 100 000 đơn
vị glucose.
Sự khác biệt giữa amylose và amylopectin không phải luôn luôn rõ nét. Bởi lẽ ở các
phân tử amylose cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng có những tính chất
giống như amylopectin.

SVTH: Lê Thị Mộng Tuyền

6


Cấu tạo của amylopectin còn lớn và dị thể hơn amylose nhiều. Trong tinh bột tỉ lệ
amylose/amylopectin khoảng ¼. Tỉ lệ này có thể thay đổi phụ thuộc thời tiết, mùa vụ và
cách chăm bón.
1.2.5 Cấu trúc bên trong hạt tinh bột [5]
Cấu trúc bên trong hạt tinh bột khá phức tạp (hình 1.5). Hạt tinh bột có cấu tạo lớp,
trong mỗi lớp đều có sự trộn lẫn các tinh thể amylose và amylopectin sắp xếp theo phương
hướng tâm. Các lớp tinh thể và vô định hình được sắp xếp với chiều dày theo chu kỳ 9-10
nm. Trong lớp tinh thể, các đoạn mạch thẳng liên kết với nhau thành các sợi xoắn kép, xếp
thành dãy và tạo thành chùm trong khi phần mạch nhánh nằm trong các lớp vô định hình.
Việc sắp xếp amylose và amylopectin bên trong hạt tinh bột chưa được hiểu một cách đầy
đủ. “Sự xếp chặt” của hai polymer này không phải ngẫu nhiên mà là rất có trật tự. Tuy
nhiên, khi nung với sự có mặt của nước thì các hạt tinh bột trở nên kém trật tự hơn nhiều.
So với các vùng kết tinh, các vùng vô định hình của hạt thường bị thoái hóa bởi acid
và các enzym dễ dàng hơn như α-amylaza. Các hạt được nung bằng cách này cho thấy mẫu
có vòng tương tự với các vòng trên một mẫu gỗ cắt từ thân cây. Mẫu này cho thấy các
vùng kết tinh và vô định hình của hạt xen kẽ nhau. Hình dạng này được cho là do bởi sự
thay đổi chu kỳ phát triển và mất đi trong quá trình tổng hợp hạt tinh bột.
Hạt tinh bột được tạo thành từ các lớp tinh thể cứng (cấu trúc tinh thể) và mềm (cấu
trúc bán tinh thể) với chiều dày khoảng vài trăm nm. Các lớp tinh thể cứng được tạo thành

từ các hạt hình cầu có kích thước lớn (50-500 nm), các lớp bán tinh thể mềm được tạo
thành từ các hạt hình cầu có kích thước nhỏ (20-25 nm). Sự lặp lại hết lớp cứng đến lớp
mềm được xem như những lớp sinh trưởng và có thể quan sát bằng kính hiển vi thông
thường. Độ dày của lớp tinh thể càng ở phía ngoài bề mặt của hạt thì càng trở nên mỏng
hơn.

SVTH: Lê Thị Mộng Tuyền

7


Hình 1.5 Hình minh họa cấu trúc hạt tinh bột [8]
a) Một hạt tinh bột gồm những lớp hay những vòng bề dày 120 – 400 nm của vùng
vô định hình và bán kết tinh xen kẽ nhau;
b) Phóng to cấu trúc bên trong của từng lớp;
c) Cấu trúc vòng xoắn kép kết cụm của amylopectin trong một lớp bán kết tinh.
1.2.6 Các tính chất của tinh bột [5], [6]
1.2.6.1 Tính chất hấp thụ
Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất hấp thụ thì bề mặt bên
trong và bên ngoài của tinh bột đều tham dự. Tinh bột có khả năng hấp thụ một cách chọn
lọc hơi nước từ không khí, rượu và các hơi hữu cơ khác. Người ta nhận thấy khi độ ẩm
tương đối của không khí là 73% thì khả năng hút ẩm của tinh bột là 10,33%, khi độ ẩm
tương đối là 100% thì khả năng hút ẩm lên đến 20,93%. Vì vậy trong quá trình bảo quản,
sấy và chế biến thuỷ nhiệt cần phải hết sức quan tâm tới vấn đề này.
Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột.
Khi nghiên cứu khả năng hấp thụ các chất điện ly hữu cơ có ion lớn như xanh metylen
(tích điện dương) của tinh bột, người ta nhận thấy rằng tinh bột hấp thụ xanh metylen rất
tốt. Đường đẳng nhiệt hấp thụ của các loại tinh bột không giống nhau và phụ thuộc cấu tạo
bên trong của hạt và khả năng trương nở của chúng.


SVTH: Lê Thị Mộng Tuyền

8


1.2.6.2 Độ hoà tan của tinh bột
Amylose mới tách từ tinh bột có độ hoà tan cao song không bền, nhanh chóng bị
thoái hoá trở nên không hoà tan trong nước. Amylopectin không hoà tan trong nước ở nhiệt
độ thường mà chỉ hoà tan trong nước nóng.
Trong môi trường acid tinh bột bị thuỷ phân và tạo thành ‘tinh bột hoà tan’. Nếu môi
trường acid mạnh sản phẩm cuối cùng là glucose. Còn môi trường kiềm, tinh bột bị ion hoá
từng phần do có sự hydrat hoá tốt hơn. Tinh bột bị kết tủa trong cồn, vì vậy cồn là một
dung môi tốt để tăng hiệu quả thu hồi tinh bột.
1.2.6.3 Sự trương nở và hiện tượng hồ hoá của tinh bột
Khi hoà tan tinh bột vào nước do kích thước phân tử của tinh bột lớn nên đầu tiên
các phân tử nước sẽ xâm nhập vào giữa các phân tử tinh bột. Tại đây nước sẽ tương tác với
nhóm hydroxyl của tinh bột tạo ra lớp vỏ nước làm cho lực liên kết ở mắc xích nào đó của
phân tử tinh bột bị yếu đi. Do đó phân tử tinh bột bị xê dịch rồi bị rão ra và bị trương lên.
Độ tăng kích thước trung bình của một số loại tinh bột khi ngâm vào nước như sau: tinh
bột bắp 9,1%, tinh bột khoai tây 12,7%, tinh bột khoai mì 28,4%. Nếu sự xâm nhập của các
phân tử nước dẫn đến quá trình trương không hạn chế nghĩa là làm bung được các phân tử
tinh bột thì hệ thống chuyển thành dung dịch. Một số kết quả nghiên cứu đã xác định được
các yếu tố ảnh hưởng đến sự trương nở và hoà tan của tinh bột như loại và nguồn gốc tinh
bột, ảnh hưởng của quá trình sấy, sự lão hoá tinh bột, phương thức xử lý nhiệt ẩm, ảnh
hưởng của các chất béo cho vào…
Trên 55 – 70oC, các hạt tinh bột sẽ trương phồng do hấp thụ nước vào các nhóm
hydroxyl phân cực. Khi đó độ nhớt của dung dịch tăng mạnh. Kéo dài thời gian xử lý nhiệt,
có thể gây phá hủy hạt tinh bột, thuỷ phân từng phần và hoà tan phần nào các phần tử cấu
thành của tinh bột, kèm theo sự giảm độ nhớt của dung dịch. Như vậy nhiệt độ để phá vỡ
hạt, chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ oxi hoá khác nhau thành dung dịch keo

gọi là nhiệt hồ hoá.
Nhiệt độ hồ hoá không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ. Tuỳ thuộc điều
kiện hồ hoá như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kích thước hạt và pH môi trường, nhiệt độ
phá vỡ và trương nở hạt có thể biến đổi trong một khoảng khá rộng. Nhìn chung quá trình
hồ hóa ở tất cả các loại tinh bột đều giống nhau. Ban đầu độ nhớt của hồ tinh bột tăng dần
lên sau đó qua một cực đại rồi giảm xuống. Nhiệt độ hồ hóa cũng phụ thuộc vào thành
phần amylose và amylopectin. Amylose sắp xếp thành chùm song song được định hướng
chặt chẽ hơn amylopectin (vốn có xu hướng cuộn lại thành hình cầu) nên khó cho nước đi
SVTH: Lê Thị Mộng Tuyền

9


qua. Các muối vô cơ với nồng độ thấp sẽ làm tăng độ hòa tan của tinh bột do phá hủy liên
kết hydro, nhưng với nồng độ cao thì các muối này sẽ làm giảm sự hydrat hóa phân tử tinh
bột và làm kết tủa chúng. Sự hồ hóa tinh bột cũng có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp trong môi
trường kiềm vì kiềm ion hóa từng phần nên làm cho sự hydrat hóa phân tử tinh bột tốt hơn.
Phần lớn tinh bột bị hồ hoá khi nấu (bảng 1.1) và ở trạng thái trương nở được sử
dụng nhiều hơn ở trạng thái tự nhiên.
Bảng 1.1: Nhiệt độ hồ hoá của một số tinh bột tự nhiên [6]
Tinh bột tự nhiên

Nhiệt độ hồ hoá (oC)

Bắp

62 - 73

Bắp nếp


62,5 - 72

Lúa miến

68 - 75

Lúa miến nếp

67,5 - 74

Gạo

68 - 74,5

Lúa mì

59,5 - 62,5

Sắn

52 - 59

1.2.6.4 Độ nhớt của hồ tinh bột
Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng đến chất lượng và
kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm là độ nhớt và độ dẻo. Phân tử tinh bột chứa nhiều
nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại đồ
sộ hơn, giữ nước nhiều hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao
hơn, do đó các phân tử di chuyển khó hơn. Đối với những tinh bột loại nếp (tinh bột giàu
amylopectin) thì tính chất này thể hiện rõ hơn.
Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến

của các phân tử hoặc của các hạt phân tán, đặc tính bên trong của tinh bột như kích thước,
thể tích, cấu trúc và sự bất đối xứng của phân tử. Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, ion Ca2+,
tác nhân oxi hoá, các thuốc thử phá huỷ cầu hydro đều làm cho tương tác của các phân tử
tinh bột thay đổi, do đó làm cho độ nhớt thay đổi theo.
SVTH: Lê Thị Mộng Tuyền

10