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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ
AMYLOSE/AMYLOPECTIN VÀ PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH
LÊN SỨC BỀN MÀNG SINH HỌC TINH BỘT KHOAI MÌ

Họ và tên sinh viên: VÕ HOÀNG HƯNG
Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Niên khóa: 2007 – 2011

Tháng 08/2011


NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ AMYLOSE/AMYLOPECTIN
VÀ PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH LÊN SỨC BỀN MÀNG SINH HỌC
TINH BỘT KHOAI MÌ

Tác giả

VÕ HOÀNG HƯNG

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

TRANG TỰA
Tháng 08 năm 2011
i 
 


LỜI CẢM TẠ
Kính gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS. TS. Trương Vĩnh, trưởng Bộ môn
Công nghệ Hóa học, trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, người đã truyền đạt
rất nhiều kiến thức quý báu trong suốt quá trình học và trực tiếp hướng dẫn tận tình tôi
thực hiện đề tài này.
Chân thành cảm ơn các quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Hóa học nói riêng và các
quý thầy cô giảng dạy trong trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh nói riêng,
những người đã giảng dạy, truyền đạt cho tôi rất nhiều kiến thức và tạo điều kiện để
tôi hoàn thành khóa luận.
Kính gởi đến cha mẹ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, những 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 DH07HH, những người bạn luôn bên cạnh động viên và tạo
điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Cảm ơn các cơ quan bên ngoài đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2011
Sinh viên thực hiện.
Võ Hoàng Hưng

ii 
 



TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ amylose/amylopectin và
phương pháp biến tính lên sức bền màng sinh học tinh bột khoai mì” được tiến hành
tại phòng thí nghiệm I4, Bộ môn Công nghệ Hóa học, trường Đại học Nông Lâm
thành phố Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 02/2011 đến tháng 08/2011.
Các thí nghiệm được bố trí theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn (CRD), trong đó yếu
tố thí nghiệm là hàm lượng tinh bột ngô và hàm lượng glyoxal bổ sung vào công thức
tạo màng, mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần. Các tính chất của màng polymer đã được
khảo sát như độ bền kéo đứt, độ bền đâm thủng, độ bền mỏi, độ ổn định ẩm, độ phân
rã trong nước và phân hủy sinh học trong đất… Đồng thời cũng khảo sát ảnh hưởng
của tỷ lệ amylose/amylopectin thông qua tỷ lệ tinh bột ngô bổ sung và tỷ lệ bổ sung
chất tạo crosslink là glyoxal đến các tính chất của màng.
Những nguyên liệu được sử dụng là tinh bột sắn (khoai mì), tinh bột ngô (bắp),
PVA, sorbitol, glycerol, glyoxal và dung môi là nước. Công thức chính được sử dụng
để tổng hợp màng polymer tự phân hủy sinh học là tinh bột : PVA : glycerol : sorbitol
= 45 : 25 : 10 : 20 (tính theo thành phần khô), độ ẩm của hỗn hợp đổ màng là 88 %
tính theo căn bản ướt.
Bổ sung tinh bột ngô vào tinh bột sắn làm tăng tỷ lệ amylose/amylopectin trong
hỗn hợp tinh bột dẫn đến làm tăng độ bền cơ học, giảm độ mềm dẻo, giảm độ dính vào
nhau giữa các màng. Màng A3 có tỷ lệ bổ sung 30 % khối lượng tinh bột ngô trên tổng
khối lượng tinh bột cho màng có độ bền tốt nhất.
Dựa trên công thức tạo màng A3, bổ sung chất tạo liên kết crosslink là dung dịch
glyoxal 40 % vào công thức tạo màng làm tăng độ bền cơ học của màng. Màng B2 với
tỷ lệ 3 % glyoxal được bổ sung có các kết quả đo độ bền tối ưu. Màng tối ưu B2 tương
đối trong suốt, láng, bóng, dẻo, khả năng ghép mí tạo bao bì rất tốt, phân rã tốt trong
nước và phân hủy hoàn toàn trong đất ẩm sau 7 ngày. Tuy nhiên độ ổn định ẩm của
màng chưa tốt, thay đổi nhanh theo ẩm độ môi trường. Ẩm độ của màng càng cao độ
bền của màng càng giảm, độ dẻo tăng lên, màng dính vào nhau.
iii 
 



Lập đường đẳng nhiệt hút ẩm của màng, đánh giá tính ổn định của các màng
thông qua đường đẳng nhiệt hút ẩm. Kết luận việc bổ sung tinh bột ngô và glyoxal
không làm giảm khả năng hút ẩm của màng so với màng đối chứng.
Nghiên cứu sơ bộ việc sử dụng phụ gia chống thấm ankyl ketene dimer (AKD)
trong ngành giấy cho thấy dung dịch hồ hóa không còn dính vào becher chứa và thiết
bị khuấy trộn, tăng độ bền trong nước cho màng, cải thiện tính cảm quan về màu sắc,
độ trong, nhưng vẫn chưa cải thiện đáng kể tính hút ẩm và thấm nước của màng.

iv 
 


ABSTRACT
The thesis entitled: “Study the influence of amylose/amylopectin ratio and
modifying starch methods on the strength of biofilm tapioca starch” was carried out at
laboratory I4, Department of Chemical Engineering , Nong Lam University, Ho Chi
Minh City, Vietnam, from February to August, 2011.
The experiments were arranged in completlyrandomdesign (CRD), in which the
experimental factors werethe concentration of corn starch and the concentration of
glyoxal added to the film-forming formula, each experiment was repeated three times.
The properties of polymer films were examined such as tensile strength, puncture
resistance, fatigue strength, moisture stability, the decomposition in water and
biodegradation in soil ... It also examined the effects of amylose/amylopectin ratio
through the ratio of added corn starch and the rate of added crosslink agent, i.e.the
glyoxal, to the properties of the film.
The materials used weretapioca starch, corn starch, PVA, sorbitol, glycerol,
glyoxal and water for solvent. The main formula used to synthesize biodegradable
polymer filmwas starch: PVA: glycerol: sorbitol of 45: 25: 10: 20 (dry basis), the

moisture content of themixture was 88 %(wet basis.)
Adding

the

corn

starch

to

tapioca

starch

increased

the

rate

of

amylose/amylopectin in the starch mixture leaded to increase the mechanical strength,
reduce the plasticity and the adhesion between the films. The filmA3in which 30 % by
weight of corn starch added to the total amount of starch was the best film, in terms of
mechanical strength.
Addition of glyoxal 40 % solution to the film A3was increased the mechanical
strength of the film. The filmB2 at a rate of 3 % glyoxal added resulted in measured
optimum durability. The filmB2 was fairly transparent, smooth, shiny, flexible. It was

also appeared the abilityto havegood sealing property, decay in water and decomposed
completely after 7 days in soil. However the stability of the film moisturewas not
v 
 


good, quick change in environment. The higher the film moisture, the lower the
strength and the higher the film plasticity, leaded to sticking between films.
Sorption isotherm of the film has been determined to evaluate film stability. In
conclusion, the addition of corn starch and glyoxal did not decrease the property of
moisture absorptionof the film in comparision to the control film.
Preliminary studies using waterproofing ankyl ketene dimer (AKD) of the paper
industry as additives showed thatthe starch solution didn’t stick tothe beaker and the
stirrer, the strength of the film in water increased, the color sensory and the
transparency improved, but has not significantly improved the moisture absorption and
waterproof properties of the film.

vi 
 


MỤC LỤC
Trang
TRANG TỰA .................................................................................................................. i 
LỜI CẢM TẠ ................................................................................................................. ii 
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii 
ABSTRACT ....................................................................................................................v 
MỤC LỤC .................................................................................................................... vii 
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. xi 
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................................... xii 

DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ xiv 
Chương 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................1 
1.1.  Đặt vấn đề ..........................................................................................................1 
1.2.  Mục đích của đề tài ............................................................................................2 
1.3.  Nội dung của đề tài ............................................................................................2 
1.4.  Yêu cầu của đề tài ..............................................................................................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 
2.2.  Polymer tự hủy sinh học ....................................................................................7 
2.2.1.  Khái niệm ..................................................................................................... 7 
2.2.2.  Một số tiêu chuẩn mà các nhà khoa học đưa ra để định nghĩa
polymer có khả năng phân hủy sinh học ................................................................ 7 
2.2.3.  Các loại polymer tự phân hủy sinh học ....................................................... 8 
2.2.4.  Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về các loại
polymer tự phân hủy sinh học................................................................................. 8 
2.2.5.  Ứng dụng của polymer sinh học ................................................................ 11 
2.3.  Nguyên liệu dùng làm bao bì sinh học ............................................................11 
2.3.1.  Tinh bột sắn................................................................................................ 11 
vii 
 


2.3.2.  Polyvinyl alcohol (PVA) ........................................................................... 16 
2.3.2.1. 

Khái niệm ........................................................................................... 16 


2.3.2.2. 

Tính chất của PVA ............................................................................. 17 

2.3.3.  Protein ........................................................................................................ 19 
2.3.4.  Polylactic acid ............................................................................................ 20 
2.3.5.  Glyoxal ....................................................................................................... 20 
2.3.6.  Phụ gia chống thấm trong ngành giấy ....................................................... 20 
2.3.7.  Phụ gia tăng độ bền ướt trong ngành giấy ................................................. 21 
2.4.  Cơ sở lý thuyết của quá trình chế tạo bao bì tự hủy sinh học..........................22 
2.5.  Đường cong đẳng nhiệt trao đổi ẩm ................................................................22 
2.5.1.  Khái niệm ................................................................................................... 22 
2.5.2.  Đặc điểm .................................................................................................... 23 
2.5.3.  Các mô hình toán học ................................................................................ 24 
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................25 
3.1.  Thời gian và địa điểm thực hiện ......................................................................25 
3.2.  Nguyên vật liệu, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm..............................................25 
3.2.1.  Nguyên vật liệu thí nghiệm ........................................................................ 25 
3.2.2.  Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm .................................................................. 26 
3.3.  Phương pháp thí nghiệm ..................................................................................27 
3.3.1.  Thí nghiệm sơ bộ: Xác định ẩm độ ban đầu của nguyên liệu.................... 27 
3.3.2.  Thí nghiệm 1: Nghiên cứu tạo màng phân hủy sinh học có bổ sung
tinh bột ngô vào công thức đã có .......................................................................... 28 
3.3.3.  Thí nghiệm 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ amylose/amylopectin
thông qua tỷ lệ tinh bột ngô bổ sung đến độ bền kéo đứt của các màng tạo
thành ở thí nghiệm 1 ............................................................................................. 33 
3.3.4.  Thí nghiệm 3: Nghiên cứu tạo màng có bổ sung glyoxal vào màng
tối ưu thí nghiệm 2 để tạo liên kết crosslink tăng độ bền cho màng .................... 36 
3.3.5.  Thí nghiệm 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ glyoxal bổ sung đến

độ bền kéo đứt và độ bền đâm thủng của các màng tạo thành ở thí nghiệm 3 ..... 37 
3.3.6.  Thí nghiệm 5: Nghiên cứu ảnh hưởng của glyoxal đến khả năng hút
ẩm của màng tạo thành ở thí nghiệm 3 trong điều kiện môi trường bình
thường ................................................................................................................... 39 

viii 
 


3.3.7.  Thí nghiệm 6: Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ tinh bột ngô và
glyoxal đến độ bền mỏi của các màng tạo thành ở thí nghiệm 1 và 3 .................. 40 
3.3.8.  Thí nghiệm 7: Xây dựng đường đẳng nhiệt hút ẩm cho các màng để
đánh giá tính ổn định về ẩm độ của màng ............................................................ 42 
3.3.9.  Thí nghiệm 8: Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ glyoxal đến khả năng phân
rã trong nước của các màng tạo thành ở thí nghiệm 3 .......................................... 44 
3.3.10.  Thí nghiệm 9: Đánh giá khả năng phân hủy trong đất ẩm của
màng tạo thành ở thí nghiệm 3 ............................................................................. 45 
3.3.11.  Thí nghiệm 10: Đánh giá khả năng ghép mí thành bao bì và đánh
giá độ bền mí ghép ................................................................................................ 46 
3.3.12.  Thí nghiệm 11: Nghiên cứu áp dụng phụ gia chống thấm AKD
của ngành giấy vào chế tạo màng phân hủy sinh học ........................................... 46 
3.3.13.  Thí nghiệm 12: Từ quy trình chế tạo màng đã thí nghiệm, đề nghị
quy trình công nghệ sản xuất màng phân hủy sinh học trên quy mô công
nghiệp…................................................................................................................ 47 
3.4.  Phương pháp xử lý số liệu: ..............................................................................48 
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................................49 
4.1.  Ẩm độ ban đầu của nguyên liệu ......................................................................49 
4.2.  Tính cảm quan của màng polymer ở thí nghiệm 1 ..........................................49 
4.3.  Ảnh hưởng tỷ lệ amylose/amylopectin thông qua tỷ lệ tinh bột ngô bổ sung
đến độ bền kéo đứt của màng ở thí nghiệm 2 ............................................................52 

4.4.  Tính cảm quan của màng polymer bổ sung glyoxal ở thí nghiệm 3 ...............55 
4.5.  Ảnh hưởng của tỷ lệ glyoxal đến các tính chất cơ học của màng (thí nghiệm
4)…… ........................................................................................................................57 
4.6.  Ảnh hưởng của tỷ lệ glyoxal đến khả năng hút ẩm của màng (thí nghiệm 5) .61 
4.7.  Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh bột ngô và glyoxal đến độ bền mỏi của màng (thí
nghiệm 6) ...................................................................................................................62 
4.8.  Xây dựng đường đẳng nhiệt hút ẩm cho màng sinh học (thí nghiệm 7) .........64 
4.9.  Khả năng phân rã trong nước của màng (thí nghiệm 8) ..................................65 
4.10.  Khả năng phân hủy trong đất ẩm (thí nghiệm 9) .............................................66 
4.11.  Khả năng ghép mí và độ bền mí ghép (thí nghiệm 10) ...................................67 
4.12.  Khả năng chống ẩm, chống thấm cho màng của phụ gia AKD (thí nghiệm
11)…. .........................................................................................................................70 
4.13.  Đề nghị quy trình công nghệ sản xuất màng polymer tự phân hủy sinh học
trên quy mô công nghiệp (thí nghiệm 12) .................................................................71 
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................74 
ix 
 


5.1.  Kết luận ............................................................................................................74 
5.2.  Đề nghị.............................................................................................................75 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................76 
PHỤ LỤC ......................................................................................................................78 

x 
 


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Am/Ap:


amylose/amylopectin

TCVN:

Tiêu chuẩn Việt Nam

AKD:

Alkyl Ketene Dimer: keo chống thấm trong ngành giấy

ASA:

Alkenyl Succinic Anhydride: keo chống thấm trong ngành giấy

ASTM:

American Standard Testing Method

ISO:

International Standard Oganization

PLA:

Polylactic acid

PBS:

Polybutylene succinate


PS:

Polystyrene

PE:

Polyethylene

PP:

Polypropylene

PVC:

Polyvinyl chloride

STT:

Số thứ tự

DOP:

Dioctinphtalate

PLA:

polylactic acid

PBS:


polybutylene succinate

PBAT:

polybutylene adipate terephtalate

PHB:

polyhydroxybutyrate

PHV:

polyhydroxyvalerate

PCL:

polycaprolactone

EVOH:

ethylene vinylalcohol

ctv:

cộng tác viên

xi 
 



DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1.  Bao nylon trên một kênh tại quận Tân Phú, ảnh chụp chiều
12/3/2009 (Nguồn: ) ......................................................... 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 (Nguồn: ) ...................... 6 
Hình 2.3.  Cấu trúc hạt tinh bột sắn quan sát trên kính hiển vi điện tử quét SEM..... 12 
Hình 2.4.  Công thức cấu tạo của PVA ...................................................................... 17 
Hình 2.5.  Đường cong đẳng nhiệt trao đổi ẩm .......................................................... 23 
 

Hình 3.1.  Công thức phân tử PVA ............................................................................ 25 
Hình 3.2.  Công thức phân tử glycerol ....................................................................... 25 
Hình 3.3.  Công thức phân tử sorbitol ........................................................................ 26 
Hình 3.4.  Công thức phân tử glyoxal ........................................................................ 26 
Hình 3.5.  Quy trình thí nghiệm chế tạo màng polymer tự phân hủy sinh học .......... 30 
Hình 3.6.  Khuôn, ống cán màng và xylanh hút nguyên liệu vào khuôn ................... 31 
Hình 3.7.  Thước kẹp và đo độ dày màng bằng thước kẹp ........................................ 32 
Hình 3.8.  Bố trí đo độ dày của màng ........................................................................ 33 
Hình 3.9.  Máy phân tích cấu trúc TA.XTplus với đầu đo kéo đứt ........................... 34 
Hình 3.10. 

Các thông số cài đặt cho quá trình đo .................................................... 35 

Hình 3.11. 

Mẫu cắt để đo độ bền kéo đứt ................................................................ 35 

Hình 3.12. 


Dạng mẫu cắt để đo độ bền đâm thủng.................................................. 38 

Hình 3.13. 

Cài đặt thông số cho quá trình đo .......................................................... 38 

Hình 3.14. 

Máy phân tích cấu trúc với đầu đo cầu và đo độ bền đâm thủng

bằng đầu đo cầu…… ..................................................................................................... 39 
Hình 3.15. 

Máy phân tích cấu trúc với đầu đo nhọn và đo độ bền đâm thủng

bằng đầu đo nhọn…....................................................................................................... 39 
Hình 3.16. 

Đo ẩm độ của màng trong điều kiện môi trường bình thường .............. 40 

Hình 3.17. 

Đo độ bền mỏi của các màng ................................................................. 42 
xii 

 


Hình 3.18. 


Sắp xếp mẫu trong bình đựng dung dịch muối bão hòa ........................ 43 

Hình 3.19. 

Đo khả năng phân rã trong nước của màng ........................................... 44 

Hình 3.20. 

Khảo sát khả năng phân hủy trong đất ẩm............................................. 45 

 

Hình 4.1.  Các màng tạo thành từ thí nghiệm 1 ......................................................... 50 
Hình 4.2.  Biểu đồ so sánh giá trị Fmax, Dmax và Ar của các mẫu màng ..................... 54 
Hình 4.3.  Các màng tạo thành từ thí nghiệm 3 ......................................................... 55 
Hình 4.4.  Đồ thị so sánh giá trị đo kéo đứt của các mẫu màng ở thí nghiệm 4 ........ 57 
Hình 4.5.  Đồ thị so sánh giá trị đo đâm thủng bằng đầu đo cầu của các màng ở
thí nghiệm 4….. ............................................................................................................. 58 
Hình 4.6.  Đồ thị so sánh giá trị đo đâm thủng bằng đầu đo cầu của các màng ở
thí nghiệm 4….. ............................................................................................................. 59 
Hình 4.7.  Đồ thị so sánh giá trị ẩm độ các màng ở điều kiện thường ....................... 61 
Hình 4.8.  Đồ thị so sánh ảnh hưởng của tỷ lệ glyoxal đến độ bền mỏi của
màng……… .................................................................................................................. 62 
Hình 4.9.  Đồ thị so sánh giá trị đo độ bền mỏi của màng đối chứng A0, màng
tối ưu A3 và màng tối ưu B2........................................................................................... 63 
Hình 4.10. 

Đường đẳng nhiệt hút ẩm của các màng ................................................ 65 

Hình 4.11. 


Kết quả kiểm tra độ phân rã trong nước ................................................ 66 

Hình 4.12. 

Kết quả kiểm tra khả năng phân hủy trong đất ẩm ................................ 67 

Hình 4.13. 

Mẫu màng đã được ghép mí để đo độ bền mí ghép ............................... 68 

Hình 4.14. 

Đo độ bền mí ghép ................................................................................. 68 

Hình 4.15. 

Kết quả đo độ bền mí ghép .................................................................... 68 

Hình 4.16. 

Màng được ghép mí tạo thành bao bì .................................................... 69 

Hình 4.17. 

Đo khả năng chứa đựng của bao bì tạo thành ........................................ 69 

Hình 4.18. 

Sau 2 ngày treo màng............................................................................. 70 


Hình 4.19. 

Đồ thị so sánh độ ẩm của các màng có bổ sung AKD và màng đối

chứng………… ............................................................................................................. 71 
Hình 4.20. 

Độ phân rã của các màng sau 2 ngày ..................................................... 71 

Hình 4.21. 

Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất màng trên quy mô công

nghiệp……….. .............................................................................................................. 73
xiii 
 


DANH SÁCH CÁC BẢNG
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) .............................................................................. 4
Bảng 2.2.

Các mô hình toán học ................................................................................ 24

Bảng 3.1.


Bố trí thí nghiệm đổ màng thí nghiệm 1 ................................................... 28

Bảng 3.2.

Tỷ lệ thành phần khối lượng nguyên liệu của các màng cần tổng hợp

(tính theo thành phần khô) ............................................................................................. 32
Bảng 3.3.

Bố trí thí nghiệm đo độ bền kéo đứt ......................................................... 34

Bảng 3.4.

Bố trí thí nghiệm đổ màng thí nghiệm 4 ................................................... 36

Bảng 3.5.

Bố trí thí nghiệm đo độ bền kéo đứt ......................................................... 37

Bảng 3.6.

Các mẫu màng thí nghiệm bổ sung phụ gia chống thấm AKD................. 47

 

Bảng 4.1.  Ẩm độ ban đầu của các nguyên liệu..........................................................49 
Bảng 4.2.  Độ dày trung bình của các mẫu màng .......................................................51 
Bảng 4.3.  Độ dày trung bình của một số màng .........................................................51 
Bảng 4.4.  Tỷ lệ amylose và amylopectin trong tinh bột sắn và tinh bột ngô

thuần nhất……….. ........................................................................................................52 
Bảng 4.5.  Tỷ lệ amylose và amylopectin trong hỗn hợp tinh bột tạo màng ..............53 
Bảng 4.6.  Bảng trung bình kết quả đo độ bền kéo đứt của các mẫu màng ...............54 
Bảng 4.7.  Độ dày trung bình các mẫu màng thí nghiệm 3 ........................................56 
Bảng 4.8.  Bảng kết quả đo độ bền kéo đứt ở thí nghiệm 4 .......................................57 
Bảng 4.9.  Bảng giá trị đo đâm thủng bằng đầu đo cầu ở thí nghiệm 4 .....................58 
Bảng 4.10. 

Bảng giá trị đo đâm thủng bằng đầu đo nhọn ở thí nghiệm 4 ...............59 

Bảng 4.11. 

Bảng giá trị ẩm độ của các màng trong điều kiện thường .....................61 

Bảng 4.12. 

Bảng giá trị đo độ bền mỏi của các màng theo tỷ lệ glyoxal .................62 

Bảng 4.13. 

Bảng giá trị đo độ bền mỏi của màng đối chứng A0, màng tối ưu

A3 và màng tối ưu B2 .....................................................................................................63 
xiv 
 


Bảng 4.14. 

Bảng giá trị độ ẩm của các màng có bổ sung AKD và màng đối


chứng………… .............................................................................................................70 

xv 
 


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề
Các sản phẩm polymer từ hóa dầu với rất nhiều tính năng ưu việt, giá thành rẻ,

khả năng sử dụng phổ biến, thuận tiện,... đã và đang đóng vai trò quan trọng trong đời
sống hằng ngày. Chúng đáp ứng hầu hết các nhu cầu của con người từ đơn giản đến
phức tạp như làm túi xách, bao bì bao gói sản phẩm, màng phủ đất nông nghiệp, túi
làm bầu ươm cây, vật liệu dùng trong y học… Tuy nhiên, chúng lại là mối nguy hại
tiềm ẩn cho môi trường sinh thái vì phải mất đến hàng thế kỷ mới tự phân hủy. Chỉ có
những tác động về cơ và nhiệt mới có thể phá hủy chúng, nhưng lại tạo ra nhiều chất
độc hại hơn và đòi hỏi chi phí khổng lồ, vượt qua cả giá thành tạo ra chúng. Hoạt động
tái chế cần đầu tư thiết bị máy móc đắt tiền, hiệu quả kinh tế thấp.
Trước thực trạng này, từ những năm 1980, nhiều nước trên thế giới đã bắt đầu
nghiên cứu những dạng vật liệu tương ứng tính năng của polymer truyền thống để thay
thế. Đó chính là polymer có khả năng phân hủy sinh học mà khi gặp tác động của
nước, không khí, nấm, vi khuẩn trong tự nhiên, chúng sẽ tự phân hủy thành những chất
đơn giản, có lợi cho đất và không gây độc hại cho môi trường.
Nguyên liệu để sản xuất các loại polymer phân hủy sinh học hiện nay chủ yếu lấy
từ tinh bột. Và để không làm ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực thì tinh bột
khoai mì là sự lựa chọn thích hợp nhất với điều kiện nước ta. Vấn đề gặp phải là độ

bền của màng làm từ tinh bột khoai mì rất kém, khả năng hút ẩm cao chưa thể ứng
dụng làm bao bì được, cần phải nghiên cứu để cải thiện các tính chất cơ, lý, sinh, hóa
cần thiết để thích hợp dùng làm bao bì, đặc biệt là bao bì thực phẩm.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó và được sự cho phép 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, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh
hưởng của tỷ lệ amylose/amylopectin và phương pháp biến tính lên sức bền màng
sinh học tinh bột khoai mì”.
1 
 


1.2.


Mục đích của đề tài
Nghiên cứu chế tạo màng sinh học từ nguyên liệu là tinh bột sắn, tinh bột ngô,

PVA, glycerol, sorbitol, glyoxal.


Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ amylose/amylopectin trong hỗn hợp tinh bột và

ảnh hưởng của glyoxal đến sức bền của màng, từ đó tìm ra tỷ lệ tối ưu.


Đánh giá ảnh hưởng của tinh bột ngô và glyoxal đến tính hút ẩm, độ phân rã

trong nước và khả năng phân hủy sinh học của màng.



Nghiên cứu cải thiện tính hút ẩm của màng sử dụng phụ gia chống thấm trong

ngành giấy AKD.


Sản xuất thử bao bì theo các kết quả tối ưu ở trên, đánh giá khả năng ứng dụng để

bao gói thực phẩm.


Nghiên cứu đề ra quy trình công nghệ sản xuất màng sinh học trên quy mô công

nghiệp.
1.3.

Nội dung của đề tài



Tạo màng bằng phương pháp tráng – sấy với các công thức phối trộn khác nhau.



Phân tích các đặc tính cơ lý của các màng tạo thành, đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ

tinh bột ngô và glyoxal đến độ bền của màng, từ đó tìm ra tỷ lệ tối ưu.


Phân tích ảnh hưởng của tinh bột ngô và glyoxal đến khả năng phân rã trong


nước, khả năng hút ẩm, độ ổn định ẩm và khả năng phân hủy sinh học trong đất.


Thử nghiệm sử dụng phụ gia chống thấm AKD trong ngành giấy vào việc chống

thấm, chống hút ẩm cho màng.

1.4.


Chế tạo bao bì thử nghiệm và đánh giá khả năng ứng dụng trong đời sống.
Yêu cầu của đề tài
Tìm ra được ảnh hưởng của tỷ lệ amylose/amylopectin trong hỗn hợp tinh bột sử

dụng làm nguyên liệu và ảnh hưởng của glyoxal đến độ bền màng sinh học.


Tìm ra được quy trình sản xuất màng sinh học có thể làm bao bì, với độ bền và

khả năng chống thấm đạt yêu cầu.


Màng sinh học phải có khả năng tự phân hủy nhanh, thân thiện với môi trường.



Chế tạo thử nghiệm bao bì sinh học thành phẩm, so sánh với bao bì bằng nylon.




Màng tạo thành có khả năng ứng dụng làm bao bì thực phẩm.
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 02 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 bao 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)(Phạm Tuấn Anh, 2011).

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(Phạm Tuấn Anh, 2011).

3 
 


2.1.4.


Một số vấn đề về việc sử dụng bao bì nylon hiện nay
Lượng bao bì nylon được sử dụng

Ngày nay, theo xu thế phát triển của công nghiệp hóa – 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 nhận hàng hóa được gói trong 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, ... Đây chính 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 qua bảng 2.1.
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)
STT

Hàm lượng

Tỷ lệ trung bình, %

1

Rác hữu cơ

80 %

2

Bao bì nhựa, nylon

5–7%

3

Hàm lượng khác

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
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, ….
4 
 


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

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 hoặc PP.

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. 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
5 
 


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 vì nylon rất khó phân hủy, ...

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 1000 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

6 
 


cơn mưa acid, rất có hại cho phổi người và động vật. Tệ hơn, túi nylon làm bằng nhựa
PVC có chứa chlor, khi cháy tạo ra chất dioxin và hydrochloricacid vô cùng độc hại.
2.2.

Polymer tự hủy sinh học

2.2.1.

Khái niệm

Polymer tự hủy sinh học là những polymer có khả năng tự phân hủy nhờ vào sự
hỗ trợ của vi sinh vật trong tự nhiên, không đòi hỏi năng lượng, không tạo ra các chất
độc hại cho môi trường mà vẫn đảm bảo được các tính năng của polymer truyền thống.
Sự phân hủy sinh học là một quá trình tự nhiên, trong đó các chất hữu cơ được
chuyển thành những hợp chất đơn giản hơn, không làm ô nhiễm môi trường. Sự phân
hủy sinh học có thể xảy ra trong sinh quyển khi các vi sinh đóng vai trò trung tâm
trong quá trình phân hủy (Phạm Ngọc Lân, 2006).
2.2.2.

Một số tiêu chuẩn mà các nhà khoa học đưa ra để định nghĩa polymer có

khả năng phân hủy sinh học
Theo ISO 472-1988: Polymer có khả năng phân hủy sinh học là polymer mà sau
một thời gian sử dụng, dưới những điều kiện đặc biệt của môi trường, nó mất đi một số

tính chất do những thay đổi trong cấu trúc hóa học, những thay đổi này xảy ra tự nhiên
nhờ các vi sinh vật trong môi trường, từ đó phân hủy polymer.
Theo ASTM: Polymer có khả năng phân hủy sinh học là khả năng phân hủy
thành carbon dioxide, methane, nước và các chất vô cơ hoặc sinh khối. Trong đó cơ
chế áp đảo là tác động của enzyme của vi sinh vật đo được bằng các thử nghiệm chuẩn
trong một thời gian xác định phản ánh được điều kiện phân hủy. Phân hủy sinh học là
phân hủy do hoạt động của vi sinh vật gây ra, đặc biệt do hoạt động của enzyme dẫn
đến sự thay đổi lớn về cấu trúc hóa học của vật liệu.
Theo Hội đồng nghiên cứu polymer có khả năng phân hủy sinh học của Nhật:
polymer có khả năng phân hủy sinh học là những polymer mà quá trình phân hủy của
nó tạo thành những hợp chất có trọng lượng phân tử thấp hơn, trong đó có ít nhất một
giai đoạn thông qua sự chuyển hóa của các vi sinh vật trong tự nhiên.
Chôn ủ: ASTM định nghĩa sự phân hủy do chôn ủ đó là nhựa có khả năng xảy ra
phân hủy sinh học ở moi trường ủ như một phần của chương trình sẵn có, rằng nhựa
sau đó không thể phân biệt bằng mắt trần được nữa, phân hủy thành CO2, nước, các
hợp chất vô cơ và sinh khối với tốc độ phù hợp với vật liệu ủ (Phạm Ngọc Lân, 2006).
7 
 


2.2.3.

Các loại polymer tự phân hủy sinh học

2.2.3.1.

Các polymer tự phân hủy sinh học tự nhiên

Polymer tự phân hủy sinh học tự nhiên là các polymer được tạo ra trong tự nhiên,
trong các chu kỳ sinh trưởng của các cơ thể sống. Việc tổng hợp chúng chủ yếu là sự

trùng hợp từ các monomer xúc tác hoạt hóa bằng enzyme. Các monomer này được
hình thành một cách đặc thù nội trong các tế bào nhờ các quá trình trao đổi phức tạp.
(Phạm Ngọc Lân, 2006).
Các polymer tự phân hủy sinh học tự nhiên chủ yếu như polysaccharide (tinh bột,
cellulose, chitin/chitosan),alginate, gelatine, …
2.2.3.2.

Các polyester phân hủy sinh học

Polyester đóng vai trò áp đảo trong chế tạo nhựa phân hủy sinh học nhờ có chứa
các liên kết ester dễ bị thủy phân. Polyester có hai nhóm chính đó là polyester mạch
thẳng và polyester vòng thơm.
Các polyester phân hủy sinh học chủ yếu: PLA, PBS, PBAT, PHB, PHV, PCL…
Các polymer phân hủy sinh học khác:
 Polymer tan trong nước: PVA, EVOH.
 Nhựa phân hủy quang.
 Hạt phụ gia kiểm soát phân hủy.
 Polymer có mạch chính dễ bị thủy phân: polyester, polyamide,
polyuretane và polyurea, polyanhydride, polyamide – enamide.
 Polymer có mạch chính chứa carbon: polyvinyl.
 Acetate, polyacrylate.
2.2.4.

Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về các loại polymer tự

phân hủy sinh học


Trên thế giới
Theo Tạp chí công nghiệp hóa chất số 06/2007, năm 2005 sản lượng polymer


sinh học trên toàn thế giới đạt khoảng 52 nghìn tấn.
Theo kết quả nghiên cứu của Business Communication – một tổ chức hàng đầu
trong nghiên cứu thị trường, dự báo đến năm 2010, sản lượng polymer sinh học toàn
cầu có thể lên đến 94 nghìn tấn, với tốc độ tăng trưởng hơn 12 %/năm trong 5 năm tới.
8 
 


Domenek S., Feuilloley P. và ctv (2004) đã nghiên cứu khả năng phân hủy sinh
học của chất dẻo sinh học tổng hợp từ gluten lúa mì. Các thí nghiệm về độ phân hủy
được tiến hành trong môi trường chất lỏng và trong đất trồng. Kết quả cho thấy các vật
liệu từ gluten phân hủy hoàn toàn sau 36 ngày trong điều kiện lên men hiếu khí và
phân hủy trong 50 ngày trong đất trồng.
Guohua Z., Ya L., và ctv (2006) đã nghiên cứu về khả năng kháng nước, tính
chất cơ học và sự phân hủy sinh học của màng polymer trên cơ sở tinh bột ngô biến
tính và PVA. Kết quả chỉ ra rằng việc dùng tinh bột ngô biến tính cho khả năng kị
nước tốt hơn so với tinh bột ngô thông thường, nhưng thay đổi không đáng kể theo tỉ
lệ biến tính tinh bột.
Cho tới nay, đã có một số công ty giới thiệu chế phẩm nhựa sinh học. Đó là
Mater Bi chuyên chế tạo túi xách và dụng cụ ăn uống tự hủy sau vài lần sử dụng. Công
ty Vegemat có sản phẩm mốc phát bóng trong môn thể thao golf và axit polylactic
(PLA) giống như chất liệu nylon để chế tạo đĩa DVD, đinh tự hủy cố định xương dùng
trong y tế.
Tại Bỉ, loại bao bì từ vật liệu chứa tinh bột đã được sử dụng trong ngành kinh
doanh thức ăn nhanh (kể cả để sản xuất ra các bộ đồ ăn dùng một lần). Polylactat cũng
đã được dùng thử làm bao bì đựng sữa chua, túi đựng và các bộ đồ ăn dùng một lần.
Đối với chất liệu polyalkanoat người ta khuyên áp dụng vào lĩnh vực làm bao bì đồ
uống (hộp giấy đựng sữa, cốc, túi đựng thức ăn nhanh v.v...)
Từ nhiều năm qua, giấy bóng kính và cellulose acetate đã được dùng làm bao bì

thực phẩm. Gần đây, Nhật Bản mới đưa ra loại màng mỏng polycaprolacton và
chitosan – cellulose dễ phân hủy cho mục đích này. Màng chitosan – cellulose có đặc
tính thông khí tốt, rất thích hợp dùng làm bao bì cho rau, cà chua, …


Ở nước ta
Viện Hoá Học Công Nghiệp đã chế tạo thành công màng polymer tự phân hủy

trên cơ sở tổ hợp polymer giữa polyethylene, tinh bột hỗn hợp sắn, ngô cùng một số
phụ gia khác. Quá trình phân huỷ theo thuỷ phân, quang hoá bẻ gãy các liên kết hoá
học, vi sinh vật gặm nhấm tự lên men cắt mạch của màng polymer. Ứng dụng thực tế
cho kết quả: màng polymer tự phân huỷ 100 % sau 4 tháng sử dụng. Triển vọng thị
trường nội địa là rất lớn.
9