Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu biến tính tinh bột từ một số nguồn không phổ biến và thăm dò ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -----------------------------

LÊ THỊ HỒNG THÚY

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TINH BỘT TỪ MỘT SỐ

NGUỒN KHÔNG PHỔ BIẾN VÀ THĂM DÒ ỨNG DỤNG

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

Hà Nội – 2022

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

……..….***…………

LÊ THỊ HỒNG THÚY NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TINH BỘT

TỪ MỘT SỐ NGUỒN KHÔNG PHỔ BIẾN

VÀ THĂM DÒ ỨNG DỤNG

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã số: 9.44.01.14

Người hướng dẫn khoa học:

1. PGS.TS. Nguyễn Thanh Tùng

2. GS.TS. Nguyễn Văn Khôi

Hà Nội – 2022

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và các cộng sự. Các kết quả nghiên cứu không trùng lặp và chưa từng công bố trong tài liệu khác.

Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2022

Tác giả luận án

Lê Thị Hồng Thúy

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS.

Nguyễn Thanh Tùng và GS.TS. Nguyễn Văn Khôi - những người

thầy đã tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo tôi trong thời gian

thực hiện luận án, những người thầy đã truyền động lực, niềm đam mê cũng như nhiệt huyết khoa học cho tôi.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban Chủ

nhiệm Khoa Công nghệ Hóa học, các đồng nghiệp và các em

sinh viên Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.Hồ Chí

Minh đã hỗ trợ và đồng hành cùng tôi trong quá trình thực hiện luận án.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa học, thầy

cô Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và

Công nghệ Việt Nam đã chia sẻ những kiến thức chuyên môn và

giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Tôi xin trân trọng cảm ơn các đồng nghiệp, các nhà khoa

học tại Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng Tp.HCM, Trung tâm

nghiên cứu Vật liệu Polyme - Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM, Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Hà Nội đã nhiệt tình phối hợp và giúp đỡ tôi rất nhiều trong

công việc thực nghiệm và đo lường.

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè

đã luôn ở bên, động viên tôi hoàn thành bản luận án này.

Trân trọng và biết ơn!

NCS Lê Thị Hồng Thúy

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

AGU Anhydroglucose unit Đơn vị anhydroglucose

Am Amylose Amylozơ

Ap Amylopectin Amylopectin

Can Carbonyl Carbonyl

Cax Carboxyl Carboxyl

CMS Carboxymethyl starch Carboxymetyl tinh bột

CMJS Carboxymethyl jackfruit seed starch Carboxymetyl tinh bột hạt mít

CMTS Carboxymethyl taro starch Carboxymetyl tinh bột khoai môn

CMMS Carboxymethyl mung bean starch Carboxymetyl tinh bột đậu xanh

DĐVN - Dược điển Việt Nam

DS Degree of substitution Độ thế

DSC Differential scanning calorimetry Phân tích nhiệt lượng quét vi sai

EtOH Ethanol Etanol

FTIR Fourrier transformation infrared Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourrier

HJS Hydrolyzed jackfruit seed starch Tinh bột hạt mít thủy phân

HS Hydrolyzed starch Tinh bột thủy phân

HMS Hydrolyzed mung bean starch Tinh bột đậu xanh thủy phân

IPA Isopropanol Isopropanol

JS Jackfruit starch Tinh bột hạt mít

MeOH Methanol Metanol

MCA Monochloroacetic acid Axit monocloaxetic

MS Mung bean starch Tinh bột đậu xanh

OJSH Oxidized jackfruit seed starch starch by hydrogen peroxide agent Tinh bột hạt mít oxy hóa bằng tác nhân hydro peroxit

OJSJ Oxidized jackfruit seed starch by sodium hypochlorite agent Tinh bột hạt mít oxy hóa bằng tác nhân natri hypoclorit

iii

Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

OMSH Oxidized mung bean starch by hydrogen peroxide agent Tinh bột đậu xanh oxy hóa bằng tác nhân hydro peroxit

OMSJ Oxidized mung bean starch by

sodium hypochlorite agent Tinh bột đậu xanh oxy hóa bằng tác nhân natri hypoclorit

OS Oxidized starch Tinh bột oxy hóa

RE Reaction efficiency Hiệu suất thế

SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét

SMCA Sodium monochloacetat Natri monocloaxetat

SP Swelling power Khả năng trương nở

TCVN - Tiêu chuẩn Việt Nam

TS Taro starch Tinh bột khoai môn

XRD X-Ray diffraction Nhiễu xạ tia X

WS Water soluble Độ hòa tan trong nước

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Sản lượng một số loại tinh bột trên thế giới giai đoạn 2005-2018 ........................3

Bảng 1.2. Tình hình sản xuất nguyên liệu tinh bột phổ biến trên thế giới .............................5

Bảng 1.3. Tình hình sản xuất nguyên liệu tinh bột phổ biến tại Việt Nam ............................6

Bảng 1.4. Đặc điểm của một số loại tinh bột ...........................................................................9

Bảng 1.5. Số lượng các bài báo về tinh bột công bố trên Scopus ......................................... 10

Bảng 1.6. Hàm lượng tinh bột từ một số nguồn phổ biến và không phổ biến .................... 11

Bảng 1.7. Ứng dụng của tinh bột biến tính trong lĩnh vực thực phẩm ................................. 27

Bảng 2.1. Một số chỉ tiêu cơ bản của nguyên liệu ................................................................. 31

Bảng 2.2. Hóa chất sử dụng trong quá trình thực nghiệm ..................................................... 32

Bảng 2.3. Công thức viên nén paracetamol ........................................................................... 36

Bảng 2.4. Độ lệch cho phép so với khối lượng trung bình ................................................... 41

Bảng 3.1. Một số chỉ tiêu cơ bản của các loại tinh bột .......................................................... 42

Bảng 3.2. Dao động hồng ngoại đặc trưng của tinh bột ........................................................ 46

Bảng 3.3. Nhiệt độ hồ hoá (To, Tp, Te) của JS, MS và TS ..................................................... 48

Bảng 3.4. Bảng kết quả phân bố kích thước hạt CMS .......................................................... 62

Bảng 3.5. Nhiệt độ hồ hóa (To, Tp, Te) của các CMS ............................................................ 66

Bảng 3.6. Độ hoà tan và khả năng trương nở của các CMS ở 50oC .................................... 67

Bảng 3.7. Kết quả phân bố kích thước hạt của tinh bột thủy phân ....................................... 78

Bảng 3.8. Nhiệt độ hồ hóa của (To, Tp, Te) của tinh bột thủy phân ...................................... 82

Bảng 3.9. Kết quả phân bố kích thước hạt của tinh bột oxy hóa ........................................ 102

Bảng 3.10. Đặc trưng dao động hóa trị của nhóm carbonyl trong OS ............................... 103

Bảng 3.11. Nhiệt độ hồ hóa của (To, Tp, Te) của tinh bột oxy hóa ...................................... 105

Bảng 3.12. Độ hòa tan của JS, MS và OS ở các nhiệt độ khác nhau ................................. 106

Bảng 3.13. Khả năng trương nở của JS, MS và OS ở các nhiệt độ khác nhau .................. 106

Bảng 3.14. Kết quả xác định một số chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của HMS ..................... 109

Bảng 3.15. Công thức bào chế viên nén paracetamol thay thế tá dược độn ...................... 109

Bảng 3.16. Kết quả đánh giá chất lượng viên nén sử dụng HMS làm tá dược độn .......... 110

Bảng 3.17. Kết quả xác định một số chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của CMJS .................... 111

Bảng 3.18. Kết quả xác định một số tính chất chính của CMS làm tá dược ..................... 111

Bảng 3.19. Công thức viên nén paracetamol thay thế tá dược rã ....................................... 112

Bảng 3.20. Kết quả đánh giá chất lượng viên nén sử dụng CMJS làm tá dược rã ............ 112

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Sản lượng tinh bột phổ biến ở Châu Âu giai đoạn 2004-2019 ....................... 4

Hình 1.2. Cấu trúc phân tử amylozơ và amylopectin ..................................................... 7

Hình 1.3. Đặc trưng cấu trúc của amylopectin trong hạt tinh bột ................................. 8

Hình 1.4. Cơ chế thuỷ phân tinh bột bằng axit ............................................................ 14

Hình 3.1. Ảnh SEM của JS (a,b), MS (c,d) và TS (e,f) ................................................ 44

Hình 3.2. Đồ thị phân bố kích thước hạt tinh bột tự nhiên ........................................... 45

Hình 3.3. Phổ FTIR của JS, MS và TS ......................................................................... 45

Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của JS, MS và TS .................................................... 47

Hình 3.5. Giản đồ DSC của JS, MS và TS ................................................................... 48

Hình 3.6. Độ hòa tan của JS, MS và TS theo nhiệt độ ................................................. 49

Hình 3.7. Khả năng trương nở của JS, MS và TS theo nhiệt độ .................................. 49

Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt của JS, MS và TS .............................. 50

Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến DS ................................................. 52

Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến RE ............................................... 52

Hình 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến DS ................................................................ 53

Hình 3.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến RE ................................................................ 53

Hình 3.13. Ảnh hưởng của tỷ lệ MCA /AGU đến DS ................................................. 54

Hình 3.14. Ảnh hưởng của tỷ lệ MCA/AGU đến RE ................................................. 54

Hình 3.15. Ảnh hưởng của tỷ lệ IPA/tinh bột đến DS ................................................. 55

Hình 3.16. Ảnh hưởng của tỷ lệ IPA/tinh bột đến RE ................................................. 56

Hình 3.17. Ảnh hưởng của tỷ lệ NaOH/AGU đến DS ................................................. 56

Hình 3.18. Ảnh hưởng của tỷ lệ NaOH/AGU đến RE ................................................. 57

Hình 3.19. Ảnh SEM (2000) của MS và CMMS tại các tỷ lệ MCA/AGU khác nhau .. 58

Hình 3.20. Ảnh SEM (2000) của JS và CMJS tại các tỷ lệ MCA/AGU khác nhau .. 58

Hình 3.21. Ảnh SEM (5000) của TS và CMTS tại các tỷ lệ MCA/AGU khác nhau .... 59

Hình 3.22. Ảnh SEM (2000) của JS và CMJS tại các nồng độ NaOH khác nhau ..... 60

Hình 3.23. Phân bố kích thước hạt CMJS tại các tỷ lệ MCA/AGU khác nhau ........... 61

Hình 3.24. Phân bố kích thước hạt CMTS tại các tỷ lệ MCA/AGU khác nhau .......... 61

Hình 3.25. Phân bố kích thước hạt CMMS tại các tỷ lệ MCA/AGU khác nhau ......... 61

Hình 3.26. Phổ FTIR của JS (1) và CMJS ở các tỷ lệ MCA/AGU: 0,5(2); 1,0(3); 2,0(4) .... 62

Hình 3.27. Phổ FTIR của TS(1) và CMTS ở các tỷ lệ MCA/AGU: 0,5(2); 1,0(3); 2,0(4) . 63

Hình 3.28. Phổ FTIR của MS(1) và CMMS ở các tỷ lệ MCA/AGU: 0,5(2); 1,0(3);

2,0(4) .......................................................................................................... 63

Hình 3.29. Giản đồ nhiễu xạ tia X của JS(1) và CMJS ở các tỷ lệ MCA/AGU: 0,5(2);

1,0(3); 2,0(4) ............................................................................................... 64

Hình 3.30. Giản đồ nhiễu xạ tia X của TS(1) và CMTS ở các tỷ lệ MCA/AGU: 0,5(2);

1,0(3); 2,0(4) ............................................................................................... 64

Hình 3.31. Giản đồ nhiễu xạ tia X của MS(1) và CMMS ở các tỷ lệ MCA/AGU:

0,5(2); 1,0(3); 2,0(4) ................................................................................... 65

Hình 3.32. Giản đồ nhiễu xạ tia X của của JS(1) và CMJS ở các nồng độ NaOH:

5%(2), 10%(3), 15%(4), 20%(5) ................................................................ 65

Hình 3.33. Giản đồ DSC của các CMS ........................................................................ 66

Hình 3.34. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt của CMS ......................................... 68

Hình 3.35. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến độ nhớt .................................................. 70

Hình 3.36. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến hiệu suất thu hồi .................................... 70

Hình 3.37. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/tinh bột đến độ nhớt ................................. 71

Hình 3.38. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/tinh bột hiệu suất thu hồi .......................... 72

Hình 3.39. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến độ nhớt ......................................... 72

Hình 3.40. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu hồi ........................... 73

Hình 3.41. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ nhớt ........................................ 74

Hình 3.42. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất thu hồi .......................... 74

Hình 3.43. Ảnh SEM của HJS tại các nồng độ HCl khác nhau ................................... 75

Hình 3.44. Ảnh SEM của HMS tại các nồng độ HCl khác nhau ................................. 76

Hình 3.45. Phân bố kích thước hạt của HJS ................................................................. 77

Hình 3.46. Phân bố kích thước hạt của HMS ............................................................... 78

Hình 3.47. Phổ FTIR của JS và các HJS ...................................................................... 79

Hình 3.48. Phổ FTIR của MS và các HMS .................................................................. 79

Hình 3.49. Giản đồ nhiễu xạ tia X của JS và HJS ........................................................ 80

Hình 3.50. Giản đồ nhiễu xạ tia X của MS và HMS .................................................... 81

Hình 3.51. Giản đồ DSC của MS và HMS ................................................................... 81

Hình 3.52. Giản đồ DSC của JS và HJS ....................................................................... 82

Hình 3.53. Độ hòa tan của tinh bột thủy phân theo nhiệt độ ........................................ 83

Hình 3.54. Khả năng trương nở của tinh bột thủy phân theo nhiệt độ ......................... 84

Hình 3.55. Ảnh hưởng của nồng độ clo hoạt động đến hàm lượng nhóm Cax và Can .... 86

vii

Hình 3.56. Ảnh hưởng của nồng độ clo hoạt động đến hiệu suất thu hồi .................... 86

Hình 3.57. Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến hàm lượng nhóm Cax và Can ..... 87

Hình 3.58. Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến hiệu suất thu hồi ......................... 87

Hình 3.59. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng nhóm Cax và Can .............................. 88

Hình 3.60. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi ................................................... 88

Hình 3.61. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hàm lượng nhóm Cax và Can ...... 89

Hình 3.62. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu hồi ........................... 90

Hình 3.63. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hàm lượng nhóm Cax và Can ..... 91

Hình 3.64. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất thu hồi .......................... 91

Hình 3.65. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hàm lượng nhóm Cax và Can ............. 92

Hình 3.66. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hiệu suất thu hồi ................................. 92

Hình 3.67. Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến hàm lượng nhóm Cax và Can ..... 94

Hình 3.68. Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến hiệu suất thu hồi ......................... 94

Hình 3.69. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng nhóm Cax và Can .............................. 95

Hình 3.70. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi ................................................... 95

Hình 3.71. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng nhóm Cax và Can ...................... 96

Hình 3.72. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi ........................................... 96

Hình 3.73. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hàm lượng nhóm Cax và Can ..... 97

Hình 3.74. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất thu hồi .......................... 98

Hình 3.75. Ảnh SEM của OJSH và OMSH ( 5000) ở các nồng độ H2O2 khác nhau .... 99

Hình 3.76. Ảnh SEM của OJSJ ( 5000) ở các nồng độ clo hoạt động khác nhau .... 100

Hình 3.77. Phân bố kích thước hạt OJSJ tại các nồng độ clo hoạt động khác nhau .. 100

Hình 3.78. Phân bố kích thước hạt OJSH tại các nồng độ H2O2 khác nhau .............. 101

Hình 3.79. Phân bố kích thước hạt OMSH tại các nồng độ H2O2 khác nhau ............ 101

Hình 3.80. Phổ FTIR của JS, MS và OS ở các nồng độ tác nhân oxy hóa khác nhau ... 103

Hình 3.81. Giản đồ nhiễu xạ tia X của JS, MS và OS ở các nồng độ tác nhân oxy hóa

khác nhau .................................................................................................. 104

Hình 3.82. Giản đồ DSC của JS, MS và OS .............................................................. 105

Hình 3.83. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt của OS ........................................... 107

viii

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................... iii

DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................. v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................................vi

MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 3

1.1. Giới thiệu chung về tinh bột .................................................................................. 3

1.1.1. Nguồn gốc và quá trình sản xuất tinh bột ..................................................................... 3

1.1.2. Cấu trúc và tính chất của tinh bột .................................................................................. 6

1.1.3. Một số nguồn tinh bột không phổ biến ......................................................................... 9

1.1.3.1. Tinh bột hạt mít ........................................................................................ 11

1.1.3.2. Tinh bột đậu xanh ..................................................................................... 12

1.1.3.3. Tinh bột khoai môn .................................................................................. 13

1.2. Một số phương pháp hoá học biến tính tinh bột ............................................... 13

1.2.1. Thủy phân bằng axit ..................................................................................................... 14

1.2.1.1. Cơ chế thủy phân tinh bột bằng axit ........................................................ 14

1.2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân ....................................... 15

1.2.1.4. Ảnh hưởng của quá trình thủy phân axit đến đặc tính hóa lý của tinh bột .... 16

1.2.2. Oxy hoá .......................................................................................................................... 18

1.2.2.1. Cơ chế phản ứng oxy hóa tinh bột ........................................................... 18

1.2.2.2. Oxy hóa tinh bột bằng natri hypoclorit .................................................... 19 1.2.2.3. Oxy hóa tinh bột bằng hydro peroxit ....................................................... 19

1.2.2.4. Oxy hóa tinh bột bằng các tác nhân khác ................................................. 20

1.2.2.5. Ảnh hưởng của quá trình oxy hóa đến đặc tính hóa lý của tinh bột ........ 20

1.2.3. Ete hóa ............................................................................................................................ 21

1.2.3.1. Cơ chế carboxymetyl hóa tinh bột ........................................................... 21 1.2.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình carboxymetyl hóa ........................... 22 1.2.3.3. Ảnh hưởng của quá trình carboxymetyl hóa đến đặc tính hóa lý của tinh bột .... 23

1.2.4. Este hoá .......................................................................................................................... 23

1.3. Tiềm năng ứng dụng của tinh bột biến tính trong công nghiệp ....................... 24 1.3.1. Ứng dụng tinh bột biến tính trong công nghiệp dược phẩm ..................................... 25

1.3.2. Ứng dụng tinh bột biến tính trong công nghiệp thực phẩm ...................................... 26

1.3.3. Ứng dụng tinh bột biến tính trong các lĩnh vực khác ................................................ 27

1.4. Một số kết quả nghiên cứu tách, biến tính và ứng dụng tinh bột từ các nguồn không phổ biến ở Việt Nam ................................................................................ 27

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 31

2.1. Nguyên liệu, hoá chất, dụng cụ, thiết bị nghiên cứu ......................................... 31 2.1.1. Nguyên liệu, hóa chất ................................................................................................... 31

2.1.2. Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu ........................................................................................ 32

2.2. Phương pháp tiến hành ........................................................................................ 32

2.2.1. Tách và thu nhận tinh bột từ các nguồn không phổ biến .......................................... 32

2.2.1.1. Tách và thu nhận tinh bột hạt mít ........................................................... 32

2.2.1.2. Tách và thu nhận tinh bột hạt đậu xanh .................................................. 33 2.2.1.3. Tách và thu hồi tinh bột khoai môn ........................................................ 33

2.2.2. Carboxymetyl hóa tinh bột ........................................................................................... 34

2.2.3. Thủy phân tinh bột bằng axit ....................................................................................... 34

2.2.4. Oxy hóa tinh bột ............................................................................................................ 35

2.2.4.1. Oxy hóa tinh bột bằng natri hypoclorit .................................................... 35

2.2.4.2. Oxy hóa tinh bột bằng hydro peroxit ....................................................... 35

2.2.5. Bào chế thuốc viên nén ................................................................................................ 36

2.2.5.1. Thiết lập công thức bào chế viên nén paracetamol 500mg ...................... 36

2.2.5.2. Phương pháp bào chế thuốc viên nén....................................................... 36

2.3. Phương pháp phân tích, đánh giá ....................................................................... 36

2.3.1. Phương pháp xác định thành phần chính của tinh bột .............................................. 36

2.3.2. Phương pháp xác định tính chất và tính năng của tinh bột ....................................... 37

2.3.2.1. Xác định độ thế của CMS ........................................................................ 37

2.3.2.2. Xác định hàm lượng nhóm carboxyl ........................................................ 37

2.3.2.3. Xác định hàm lượng nhóm carbonyl ........................................................ 38

2.3.2.4. Khả năng trương nở và độ hoà tan ........................................................... 38

2.3.2.5. Độ nhớt hồ tinh bột .................................................................................. 39 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu đặc trưng lý hóa của tinh bột ............................................ 39

2.3.3.1. Phổ hồng ngoại (FTIR) ............................................................................ 39

2.3.3.2. Nhiễu xạ tia X (XRD) .............................................................................. 39 2.3.3.3. Hình thái học bề mặt ................................................................................ 39

2.3.3.4. Phân bố kích thước hạt ............................................................................. 40 2.3.3.5. Phân tích nhiệt lượng quét vi sai (DSC) .................................................. 40 2.3.4. Phương pháp đánh giá hiệu quả của tá dược trong thuốc viên nén ......................... 40

2.3.4.1. Độ rã ......................................................................................................... 40 2.3.4.2. Độ đồng đều khối lượng ........................................................................... 40 2.3.4.3. Độ đồng đều hàm lượng ........................................................................... 41 2.3.5. Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................................ 41

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 42

3.1. Tách, thu nhận và đặc trưng hóa lý, tính năng của tinh bột từ một số nguồn không phổ biến .................................................................................................... 42

3.1.1. Tách và thu nhận tinh bột ............................................................................................. 42

3.1.2. Đặc trưng lý hóa của tinh bột từ một số nguồn không phổ biến .............................. 43

3.1.2.1. Hình thái học bề mặt ............................................................................... 43

3.1.2.2. Phân bố kích thước hạt tinh bột .............................................................. 44 3.1.2.3. Phổ hồng ngoại ....................................................................................... 45

3.1.2.4. Nhiễu xạ tia X ......................................................................................... 46

3.1.2.5. Nhiệt lượng quét vi sai ........................................................................... 47

3.1.3. Tính năng của tinh bột từ một số nguồn không phổ biến ......................................... 48

3.1.3.1. Độ hòa tan và khả năng trương nở ........................................................... 48

3.1.3.2. Độ nhớt ..................................................................................................... 50

Kết luận tiểu mục ......................................................................................................... 51

3.2. Carboxymetyl hóa tinh bột từ một số nguồn không phổ biến .......................... 51

3.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình carboxymetyl hóa tinh bột .............. 51

3.2.1.1. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng .......................................................... 51

3.2.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ........................................................... 52

3.2.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol MCA/AGU ...................................................... 54

3.2.1.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ IPA/tinh bột ............................................................ 55

3.2.1.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol NaOH/AGU..................................................... 56

3.2.2. Đặc trưng lý hóa của carboxymetyl tinh bột .............................................................. 57

3.2.2.1. Hình thái học bề mặt ................................................................................ 57

3.2.2.2. Phân bố kích thước hạt ............................................................................. 60

3.2.2.3. Phổ hồng ngoại ......................................................................................... 62

3.2.2.4. Nhiễu xạ tia X .......................................................................................... 63

3.2.2.5. Nhiệt lượng quét vi sai ............................................................................ 65 3.2.3. Tính năng của carboxymetyl tinh bột ......................................................................... 67

3.2.3.1. Độ hoà tan và khả năng trương nở ........................................................... 67 3.2.3.2. Độ nhớt ..................................................................................................... 68

Kết luận tiểu mục ......................................................................................................... 68 3.3. Thủy phân tinh bột từ một số nguồn không phổ biến bằng axit ...................... 69 3.3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân tinh bột ............................ 69

3.3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl ............................................................ 69 3.3.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/tinh bột ................................................... 71 3.3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ........................................................... 72

3.3.1.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng .......................................................... 73

3.3.2. Đặc trưng lý hóa và tính năng của tinh bột thủy phân ............................................... 75

3.3.2.1. Hình thái học bề mặt ................................................................................ 75 3.3.2.2. Phân bố kích thước hạt ............................................................................. 77

3.3.2.3. Phổ hồng ngoại ......................................................................................... 78

3.3.2.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X ............................................................................. 80 3.3.2.5. Nhiệt lượng quét vi sai ............................................................................. 81

3.3.2.6. Độ hòa tan và khả năng trương nở ........................................................... 83

Kết luận tiểu mục ......................................................................................................... 84

3.4. Oxy hóa tinh bột ................................................................................................... 85 3.4.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa JS bằng NaClO .................. 85

3.4.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ clo hoạt động .................................................... 85

3.4.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột ......................................................... 87

3.4.1.3. Ảnh hưởng của pH ................................................................................... 88

3.4.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ........................................................... 89

3.4.1.5. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng .......................................................... 90 3.4.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa JS và MS bằng H2O2 ......... 92

3.4.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 .................................................................. 92 3.4.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột ......................................................... 93

3.4.2.3. Ảnh hưởng của pH ................................................................................... 95

3.4.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ ........................................................................... 96

3.4.2.5. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng .......................................................... 97

3.4.3. Đặc trưng lý hóa của tinh bột oxy hóa ........................................................................ 98

3.4.3.1. Hình thái học bề mặt ................................................................................ 98

3.4.3.2. Phân bố kích thước hạt ........................................................................... 100

3.4.3.3. Phổ hồng ngoại ....................................................................................... 102

3.4.3.4. Nhiễu xạ tia X ........................................................................................ 103 3.4.3.5. Nhiệt lượng quét vi sai ........................................................................... 104 3.4.4. Tính năng của tinh bột oxy hóa ................................................................................. 106

3.4.4.1. Độ hoà tan và khả năng trương nở ......................................................... 106

3.4.4.2. Độ nhớt ................................................................................................... 107 Kết luận tiểu mục ....................................................................................................... 107 3.5. Thăm dò ứng dụng tinh bột biến tính từ các nguồn không phổ biến làm tá dược trong bào chế thuốc viên nén ............................................................................ 108 3.5.1. Thăm dò ứng dụng HMS làm tá dược độn............................................................... 108

3.5.1.1. Đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của HMS ......................... 108

xii

3.5.1.2. Thiết lập công thức bào chế và đánh giá chất lượng viên nén ............... 109

3.5.2. Thăm dò ứng dụng CMJS làm tá dược rã ................................................................... 110

3.5.2.1. Đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của CMJS ....................... 110 3.5.2.2. Đánh giá một số tính chất của tá dược ................................................... 111

3.5.2.3. Thiết lập công thức bào chế và đánh giá chất lượng viên nén ............... 112

Kết luận tiểu mục ....................................................................................................... 113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 114

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ............................................................ 116

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ................................................... 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 118 PHỤ LỤC .................................................................................................................... 133

PHỤ LỤC 1. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM TÁCH VÀ THU HỒI TINH BỘT ...... 133

PHỤ LỤC 2. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM THỦY PHÂN TINH BỘT .................. 133

PHỤ LỤC 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CARBOXYMETYL HÓA TINH BỘT .... 135

PHỤ LỤC 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM OXY HÓA TINH BỘT ....................... 136

PHỤ LỤC 5. KẾT QUẢ ĐO PHÂN BỐ KÍCH THƯỚC HẠT............................... 139

PHỤ LỤC 6. KẾT QUẢ ĐO DSC ........................................................................... 160

PHỤ LỤC 7. KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM THUỐC VIẾN NÉN ............................ 162

xiii

MỞ ĐẦU

Tinh bột không những là nguồn thực phẩm nuôi sống con người mà còn là một trong

những nguyên liệu quan trọng cho các ngành công nghiệp dược phẩm, thực phẩm và phi

thực phẩm như vật liệu, giấy, dệt, keo dán nhờ những tính chất đặc trưng của nó. Đây là

nguồn nguyên liệu dồi dào, rẻ tiền, có khả năng tái tạo cao và khả năng phân hủy sinh học… Tuy nhiên, tinh bột tự nhiên vẫn chưa đáp ứng hoàn toàn trong nhiều lĩnh vực do

còn hạn chế ở nhiều tính chất như độ bền lạnh đông - tan giá, độ hòa tan, khả năng trương

nở, mức độ thoái biến, độ trong của hồ tinh bột.... Vì vậy, từ lâu các nhà khoa học đã tìm

cách biến tính tinh bột để thay đổi cấu trúc, tính chất, nhờ đó nâng cao hiệu quả sử dụng và hiệu quả kinh tế. Rất nhiều phương pháp hóa học biến tính tinh bột đã được quan tâm nghiên cứu như thủy phân bằng axit, oxy hóa, axetyl hóa, este hóa…

Dự báo dân số thế giới sẽ đạt 8,6 tỷ người vào năm 2030, đồng nghĩa với sự gia

tăng nhu cầu tiêu thụ tinh bột hàng ngày của con người có ảnh hưởng lớn tới việc cung

cấp nguồn tài nguyên thiên nhiên này. Các nghiên cứu biến tính tinh bột hiện nay có xu

hướng tập trung vào việc tìm kiếm các nguồn tinh bột mới. Việc sử dụng các loại tinh

bột mới, như tinh bột phân tách từ củ và rễ của các loại cây không phổ biến như cây họ

đậu, một số loại trái cây và cây thân củ…, cho phép mở rộng phạm vi các tính chất mong muốn của tinh bột. Đây được xem là hướng đi đầy hứa hẹn do tận dụng được nguồn

nguyên liệu phong phú cho các quá trình công nghiệp mà vẫn đảm bảo được vấn đề an ninh lương thực quốc gia.

Không những là một trong những nước xuất khẩu gạo, sắn hàng đầu thế giới, Việt

Nam cũng có nguồn nguyên liệu tinh bột rất dồi dào như khoai môn, khoai sọ, củ mài,

các loại đậu, hạt mít… Do đó, việc đẩy mạnh nghiên cứu chế biến và biến tính tinh bột từ các nguồn nguyên liệu sẵn có nhưng ít phổ biến này là rất cần thiết, nhằm tận dụng tối

đa và nâng cao giá trị sử dụng nông sản trong nước, đồng thời mở rộng nguồn nguyên liệu với những tính năng độc đáo phục vụ cho các ngành công nghiệp.

Trên cơ sở đó, đề tài luận án “Nghiên cứu biến tính tinh bột từ một số nguồn không phổ biến và thăm dò ứng dụng” được lựa chọn nhằm biến đổi cấu trúc và tính

chất của một số loại tinh bột từ nguồn không phổ biến để nâng cao khả năng ứng dụng và giá trị kinh tế cho nguồn nguyên liệu này.

Với mục tiêu trên, những nhiệm vụ nghiên cứu mà luận án phải thực hiện là:

- Tách, thu hồi và đặc trưng lý hóa của một số loại tinh bột không phổ biến (hạt mít,

đậu xanh và khoai môn).

- Nghiên cứu carboxymetyl hóa các loại tinh bột không phổ biến.

- Nghiên cứu thủy phân tinh bột hạt mít và đậu xanh bằng axit HCl.

- Nghiên cứu oxy hóa tinh bột hạt mít và đậu xanh bằng hai tác nhân natri hypoclorit

và hydro peroxit.

- Thăm dò ứng dụng tinh bột biến tính làm tá dược trong bào chế thuốc viên nén.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu chung về tinh bột

1.1.1. Nguồn gốc và quá trình sản xuất tinh bột

Tinh bột là nguồn carbohydrat dự trữ phong phú nhất trong thực vật và được tìm thấy trong lá, hoa, quả, hạt, các loại thân và rễ khác nhau. Đây là loại polysaccarit

thực vật tồn tại trong tự nhiên có khối lượng phân tử cao, gồm các đơn vị glucose

được nối với nhau bởi các liên kết α-glycozit. Công thức phân tử của tinh bột là (C6H10O5)n trong đó n có thể từ vài trăm đến hơn 1 triệu. Tinh bột được tổng hợp nhờ quá trình quang hợp của cây và được dự trữ trong cấu trúc của chúng dưới dạng năng

lượng tiềm tàng. Hàm lượng tinh bột có trong các loại cây là khác nhau và có thể thay

đổi theo thời tiết, mùa vụ, thổ nhưỡng... Hàm lượng tinh bột có trong hạt ngũ cốc

chiếm khoảng 40 đến 90%, trong rễ từ 30 đến 70%, trong củ từ 65 đến 85%, trong các

loại đậu từ 25 đến 50% và một số trái cây chưa chín như chuối hoặc xoài, chứa khoảng

70% tinh bột theo trọng lượng khô. Mô hình tích lũy của các hạt tinh bột trong mỗi

mô thực vật, hình dạng, kích thước, cấu trúc và thành phần là duy nhất cho mỗi loài

thực vật [1–3].

Mặc dù tinh bột có mặt trong rất nhiều loại thực vật nhưng chỉ có một số nguồn được sử dụng trong công nghiệp như tinh bột được tách từ hạt của ngũ cốc (ngô, lúa mỳ,

gạo), củ (khoai tây), rễ (sắn, khoai lang). Bảng 1.1 cho thấy ngô, gạo, lúa mỳ, khoai tây

và sắn là những loại cây trồng chiếm ưu thế trong việc khai thác tinh bột trên toàn cầu.

Bảng 1.1. Sản lượng một số loại tinh bột trên thế giới giai đoạn 2005-2018 [4]

Sản lượng (nghìn tấn) Nguồn

136.742,4

123.317,1

147.748,9

145.906,8

149.141,3

141.423,0

tinh bột 2005 2010 2015 2016 2017 2018

15.441,7

19.781,5

23.183,2

23.595,6

24.214,1

24.752,7

Lúa mạch

206.533,8

239.296,4

293.010,3

288.497,5

279.304,5

277.808,8

Đậu xanh

714.191,2

851.679,5 1.052.127,4 1.126.990,6 1.164.400,8 1.147.621,9

Sắn

317.675,2

328.616,9

365.748,2

356.952,5

373.774,2

368.168,9

Ngô

634.225,1

701.138,5

745.905,4

751.885,1

769.829,1

782.000,1

Khoai tây

11.520,0

9.457,5

10.170,7

10.220,6

10.529,1

10.639,9

Gạo

627.020,8

640.802,7

741.643,3

748.392,2

773.476,5

734.045,2

Khoai môn

Nguồn: FAO, 2020

Lúa mỳ

Sự phù hợp sinh thái nông nghiệp quy định loại tinh bột chiếm ưu thế do các nước

sản xuất. Mỹ chủ yếu sản xuất tinh bột ngô trong khi các nước Châu Âu chủ yếu sản xuất

tinh bột từ lúa mỳ và khoai tây, các nước Châu Á là trung tâm của tinh bột gạo và tinh

Nguồn: European starch industry, 2020

bột ngô [4, 5]. Sản lượng tinh bột của Châu Âu đã tăng từ 8,7 triệu tấn năm 2004 lên 10,7 triệu tấn năm 2019 (Hình 1.1).

Hình 1.1. Sản lượng tinh bột phổ biến ở Châu Âu giai đoạn 2004-2019 [5]

Năm 2019, Châu Âu đã sử dụng 24 triệu tấn nguyên liệu nông nghiệp gồm lúa mỳ, ngô, khoai tây được trồng ở Châu Âu và lúa mạch, gạo và đậu Hà Lan để sản xuất 10,7

triệu tấn tinh bột và các dẫn xuất tinh bột. Trong đó, Châu Âu tiêu thụ 9,2 triệu tấn tinh

bột gồm 30% là tinh bột tự nhiên, 18% tinh bột biến tính và 52% chất làm ngọt từ tinh

bột phục vụ trong các lĩnh vực thực phẩm (56%), thức ăn chăn nuôi (3%), sản xuất giấy

(41%) và trong các ứng dụng phi thực phẩm khác [5]. Sản lượng tinh bột trên toàn thế

giới dự báo sẽ đạt 156,3 triệu tấn vào năm 2025, trong đó Mỹ sẽ duy trì đà tăng trưởng

3,7% (khoảng 422,4 nghìn tấn), Đức sẽ bổ sung hơn 705,9 nghìn tấn tinh bột, các nước

còn lại của Châu Âu dự kiến là 873,1 nghìn tấn. Ở Châu Á, Trung Quốc cho thấy tiềm năng tăng trưởng ở mức 6,4% và thêm khoảng 19,9 triệu tấn tinh bột [6].

Tùy thuộc vào các khu vực khác nhau trên thế giới mà nguồn nguyên liệu sản xuất

tinh bột cũng khác nhau. Lượng tinh bột ở Mỹ được sản xuất từ ngô chiếm 95%, trong khi ở Châu Âu chiếm khoảng 60% tinh bột được sản xuất từ ngô và khoảng 20% mỗi loại từ khoai tây và lúa mỳ. Các nguyên liệu như gạo, sắn, dong riềng, cao lương cũng

được sử dụng sản xuất tinh bột ở các vùng khác [7]. Bảng 1.2 cho biết sản lượng, diện tích trồng và năng suất 5 loại tinh bột phổ biến nhất của các khu vực trong năm 2018. Tổng sản lượng tinh bột của Châu Á là cao nhất sau đó đến Châu Mỹ và Châu Âu. Trong khi lúa mỳ và ngô là nguyên liệu phổ biến ở cả Châu Á, Châu Âu, Châu Mỹ thì gạo và sắn lại tập trung ở Châu Á và Châu Phi.

Bảng 1.2. Tình hình sản xuất nguyên liệu tinh bột phổ biến trên thế giới [7]

Nguồn tinh bột

Sản lượng (tấn)

Diện tích (ha)

Năng suất (hg/ha)

169.673,7 78.900,9 33.174,0 29.782,4 70.485,9

18.681,2 38.673,2 14.243,1 29.710,8 8.500,1

90,8 20,4 23,3 10,0 82,9

577.954,8 46.596,4 38.763,8 302.429,1 113.083,3

70.639,2 1.578,2 6.127,6 95.536,3 35.529,0

81,8 295,2 63,3 31,7 31,8

80.637,8 361.565,0 188.644,7 705.393,4 328.220,2

3.754,9 67.296,2 9.301,8 146.070,4 96.963,8

214,8 53,7 202,8 48,3 33,9

Châu Phi Sắn Ngô Gạo Cao lương Khoai lang Châu Mỹ Ngô Khoai tây Gạo Đậu nành Lúa mỳ Châu Á Sắn Ngô Khoai tây Gạo Lúa mỳ Châu Âu Lúa mạch Ngô Khoai tây Đậu nành Lúa mỳ

83.123,5 128.595,3 105.181,3 12.055,5 242.139,7

23.431,4 17.048,9 4.754,0 5.659,3 60.611,2

35,5 75,4 221,2 21,3 40,0

Nguồn: FAO, 2020

Trong bốn loại lương thực quan trọng của Việt Nam là sắn, ngô, khoai tây và gạo thì gạo là lương thực quan trọng nhất, vì vậy chính phủ luôn ưu tiên cao để duy trì diện

tích trồng lúa nhằm đảm bảo an ninh lương thực cho đất nước. Diện tích đất trồng lúa tăng từ 732.920,0 ha (năm 2014) lên 757.074,1 ha (năm 2018) [7]. Trong những năm gần đây, chính phủ đã nới lỏng việc kiểm soát sử dụng đất quy hoạch trồng lúa, cho phép chuyển đổi một số diện tích lúa kém hiệu quả để trồng các loại cây khác (Bảng 1.3). Ngô

là cây trồng hàng năm lớn thứ hai sau gạo về diện tích canh tác. Diện tích và sản lượng ngô trong năm 2018 là khoảng 103.259,8 ha và 487.405,4 tấn. Hiện nay, sản lượng ngô trong nước chỉ đáp ứng khoảng 50% nhu cầu, còn lại dựa vào nguồn nhập khẩu. Sản xuất ngô có khả năng tăng trong những năm tới do các chính sách của Chính phủ đang phát huy nó để thay thế một phần khối lượng nhập khẩu [8].

Bảng 1.3. Tình hình sản xuất nguyên liệu tinh bột phổ biến tại Việt Nam [7]

Tiêu chí

2005

2010

2016

2017

2018

Sắn

Diện tích (ha)

42.550,0

49.800,0

56.923,3

53.250,1

51.302,1

Năng suất (kg/ha)

15.784,3

17.260,2

19.165,8

19.281,8

19.194,3

Sản lượng (tấn)

671.620,0

859.560,0

1.090.980,0

1.026.756,8

984.707,4

Ngô

Diện tích (ha)

105.260,0

112.639,1

115.183.0

109.927,4

103.259,8

Năng suất (kg/ha)

3.597,9

4.089,9

4.552,9

4.648,3

4.720,2

Sản lượng (tấn)

378.710,0

460.680,0

524.414,0

510.976,6

487.405,4

Khoai tây

Diện tích (ha)

3.500,0

2.966,3

2.117,3

2.048,0

2.467,3

Năng suất (kg/ha)

10.571,4

11.898,6

14.274,0

14.827,6

15.254,8

Sản lượng (tấn)

37.000,0

35.294,9

30.222,9

30.367,5

37.637,7

Gạo

Diện tích (ha)

732.920,0

748.940,0

773.472,2

770.853,4

757.074,1

Năng suất (kg/ha)

4.889,1

5.341,6

5.573,8

5.547,6

5.818,0

Sản lượng (tấn)

3.583.290,0 4.000.560,0

4.311.201,0

4.276.368,2 4.404.625,0

Nguồn: FAO, 2020

1.1.2. Cấu trúc và tính chất của tinh bột

Tinh bột gồm 2 thành phần chính là amylozơ (chiếm khoảng 20-30%) và

amylopectin (chiếm khoảng 70-80%). Amylozơ là polysaccarit mạch thẳng gồm các đơn

vị glucose liên kết với nhau bởi liên kết α-1,4-glycozit có chiều dài trung bình khoảng 500-20.000 đơn vị glucose tuỳ thuộc nguồn gốc của cây [9].

Phân tử amylozơ có một đầu khử và một đầu không khử. Khi được phân tán trong

dung dịch hoặc ở trạng thái thoái biến, amylozơ thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm

tác nhân kết tủa vào, amylozơ mới chuyển thành dạng xoắn ốc. Một vòng xoắn gồm 6 đơn vị glucose với đường kính là 12,97Å và chiều cao là 7,91Å. Các nhóm hydroxyl của gốc glucose được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H.

Amylopectin là polysaccarit mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α-1,4-

glycozit còn có mạch nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6-glycozit (Hình 1.2). Bằng phương pháp tán xạ ánh sáng người ta đã xác định được phân tử lượng của amylopectin vào khoảng 5.107 [2, 10, 11]. Amylopectin có thể chứa tới hơn một triệu đơn vị glucose nhưng chiều dài của chuỗi mạch nhánh tuyến tính lại chỉ có khoảng 25- 30 đơn vị glucose. Theo Hình 1.3, phân tử amylopectin có cấu tạo như những chùm nho trong đó xen kẽ hai loại vùng: vùng có cấu tạo chặt, sắp xếp có trật tự và có độ tinh thể

(vùng kết tinh) do đó khó bị thuỷ phân và vùng thứ hai sắp xếp kém trật tự có nhiều điểm

phân nhánh và không có độ tinh thể (vùng vô định hình) nên dễ bị thuỷ phân. Vùng tinh

thể có kích thước 6μm tương ứng với độ trùng hợp 15. Mạch A được liên kết với các

mạch khác bằng liên kết α-1,6 không có nhánh và độ trùng hợp bằng 15. Mạch B thường

Nguồn: https://water.lsbu.ac.uk/water/starch.html

có một hoặc vài nhánh A nối vào. Mạch C là mạch duy nhất trong phân tử có mang gốc glucose khử. Một số mạch B tham gia vào cấu tạo của 2 chùm, xuyên qua hai vùng có trật tự và hai vùng kém trật tự, thường có độ trùng hợp bằng 45 [2, 3].

Hình 1.2. Cấu trúc phân tử amylozơ và amylopectin

Tỷ lệ amylozơ và amylopectin trong tinh bột có thể ảnh hưởng tới tính chất tinh bột trong quá trình gia công và tính chất của sản phẩm cuối. Nhìn chung, tỷ lệ

amylozơ/amylopectin trong tinh bột khoảng 1/4, tỷ lệ này có thể thay đổi ít nhiều phụ

thuộc vào nguồn gốc tinh bột. Trong tinh bột nếp (gạo nếp, ngô nếp) chiếm gần như

100% là amylopectin, trong tinh bột đậu xanh, dong riềng, hàm lượng amylozơ chiếm trên 50% [2].

Tinh bột tồn tại dưới dạng hạt có kích thước trong khoảng từ 2-120nm. Hạt tinh bột có dạng hình tròn, hình bầu dục hay đa giác. Cấu tạo và kích thước các hạt phụ thuộc vào

giống cây, điều kiện trồng và quá trình sinh trưởng của cây. Khi cây tạo ra các phân tử tinh bột thì cây cũng sắp xếp các phân tử này thành từng lớp kế tiếp nhau xung quanh một cái lõi trung tâm để tạo nên một hạt chắc sít. Trong điều kiện này có thể các phân tử

amylozơ kề nhau và các mạch nhánh của amylopectin sẽ liên kết hydro để tạo nên các chùm tinh thể song song và đồng tâm gọi là các mixen. Chính các mixen này giữ vững

cấu trúc của các hạt và cho phép nó trương nở trong nước nóng mà không bị phá huỷ

hoàn toàn, cũng như không bị tan ra thành từng phân tử riêng biệt. Trong hạt tinh bột,

vùng kết tinh thường chiếm 25% đến 40%. Trong vùng này, các chuỗi mạch được liên

kết với nhau bởi rất nhiều liên kết mạnh. Ngược lại, trong vùng vô định hình do sự phân

bố không đồng đều của các đại phân tử làm cho chúng trở nên độc lập với nhau hơn mặc

dù số liên kết hydro là đáng kể. Như vậy mỗi hạt đều có thể vừa nằm trong vùng vô định hình, vừa nằm trong vùng kết tinh nên hạt tinh bột có cấu trúc rắn chắc. Muốn làm yếu

hay phá huỷ cấu trúc này có thể dùng tác dụng nhiệt ẩm, hoá học hoặc enzyme. Ngoài

cách sắp xếp bên trong như vậy, mỗi hạt tinh bột còn có lớp vỏ bao phía ngoài. Đa số các

(A - đặc trưng cấu trúc của amylopectin; B - sự sắp xếp các vùng vô định hình và kết tinh trong cấu trúc tạo thành các lớp đồng tâm; C - định hướng của các phân tử amylopectin trong tiết diện của một hạt lý tưởng hoàn toàn; D - hạt tinh bột; E - cấu trúc xoắn kép)

Nguồn: Starch-Based materials in food packaging processing, 2017

nhà nghiên cứu cho rằng lớp vỏ tinh bột khác với tinh bột nằm ở các lớp bên trong, theo đó các lớp bên ngoài chứa ít ẩm hơn và bền với các tác động bên ngoài. Trong hạt tinh bột có các lỗ xốp nhưng không đồng đều. Vỏ hạt tinh bột cũng có lỗ nhỏ do đó các chất tan có thể xâm nhập được bằng con đường khuếch tán qua vỏ [10].

Hình 1.3. Đặc trưng cấu trúc của amylopectin trong hạt tinh bột [10]

Hạt tinh bột chứa các vòng sinh trưởng bao gồm vùng bán tinh thể và vùng vô định hình. Trong vùng bán tinh thể, amylopectin tạo thành cấu trúc lớp gồm tinh thể có cấu trúc xoắn kép sắp xếp chặt chẽ và vùng phân nhánh vô định hình rắn chắc. Một số phân tử amylozơ cũng có thể tham gia vào các xoắn kép amylopectin này. Vùng vô định hình trong hạt tinh bột bao gồm phân tử amylozơ trật tự ngẫu nhiên và amylopectin. Tinh bột tự nhiên có 3 đa hình kiểu A, B và C tuỳ thuộc nguồn gốc tinh

bột. Đa hình kiểu A thường thấy ở tinh bột ngũ cốc trong khi đa hình kiểu B thường

gặp chủ yếu ở tinh bột khoai tây và các loại tinh bột từ củ. Đa hình kiểu C thường

thấy trong tinh bột đậu Hà Lan, chứa cả đa hình kiểu A và kiểu B trong cùng một hạt

tinh bột. Đa hình kiểu A và B khác nhau ở cách sắp xếp cấu trúc xoắn kép trong đó

xoắn kép sắp xếp chặt chẽ hơn tạo thành đa hình kiểu A và xoắn kép sắp xếp kém chặt tạo thành đa hình kiểu B [3, 12, 13]. Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột được trình bày trong Bảng 1.4.

Bảng 1.4. Đặc điểm của một số loại tinh bột [11]

STT

Nguồn tinh bột

1 2 3 4 5 6 Ngô Lúa mỳ Lúa mạch đen Đại mạch Yến mạch Lúa Kích thước hạt (μm) 10-30 5-50 5-50 5-40 5-12 2-10 Hình dáng hạt tinh bột đa giác, tròn tròn tròn dài bầu dục đa giác đa giác Hàm lượng amylozơ (%) 25 20 - - - 13-35 Nhiệt độ hồ hoá (oC) 67-75 56-80 46-62 68-90 55-85 70-80

Đậu đỗ Kiều mạch Chuối

Nguồn: Lê Ngọc Tú, 2001

7 8 9 10 Khoai tây 11 Khoai lang Sắn 12 30-50 5-15 5-60 1-120 5-50 5-35 tròn tròn dẹt tròn bầu dục bầu dục tròn 46-54 - 17 23 - 20 - 60-71 - 56-69 - 52-64

Tinh bột không tan trong nước lạnh nhưng nó hút ẩm mạnh và hấp thụ nước thuận

nghịch. Gia nhiệt huyền phù tinh bột làm phá vỡ liên kết hydro bên trong hạt tinh bột và

tinh bột bắt đầu hồ hoá. Hạt tinh bột sẽ trương nhanh gấp nhiều lần thể tích ban đầu của

nó. Các phân tử amylozơ mạch thẳng thoát ra khỏi hạt và đi vào dung dịch. Huyền phù chứa hỗn hợp các phân tử amylozơ mạch thẳng, hạt trương, các mảnh hạt vỡ và tuỳ thuộc vào lượng nước có mặt sẽ tạo thành hồ đặc hoặc gel. Khoảng nhiệt độ hồ hoá có thể định nghĩa là nhiệt độ mà tại đó hạt bắt đầu trương cho đến nhiệt độ mà gần như 100% hạt đã hồ hoá [9].

1.1.3. Một số nguồn tinh bột không phổ biến

Cùng với sự gia tăng dân số và sự phát triển của các ngành công nghiệp, nhu cầu đối với tinh bột không ngừng được mở rộng. Lượng tinh bột khô được sản xuất hàng năm ước tính đạt khoảng hơn 92,3 triệu tấn vào năm 2025 và ngày càng gia tăng. Ở

quy mô công nghiệp, tinh bột được tách từ hạt của ngũ cốc (ngô, lúa mỳ, gạo), khoai

tây, sắn, khoai lang. Trong đó, chủ yếu là tinh bột ngô nhưng các loại tinh bột khác

như sắn, khoai lang, khoai tây và lúa mỳ cũng được sản xuất với khối lượng lớn. Hiện

nay, nhiều nguồn tinh bột mới cũng được khai thác như hạt mít, khoai môn, các loại hạt họ đậu như đậu xanh, đậu đen, đậu Hà Lan....[14–17].

Bên cạnh các nguồn tinh bột phổ biến, tinh bột từ cây họ đậu, các loại cây thân rễ, cây thân cỏ và từ các loại hạt được coi là nguồn tinh bột không phổ biến. Trong những

năm gần đây, việc tách và biến tính tinh bột từ các nguồn phổ biến và không phổ biến

ngày càng được quan tâm nghiên cứu. Có rất nhiều bài báo, sách tham khảo và công trình

khoa học có liên quan đến lĩnh vực này được công bố. Số lượng các nghiên cứu được công bố từ 2015 - 2020 trên Scopus được đưa ra trong Bảng 1.5.

Bảng 1.5. Số lượng các bài báo về tinh bột công bố trên Scopus

STT Bài báo Sách Năm

1 2020 116 13

2 2019 142 8

3 2018 157 14

4 2017 143 10

5 2016 143 15

Nguồn: https://www.scopus.com

6 2015 118 9

Các nghiên cứu cho thấy, tinh bột nguồn không phổ biến hoàn toàn có thể thay thế

được nguồn tinh bột phổ biến do sự tương đồng về các tính chất lí hóa. Tuy nhiên, vẫn

có sự khác biệt đáng kể về tính chất của tinh bột từ các nguồn này do sự khác biệt về tỷ

lệ amylozơ/amylopectin và đặc tính của các phân tử. Các thành phần như protein, lipit

và các nhóm photphat cũng tạo nên những đặc tính khác biệt quan trọng giữa tinh bột từ

nguồn phổ biến và không phổ biến. Hàm lượng tinh bột từ các nguồn phổ biến và không phổ biến được trình bày trong Bảng 1.6.

Bảng 1.6. Hàm lượng tinh bột từ một số nguồn phổ biến và không phổ biến [1]

Tên Phân Hàm lượng Tên thông TT khoa học loại tinh bột (%) thường

Nguồn phổ biến

1 Sắn Manihot esculenta Củ 84

2 Gạo Oryza sativa Hạt 87,7

3 Lúa mỳ Triticum aestivum L. Ngũ cốc 25,03

4 Ngô Zea mays Ngũ cốc 31,3

5 Khoai tây Solanum Củ 23,65

Nguồn không phổ biến

1 Dền ngũ cốc Amaranthus cruentus Ngũ cốc 57,5

2 Kê Panicum sumatrense Ngũ cốc 70

3 Đậu ngự Phaseolus lunatus Cây họ đậu 63

4 Đậu ván Lablab purpureus Cây họ đậu 29,9

5 Đậu lăng Lens culinaris Cây họ đậu 51,7

6 Đậu hoa Lathyrus sativus L. Cây họ đậu 23,3

7 Đậu xanh Pisum sativum L. Cây họ đậu 40

8 Hạt điều Bixa orellana L. Hạt 40

9 Hạt dẻ Castanea sativa Quả hạch 93,2

10 Táo Malus domestica Borkh Trái cây 45,8

11 Sa kê Artocarpus altilis Trái cây 64,5

Trái cây 12 Mãng cầu xiêm Annona muricata 27,3

13 Hạt mít Artocarpus heterophyllus L. Trái cây 32,14

14 Bí Cucurbita pepo Trái cây 23,2

15 Khoai môn- sọ Colocasia esculenta Củ 11,91

16 Gừng Củ Zingiber officinale roscoe 85

17 Nghệ Củ Curcuma amada roxb 43

18 Su su Sechium edule Sw Trái cây 60

19 Dừa xu Orbignya phalerata Mart. Họ cau dừa 60,05

20 Thốt nốt Borassus ethiopum Họ cau dừa 24,73

Nguồn: Adina L., 2014

21 Hạt điều Bixa orellana L. Hạt 40

1.1.3.1. Tinh bột hạt mít

Mít (Artocarpus heterophyllus Lam) là một trong những loại cây ăn quả phổ biến

nhất Châu Á trong đó có Việt Nam. Hạt mít chiếm 8-15% tổng khối lượng quả, có hàm

lượng tinh bột cao, rất giàu carbohydrat và protein. Hạt mít cũng chứa nhiều khoáng chất,

lignans, isoflavone, saponin, và các chất dinh dưỡng thực vật [18, 19]. Vì vậy, hạt mít

được sử dụng làm nguyên liệu trong nhiều chế biến ẩm thực. Các hạt tinh bột hạt mít (JS)

có hình bán cầu và bề mặt nhẵn; kích thước hạt dao động từ 5 đến 10μm [20]. JS có tiềm

năng lớn trong ngành công nghiệp thực phẩm, đặc biệt được sử dụng làm chất làm đặc, chất ổn định và chất kết dính [21]. Những năm gần đây, đã có một số nghiên cứu về các

đặc tính hóa lý của JS và cho thấy đây là một trong những nguồn tinh bột không phổ biến

đáng được quan tâm [19, 22–25]. So với các loại tinh bột khác, tinh bột từ hạt mít có

nhiệt độ hồ hóa cao hơn và độ nhớt thoái biến thấp hơn đáng kể. Nisit và cộng sự đã biến tính thành công tinh bột hạt mít bằng phương pháp biến tính kép tạo lưới – carboxymetyl hóa. Tinh bột hạt mít biến tính thu được có khả năng trương nở tốt hơn tinh bột hạt mít

tự nhiên và có thể ứng dụng làm tá dược rã trong thuốc viên nén [26]. Dutta và cộng sự đã nghiên cứu biến tính tinh bột hạt mít bằng phương pháp xử lý axit-ancol trong thời

gian ngắn. Kết quả cho thấy các tính chất của tinh bột hạt mít biến tính phụ thuộc vào

nồng độ axit trong quá trình thủy phân. Các ảnh hưởng tới tính chất cơ lý của tinh bột

thể hiện rõ rệt hơn khi xử lý ngắn hạn. Các tính chất như độ nhớt, khả năng hồ hóa…có

sự thay đổi đáng kể sau quá trình biến tính bằng axit loãng [24]. Tinh bột hạt mít biến

tính cho thấy khả năng ứng dụng đầy hứa hẹn trong các lĩnh vực sản xuất bánh kẹo, dược phẩm, giấy, dệt may…

1.1.3.2. Tinh bột đậu xanh

Đậu xanh (Vigna radiata) thuộc họ đậu và được trồng rộng rãi ở Đông Nam Á, đặc

biệt là ở Việt Nam trong hàng nghìn năm. Đây là loại thực phẩm rất giàu vitamin và

khoáng chất. Hạt đậu xanh có hàm lượng dinh dưỡng rất cao bao gồm chất béo, protein,

chất xơ, vitamin B1, vitamin B2, vitamin B5, vitamin B6 và các khoáng chất như

mangan, magie, sắt, kẽm, kali. Ngoài ra, trong hạt đậu xanh còn có chứa nhiều loại axit amin cần thiết cho cơ thể như lysine, phenylalanin, valine [27, 28].

Tinh bột từ đậu xanh đã được nghiên cứu thu nhận và xác định một số đặc tính hóa

lý. Hiệu suất thu hồi tinh bột trong khoảng 26,0% đến 33,0%. Nguyên nhân khác nhau về hiệu suất thu hồi là do sự khác nhau về nguồn gốc, giống và chủng loại nguyên liệu. Hàm lượng amylozơ trong tinh bột đậu xanh từ 28,4% đến 40,69%. Các hạt tinh bột đậu

xanh có hình dạng không đều, thay đổi từ hình bầu dục đến hình cầu. Kích thước hạt tinh

bột đậu xanh dao động từ 7,65 - 33,15m [29].

Nghiên cứu các tính chất hóa lý của tinh bột đậu xanh cho thấy các giá trị nhiệt độ hồ hóa To, Tp, Te khác nhau nhiều khi đậu xanh có nguồn gốc khác nhau. Theo nghiên cứu của Rahman và cộng sự thì khoảng nhiệt độ hồ hóa của tinh bột đậu xanh là 65 - 69 - 75oC [29], trong khi theo nghiên cứu của Hoover và cộng sự thì khoảng nhiệt độ hồ hóa

lại là 58 - 67 - 82°C [30]. Độ nhớt của tinh bột đậu xanh cao cho thấy khả năng trương

nở và vỡ hạt cao hơn so với các loại tinh bột ngũ cốc, độ hòa tan và trương nở của tinh bột tăng lên khi nhiệt độ tăng [29].

Tinh bột đậu xanh có hàm lượng amylozơ cao cung cấp độ bền gel mạnh, đây là

một đặc tính tốt để sản xuất miến đậu xanh [31]. Ngoài ra, tinh bột đậu xanh là loại thực phẩm có chỉ số đường huyết thấp và chứa lượng tinh bột kháng cao [32]. Tinh bột kháng

là tinh bột có khả năng kháng lại sự thủy phân của các enzyme trong hệ tiêu hóa, được

lên men trong ruột kết tạo ra các axit béo mạch ngắn. Tinh bột kháng giúp làm hạ đường huyết, giảm sự hình thành sỏi mật, ức chế sự tích tụ chất béo trong cơ thể [33].

1.1.3.3. Tinh bột khoai môn

Khoai môn (Colocasia esculenta) có nguồn gốc ở vùng Châu Á nhiệt đới, phân bố

nhiều về phía đông và khu vực Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam. Đây là loài được

trồng phổ biến nhất trong số một số loài thực vật thuộc họ Araceae, cuống lá, lá và củ

của chúng được sử dụng làm rau. Khoai môn là một thực phẩm chủ yếu trong các nền

văn hóa Châu Phi, Châu Đại Dương và Nam Á (tương tự như khoai mỡ), và khoai môn

được cho là một trong những loại cây được trồng sớm nhất. Tại các quốc gia nhiệt đới

và cận nhiệt đới, khoai môn chính là một trong những nguồn tinh bột được quan tâm [34,

35]. Tinh bột khoai môn chiếm đến 81% (khối lượng chất khô) và có hàm lượng amylozơ

thấp (2,5%). Các hạt tinh bột khoai môn có hình dạng đa giác không đều, các hạt có kích

thước nhỏ, đường kính hạt trung bình trên bề mặt dao động từ 1 đến 5µm [34, 36]. Tinh

bột khoai môn có cấu trúc loại A với mức độ kết tinh là 38,26%. Khả năng hòa tan và

giữ nước không thay đổi trong khoảng nhiệt độ 50 - 70°C và sau đó chúng tăng lên khi nhiệt độ tăng. Tinh bột khoai môn có độ nhớt cao do hàm lượng amylopectin cao. Nhiệt độ bắt đầu (To), nhiệt độ đỉnh (Tp) và nhiệt độ cuối (Tc) của quá trình hồ hóa tương ứng là 73,6 - 80,3 - 88,3°C [36].

1.2. Một số phương pháp hoá học biến tính tinh bột

Hầu hết các loại tinh bột tự nhiên bị hạn chế về mặt ứng dụng do chúng không

bền trước các thay đổi của nhiệt độ, pH… Tinh bột tự nhiên có xu hướng thoái hóa và phân hủy rất mạnh. Ngoài ra, một số loại tinh bột khá trơ, không tan trong nước ở

nhiệt độ thường, có khả năng kháng tiêu cao đối với các enzyme thủy phân và thiếu các tính năng mong muốn. Do đó, trong công nghiệp, tinh bột hiếm khi được sử dụng ở dạng nguyên thủy mà thường được biến tính nhằm phát triển các tính chất đặc biệt như độ hòa tan, kết cấu, khả năng bám dính và khả năng chịu nhiệt trong các quá trình công nghiệp [24, 37].

Có nhiều phương pháp hoá học biến tính tinh bột, trong đó các phương pháp được

quan tâm nhiều nhất hiện nay gồm có: thủy phân bằng axit, tạo liên kết ngang, oxy hóa tinh bột, este hóa (axetyl hóa, photphat hóa…), ête hóa, trùng hợp ghép...

1.2.1. Thủy phân bằng axit

1.2.1.1. Cơ chế thủy phân tinh bột bằng axit

Dưới tác dụng của axit, một phần liên kết giữa các phân tử và trong phân tử tinh bột

bị thủy phân tạo ra những đoạn mạch ngắn do đó làm cho kích thước phân tử giảm đi và

tinh bột thu được những tính chất mới. Nếu tiến hành trong điều kiện khắc nghiệt hơn thì

sẽ xảy ra quá trình khử trùng hợp hoàn toàn tinh bột [38]. Cơ chế thuỷ phân xúc tác axit của tinh bột được trình bày trong Hình 1.4.

Hình 1.4. Cơ chế thuỷ phân tinh bột bằng axit [39]

Con đường thuỷ phân bắt đầu bằng quá trình proton hoá nhanh, thuận nghịch

tại nguyên tử O của vòng pyranose (1) hoặc nguyên tử O của liên kết glycozit (3). Giai đoạn này được tiếp tục bởi sự bẻ gãy chậm liên kết C - O tương ứng. Carbocation tạo thành (4 hoặc 5) nhanh chóng kết hợp với một phân tử nước từ dung dịch (4 thành 6 hoặc 5 thành 7). Dường như cả 2 cơ chế diễn ra song song, không có cơ chế nào chiếm ưu thế hoàn toàn, cả 2 cơ chế đều phụ thuộc thời gian phản ứng, nhiệt độ, nồng độ và pH.

1.2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân

Tốc độ thủy phân tinh bột phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như loại axit, nồng độ axit,

nhiệt độ, cấu trúc hạt tinh bột... Các yếu tố khác nhau sẽ ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân tinh bột ở những mức độ khác nhau.

Kết quả nghiên cứu cho thấy HCl và HNO3 thuỷ phân tinh bột mạnh nhất, H3PO4 thuỷ phân yếu nhất, H2SO4 tuy là một axit mạnh nhưng tác dụng thuỷ phân lại thấp hơn so với HCl và HNO3 ở cùng điều kiện. Nồng độ axit có ảnh hưởng rõ rệt tới độ trùng hợp và độ nhớt của tinh bột hơn là thời gian thuỷ phân. Khi kéo dài thời gian thuỷ phân, nhiệt độ bắt đầu hồ hoá, nhiệt độ cực đại và nhiệt độ kết thúc quá trình hồ hoá đều tăng cho đến khi

đạt tới một giá trị tới hạn, sau đó giảm cùng với sự mở rộng đường cong thu nhiệt. Thời gian thuỷ phân càng lâu thì các tác nhân H+ càng có nhiều cơ hội để thâm nhập dần vào bên trong hạt tinh bột và phá huỷ cấu trúc của hạt. Hiệu suất thu hồi sản phẩm giảm dần

khi kéo dài thời gian thuỷ phân. Kích thước hạt trung bình của tinh bột cũng giảm liên tục và hình dạng hạt bị thay đổi sau khi thuỷ phân axit [38, 40–42] .

Sau khi thuỷ phân axit, hàm lượng amylozơ giảm nhẹ và tinh bột vẫn duy trì được

kiểu kết tinh ban đầu. Axit chủ yếu tấn công vào vùng vô định hình bên trong hạt tinh

bột và cả amylozơ và amylopectin đều bị thuỷ phân đồng thời bởi axit. Quan sát dưới

kính hiển vi điện tử quét thấy rằng thuỷ phân axit không làm phá vỡ cấu trúc kết tinh của

hạt, quá trình bào mòn xảy ra trên toàn bộ bề mặt hạt tinh bột để lộ lớp bên trong có bề mặt nhẵn như bề mặt hạt tinh bột tự nhiên [43, 44].

Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến tốc độ thuỷ phân. Nhiệt độ càng cao sẽ càng đẩy

nhanh quá trình thuỷ phân tinh bột. Tuy nhiên nếu nhiệt độ thuỷ phân vượt quá nhiệt độ

hồ hoá của tinh bột sẽ gây ra hiện tượng phá huỷ cấu trúc hạt tinh bột do nhiệt và rất khó

kiểm soát. Do đó để thu được các sản phẩm như mong muốn quá trình thuỷ phân tinh bột

thường được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hoá của mỗi loại tinh bột, như tinh bột khoai tây là khoảng 55oC, tinh bột ngô là 67oC, tinh bột gạo là 70oC và tinh bột sắn là khoảng 52oC [45].

Ngoài ra còn một số yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến mức độ thuỷ phân của tinh bột như nồng độ tinh bột, hiệu ứng muối, muối kim loại... Khi tiến hành thuỷ phân

thêm vào 0,013 % muối của molipden theo khối lượng tinh bột sẽ làm giảm xu hướng kết tinh của các đoạn mạch bị phân cắt so với khi không có mặt ion kim loại. Ảnh hưởng tương tự cũng có thể nhận được khi thuỷ phân tinh bột có sử dụng các muối của Al, Cu… [46, 47]. Tuy nhiên ảnh hưởng của muối kim loại đến quá trình thuỷ phân tinh bột là không thật sự rõ ràng và chưa có nhiều tài liệu nghiên cứu sâu theo hướng này.

Nồng độ tinh bột được nghiên cứu thường nằm trong khoảng từ 25 - 50%, nếu nồng

độ tinh bột quá cao sẽ cản trở sự phân tán của axit lên tinh bột và làm chậm quá trình thuỷ phân [46].

Có hai loại dung môi phổ biến được sử dụng trong quá trình biến tính tinh bột

bằng axit là nước và ancol. Trong môi trường ancol như etanol hoặc metanol, do các ancol này có độ phân cực nhỏ hơn nước nên độ phân ly của axit tham gia xúc tác cũng

nhỏ hơn, do đó phản ứng thuỷ phân tinh bột diễn ra chậm hơn so với trong môi trường

nước. Ưu điểm của phương pháp này là quá trình thuỷ phân tinh bột được điều chỉnh,

có thể tiến hành phản ứng ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hồ hoá của tinh bột và khống chế một cách dễ dàng để tạo ra các sản phẩm có mạch phân tử như mong muốn với

hiệu suất thu hồi cao. Bằng cách lựa chọn loại ancol, nồng độ axit, loại tinh bột và

nồng độ tinh bột có thể tạo ra các dextrin có giá trị trùng hợp chọn lọc trong khoảng rộng [24, 44, 46].

1.2.1.3. Ảnh hưởng của quá trình thủy phân axit đến đặc tính hóa lý của tinh bột

Quá trình thuỷ phân tinh bột bằng axit trong môi trường ancol diễn ra theo mô hình

2 giai đoạn, giai đoạn đầu chậm và giai đoạn sau nhanh. Hiệu suất thu hồi đạt > 90% và

kích thước hạt trung bình giảm nhẹ. Độ trùng hợp giảm dần khi tăng số nguyên tử carbon

của ancol và sản phẩm có độ hòa tan cao hơn gấp 4-9 lần so với tinh bột tự nhiên. Tinh

bột sau khi xử lý axit trong ancol cho thấy những vết nứt bên trong hay những mao quản

ở một số hạt, và số hạt bị nứt hoặc có mao quản tăng khi tăng số nguyên tử cacbon của

ancol. Mức độ phân huỷ của phân tử sau khi xử lý axit trong ancol có liên hệ trực tiếp với sự luân phiên của cấu trúc bên trong hạt tinh bột [48–50].

Việc xử lý tinh bột thủy phân bằng axit làm thay đổi nhiều tính chất so với tinh bột

chưa biến tính và có thêm những tính chất mới, chỉ còn giống tinh bột ban đầu ở hình dạng

vật lý, không có sự thay đổi trực tiếp về dạng hạt mà chỉ có sự thay đổi nhỏ về tính lưỡng

chiết hạt. Tinh bột biến tính bằng axit so với tinh bột ban đầu có những tính chất như độ

kết tinh tương đối, giảm ái lực ion, độ nhớt đặc trưng thấp hơn, nhiệt độ hồ hoá cao hơn, áp suất thẩm thấu cao hơn do khối lượng phân tử thấp hơn, khi hồ hoá trong nước nóng hạt trương nở kém hơn. Trong nước ấm có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hoá thì độ hoà tan cao hơn [48].

Khi thuỷ phân bằng axit sẽ làm thay đổi độ kết tinh tương đối của hạt tinh bột. Thông thường độ kết tinh tương đối trong các loại hạt tinh bột chiếm từ 15-45% tuỳ thuộc vào nguồn gốc và loại tinh bột [51]. Singh và cộng sự đã nghiên cứu sự biến đổi độ kết tinh tương đối của tinh bột khoai tây khi bị thuỷ phân bằng axit H2SO4 và phát hiện ra rằng độ kết tinh tương đối của tinh bột biến tính cao hơn so với tinh bột khoai tây tự nhiên, sự tăng

này tỷ lệ với mức độ thuỷ phân [52]. Các kết quả tương tự cũng xuất hiện khi thuỷ phân

tinh bột ngô, gạo, sắn bằng các loại axit khác nhau. Hầu hết các tác giả đều cho rằng tác

nhân axit ưu tiên tấn công vào vùng vô định hình trước, sau đó mới đến vùng kết tinh làm

cho tỷ lệ vùng vô định hình giảm dần và tăng độ kết tinh tương đối. Ngoài ra các phân tử

tinh bột nằm ở vùng vô định hình sau khi bị phân cắt có khả năng kết hợp với nhau bằng các liên kết hydro và tạo thành dạng xoắn ốc, các vòng xoắn ốc này bó chặt với nhau và hình thành nên các vùng kết tinh mới [53].

Tinh bột biến tính bằng axit có sự thay đổi lớn về cấu trúc mạch tinh bột làm cho

nhiệt độ hồ hoá bị thay đổi. Nói chung tinh bột nào có mức độ phân cắt cao hơn thì nhiệt độ hồ hoá cao hơn. Kerfa và các cộng sự đã nghiên cứu quá trình biến đổi nhiệt độ hồ

hóa của tinh bột khoai tây và tinh bột mì biến tính axit bằng nhiệt lượng quét vi sai DSC.

Kết quả cho thấy nhiệt độ đầu và nhiệt độ đỉnh của tinh bột biến tính cao hơn so với tinh

bột tự nhiên [54]. Các kết quả tương tự cũng nhận được khi nghiên cứu tính chất nhiệt

của tinh bột lúa mạch [55], gạo [48], ngô [44]. Sự tăng nhiệt độ hồ hoá này có thể là do

sự tăng tỷ lệ vùng kết tinh trong hạt tinh bột sau khi bị thuỷ phân và vì vùng kết tinh có

nhiệt độ nóng chảy cao hơn vùng vô định hình [53]. Ngoài ra, phân tử tinh bột sau biến tính có mạch tinh bột ngắn do bị phân cắt thành các phân tử nhỏ sẽ dễ dàng sắp xếp chặt

chẽ hơn làm cản trở quá trình hydrat hoá và trương nở của tinh bột. Mặt khác, mức độ

trật tự của các mixen trong hạt tinh bột tăng lên, các mạch tinh bột nằm trong vùng vô

định hình bị thuỷ phân nên các mixen đó liên kết với nhau, tạo ra những mảnh khá lớn nên nhiệt độ hồ hoá tăng lên.

Hình dạng cơ bản của hạt tinh bột sau khi biến tính bằng axit có thể thay đổi phụ thuộc vào điều kiện thuỷ phân, kích thước có thể bị thay đổi và bề mặt sần sùi hơn. Các ion H+ xâm nhập vào vỏ nhờ khuếch tán và tiến hành phân cắt các phân tử tinh bột trong hạt, tạo ra những đoạn mạch ngắn hơn, nhưng số lượng đoạn mạch ngắn tăng sẽ làm tăng

thể tích của các vi hạt, do đó kích thước vi hạt tăng lên ở giai đoạn đầu trong toàn bộ

mẫu. Tuy nhiên nếu quá trình thuỷ phân tiếp tục được duy trì cho đến khi toàn bộ lớp vỏ

ngoài của hạt tinh bột bị thuỷ phân hết và các lớp tiếp theo bắt đầu bị thuỷ phân thì kích thước vi hạt tinh bột cũng bắt đầu giảm dần [56].

Độ nhớt của hồ tinh bột biến tính bằng axit giảm thấp. Sự giảm độ nhớt là do phá

huỷ vùng vô định hình giữa các mixen của hạt và làm yếu cấu trúc hạt dẫn đến sự phá

huỷ hạt ngay cả khi hạt trương không đáng kể. Theo Mukerjea nguyên nhân làm giảm độ nhớt của hồ tinh bột là do độ hoà tan của nó trong nước sôi rất lớn, cũng có nghĩa là pha gián đoạn của nó giảm đi [49]. Pha gián đoạn là huyền phù của các hạt đã trương và các mảnh vỡ của chúng ở trong nước (pha lỏng liên tục), chính pha gián đoạn này

làm tăng độ nhớt hồ tinh bột [44]. Tinh bột biến tính bằng axit có độ bền màng cao, vì vậy nó phù hợp trong việc tạo gel, tạo màng cho sản phẩm.

1.2.2. Oxy hoá

1.2.2.1. Cơ chế phản ứng oxy hóa tinh bột

Tinh bột oxy hoá được tạo ra nhờ phản ứng của tinh bột với một lượng nhất định tác nhân oxy hoá trong điều kiện nhiệt độ và pH được khống chế. Phương pháp oxy

hoá và thu hồi sản phẩm cũng khác nhau khi sử dụng các chất oxy hoá khác nhau. Rất

nhiều tác nhân oxy hoá đã được sử dụng để oxy hoá tinh bột như periodate, axit

chromic, kali permanganate, nitơ dioxide, hydro peroxit, natri hypoclorit..., mỗi loại đều có ưu và nhược điểm riêng. Trong số đó, natri hypoclorit là tác nhân oxy hoá được

sử dụng nhiều nhất và lâu đời nhất ở quy mô công nghiệp do nó sẵn có trên thị trường với giá thành rất rẻ [57, 58].

Trong phản ứng oxy hoá, nhóm hydroxyl trên phân tử tinh bột trước tiên bị oxy hoá

thành nhóm carbonyl và sau đó thành nhóm carboxyl. Bởi vậy, số nhóm carbonyl và

carboxyl trong tinh bột oxy hoá phản ánh mức độ oxy hoá, diễn ra chủ yếu tại các nhóm hydroxyl ở vị trí C2, C3 và C6. Dù sử dụng phương pháp và tác nhân oxy hoá nào thì quá trình oxy hoá tinh bột cũng xảy ra theo các cơ chế sau [39]:

- Oxy hóa nhóm andehit khử cuối mạch thành nhóm carboxyl tạo các nhóm axit

aldonic cuối mạch, thường được gọi là nhóm cuối axit D – gluconic:

(1.1)

- Oxy hoá nhóm methylol ở vị trí C6 thành nhóm carboxyl:

(1.2)

- Oxy hóa nhóm hydroxyl bậc 2 của tinh bột thành nhóm xeton. Phản ứng này

thường diễn ra đối với nhóm -OH ở vị trí C3 tạo thành nhóm carbonyl:

(1.3)

- Oxy hoá các đơn vị 2,3- glycol thành các đơn vị diandehit và dicarboxylic:

(1.4)

1.2.2.2. Oxy hóa tinh bột bằng natri hypoclorit

Đối với quá trình oxy hoá tinh bột bằng hypoclorit, các yếu tố ảnh hưởng đến phản

ứng oxy hoá bao gồm: pH, nhiệt độ, nồng độ hypoclorit, cấu trúc phân tử tinh bột và

nguồn gốc tinh bột. Các vị trí oxy hoá và tính chất lý hoá của tinh bột oxy hoá chịu ảnh hưởng bởi sự sắp xếp phân tử bên trong hạt tinh bột [59]. Hàm lượng nhóm carboxyl và carbonyl của tinh bột oxy hoá tăng khi tăng hàm lượng hypochlorite [58].

Các nhóm carboxyl thường thấy ở bên ngoài hơn là ở lõi hạt tinh bột [59]. Quá trình

oxy hoá thường làm giảm nhiệt độ hồ hoá và độ nhớt của tinh bột. Quan sát trên giản đồ nhiệt lượng quét vi sai (DSC) thấy rằng quá trình oxy hoá làm giảm khoảng nhiệt độ

chuyển hoá (nhiệt độ bắt đầu, nhiệt độ đỉnh và nhiệt độ kết thúc), entanpy hồ hoá và

entanpy thoái biến [52, 58]. Quá trình oxy hoá diễn ra chủ yếu ở các lớp vô định hình

nên hình thái học của tinh bột không bị ảnh hưởng, giản đồ nhiễu xạ tia X không thay

đổi sau quá trình oxy hoá [58, 59]. Lớp kết tinh đóng vai trò tối quan trọng trong việc duy trì tính nguyên vẹn của hạt tinh bột [60].

1.2.2.3. Oxy hóa tinh bột bằng hydro peroxit

Hydro peroxit là tác nhân oxy hóa được các nhà nghiên cứu quan tâm do không

tạo ra sản phẩm phụ có hại và thân thiện với môi trường (sản phẩm phân hủy chỉ có

oxy và nước). Trái với natri hypoclorit, hydro peroxit không được sử dụng rộng rãi

trong công nghiệp. Tuy nhiên, một số nghiên cứu đã báo cáo việc sử dụng hydro peroxit để oxy hóa tinh bột thu được từ nhiều nguồn khác nhau [61–64]. Zhang và cộng sự đã

oxy hóa tinh bột ngô với các nồng độ hydro peroxit khác nhau và thu được tinh bột có

mức độ oxy hóa từ 0,096 đến 0,554. Theo các tác giả, tinh bột oxy hóa thu được có hàm lượng nhóm aldehyde cao và có thể được sử dụng để sản xuất tinh bột nhiệt dẻo, một vật liệu thân thiện với môi trường [62]. El-Sheikh và cộng sự đã nghiên cứu quá trình oxy hóa tinh bột gạo bằng cách sử dụng hydro peroxit 2,7% kết hợp chiếu xạ tia cực

tím như một chất khơi mào quang hóa. Hàm lượng carbonyl và carboxyl cao hơn được quan sát thấy ở nhiệt độ phản ứng 60 và 70oC và tỷ lệ tinh bột: nước là 1: 8 [65]. Sangseethong và cộng sự oxy hóa tinh bột sắn bằng cả hai tác nhân natri hypoclorit và hydro peroxit tại pH = 10 với thời gian phản ứng là 30, 60, 120 và 300 phút. Quá trình oxy hóa bằng tác nhân natri hypoclorit được phát hiện ưu tiên hình thành các nhóm

carboxyl, trong khi quá trình oxy hóa bằng tác nhân hydro peroxit ưu tiên hình thành

nhóm carbonyl. Cả natri hypoclorit và hydro peroxit đều tạo ra tinh bột bị oxy hóa với

độ nhớt và sự phân bố kích thước phân tử tương tự nhau; tuy nhiên, hydro peroxit cần

thời gian phản ứng ngắn hơn để đạt được những đặc tính này. Ngoài ra, khi làm lạnh, gel

tinh bột được oxy hóa bằng hydro peroxit sẽ cứng hơn gel của tinh bột được oxy hóa bằng natri hypoclorit [66].

1.2.2.4. Oxy hóa tinh bột bằng các tác nhân khác

Axit periodic và muối periodate là những tác nhân oxy hoá chọn lọc cao, bẻ gãy liên kết C2-C3 của gốc anhydroglucozơ và hình thành các nhóm diandehit. Hàm lượng nhóm carboxyl và andehit của tinh bột diandehit tăng tuyến tính khi tăng nồng độ periodat. Giản đồ nhiễu xạ tia X của tinh bột diandehit không thay đổi sau khi oxy hoá

bằng periodat trong khi độ kết tinh giảm khi tăng nồng độ periodat. Ngoài ra, nhiệt độ hồ hoá cũng tăng trong khi entanpy hồ hoá giảm [67].

Ngoài các tác nhân oxy hoá kể trên, tinh bột còn có thể được oxy hoá bằng tác

nhân ozone trong nước [68–70]. Giống với quá trình oxy hóa bằng tác nhân hydro

peroxit, quá trình oxy hóa bằng ozon tạo ra nhiều nhóm carbonyl hơn nhóm carboxyl.

An và King đã nghiên cứu tính chất của tinh bột gạo oxy hóa bằng ozon cho thấy sản

phẩm có các tính năng tương tự như tinh bột được oxy hóa ở nồng độ thấp với hai tác nhân hydro peroxit và natri hypoclorit [71].

1.2.2.5. Ảnh hưởng của quá trình oxy hóa đến đặc tính hóa lý của tinh bột

Các nghiên cứu về tinh bột oxy hoá cho thấy hạt tinh bột bị oxy hóa vẫn tương tự

như tinh bột ban đầu, chúng vẫn duy trì mức độ phân cực và vẫn phản ứng với iodine

cho vết màu xanh như tinh bột chưa biến tính nhưng trắng hơn tinh bột ban đầu. Đó là

do phản ứng tẩy trắng của natri hypoclorit lên các vết bẩn tinh bột [59]. Quá trình oxy

hoá làm tăng kích thước hạt tinh bột lúa mỳ khoảng dưới 16%. Ngược lại, không có sự

thay đổi đối với tinh bột ngô nếp [72]. Một số tính chất khác của tinh bột oxy hoá bằng

natri hypoclorit là nhạy với xanh metylen, có khả năng thay đổi màu của chất nhuộm. Các hạt tinh bột chưa biến tính không có sự hấp thụ chọn lọc này [60].

Sự hình thành nhóm carboxyl và carbonyl, đứt liên kết glycozit xảy ra trong suốt quá trình oxy hoá phụ thuộc vào tốc độ phản ứng. Khi tốc độ phản ứng tăng lên thì khối lượng

phân tử giảm, độ nhớt giảm, số nhóm carbonyl và nhóm carboxyl tăng, tương quan giữa số nhóm carbonyl và carboxyl phụ thuộc vào điều kiện phản ứng [73].

Quá trình oxy hoá làm giảm độ nhớt hoặc làm tăng độ chảy của hồ. Vì thế tinh bột oxy hóa có thể bị hồ hóa trong nước ở nhiệt độ thấp hơn tinh bột chưa biến tính. Nói chung khi mức độ oxy hoá tăng thì độ lỏng tăng. Tuy nhiên, khi xử lí ở nồng độ natri

hypoclorit thấp dưới điều kiện axit nhẹ hoặc kiềm loãng, hay quá trình oxy hoá bằng cách điện phân dung dịch natri clorua thì độ nhớt thực tăng lên [58, 74].

Theo Kuakpetoon, phụ thuộc vào mức độ oxy hoá mà tinh bột oxy hoá có nhiệt độ

hồ hoá thấp hơn tinh bột ban đầu, mức độ oxy hoá càng cao thì nhiệt độ hồ hoá càng

giảm. Sau khi hồ hoá trong nước nóng và lạnh, dạng hồ của tinh bột oxy hoá không đặc lên mà giống như tinh bột chưa biến tính. Vì vậy tinh bột oxy hoá được sử dụng để ổn định dạng hồ trong một số sản phẩm [59].

Khả năng phân lớp và ổn định hồ tinh bột oxy hoá cao hơn so với tinh bột biến tính axit. Đó là thuộc tính chủ yếu để phát hiện sự hiện diện của nhóm carboxyl trong

phân tử tinh bột oxy hoá. Trong sản xuất kẹo gôm, tinh bột biến tính bằng natri

hypoclorit được sử dụng phổ biến hơn so với biến tính bằng axit vì khả năng ổn định

của nó cao hơn khi có mặt đường và cho vị hoàn thiện hơn so với tinh bột biến tính bằng axit [58, 74].

Tinh bột oxy hoá bằng natri hypoclorit có khuynh hướng tạo màng đồng nhất, ít bị

co và ít bị gãy hơn so với những loại tinh bột biến tính bằng axit hoặc chưa biến tính.

Dạng màng của tinh bột oxy hóa có khả năng hoà tan trong nước cao hơn so với tinh bột

chưa biến tính hoặc biến tính bằng axit. Thuộc tính này là do nhóm ưa nước carboxyl được hình thành trong quá trình oxy hoá [57, 75, 76].

1.2.3. Ete hóa

Trong số các dẫn xuất tinh bột ete, carboxymetyl tinh bột thu hút được rất nhiều sự

quan tâm vì những ứng dụng rộng rãi của nó trong công nghiệp như chất làm đặc trong thực phẩm, nhả thuốc, hồ vải, tráng giấy và dùng làm keo dán [77, 78].

Carboxymetyl tinh bột (CMS) được tổng hợp nhờ phản ứng của tinh bột với natri

monocloaxetat (SMCA) hoặc axit monocloaxetic (MCA) có mặt natri hydroxit. Phản

ứng thường được tiến hành với sự có mặt của bazơ mạnh làm tăng độ ái nhân của

nhóm hydroxyl, nhằm trợ giúp khả năng trương của hạt tinh bột [45, 79–82]. Độ thế (DS) là đại lượng quan trọng nhất để đánh giá mức độ biến tính carboxymetyl hoá tinh bột [81, 83].

1.2.3.1. Cơ chế carboxymetyl hóa tinh bột

Trong một mắt xích của phân tử tinh bột có một nhóm -OH đính lên carbon bậc 1 và hai nhóm -OH đính trên carbon bậc 2. Trong đó, nhóm -OH trên C2 hoạt động hơn đối với tác nhân carboxymetyl so với các nhóm -OH trên C1 và C6 bởi vì nhóm -OH trên C2 nằm gần đầu hemiacetal nên có tính axit cao hơn. Phản ứng carboxymetyl hoá tinh bột xảy ra theo hai bước [84]:

- NaOH phản ứng với nhóm hydroxyl của tinh bột (ROH) tạo thành nhóm alkoxide:

(1.5)

- Nhóm carboxymetyl được tạo thành bởi phản ứng SN2 giữa tinh bột alkoxide và

natri monocloaxetat (SMCA):

(1.6)

SMCA và NaOH có thể phản ứng tạo thành sản phẩm phụ natri glycolat:

(1.7) NaOH + ClCH2COONa → HOCH2COONa + NaCl

SMCA cũng có thể phản ứng với nước, nhưng phản ứng này chậm hơn nhiều so với

phản ứng giữa SMCA với NaOH. Natri glycolat có thể phản ứng tiếp với chính nó hoặc với SMCA tạo thành natri diglycolate:

(1.8) 2HOCH2COONa → (NaOOCCH2)2O + H2O

(1.9) Cl-CH2COONa + HOCH2COONa → (NaOOCCH2)2O + HCl

Hai phản ứng sau trở nên đáng chú ý khi có lượng lớn natri glycolat.

1.2.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình carboxymetyl hóa

Kooijman và cộng sự đã nghiên cứu phản ứng giữa tinh bột dong riềng dạng hạt với

SMCA trong hỗn hợp isopropanol - nước sử dụng mô hình tối ưu hóa thực nghiệm. Ảnh hưởng của 6 yếu tố là DS lý thuyết (DSt), nhiệt độ, thời gian phản ứng, phần khối lượng của nước trong hỗn hợp, tỷ lệ NaOH/SMCA, nhiệt độ và phần khối lượng của tinh bột đến 3 giá trị là DS, độ chuyển hóa của SMCA và độ chọn lọc của SMCA đối với carboxymetyl tinh bột đã được xác định [85].

Stojanovic và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ thế đến tính chất

carboxymetyl tinh bột dạng bazơ (Na-CMS). Các mẫu Na-CMS có DS khác nhau được tổng hợp từ tinh bột khoai tây và tinh bột ngô trong dung môi etanol/nước. DS của mẫu được xác định bằng ba phương pháp: chuẩn độ trực tiếp dạng axit của carboxymetyl tinh bột (H-CMS), chuẩn độ ngược và chuẩn độ kết tủa muối Cu. Trong đó chuẩn độ kết tủa muối Cu cho DS chính xác nhất. Ở cùng điều kiện thí nghiệm, CMS tổng hợp từ tinh bột ngô có DS cao hơn CMS tổng hợp từ tinh bột khoai tây [45].

Điều kiện tối ưu cho phản ứng carboxymetyl hóa tinh bột khoai tây trong dung môi

hữu cơ đã được nghiên cứu bởi Tijsen và cộng sự. Phản ứng tiến hành với bột NaOH và

bột natri monocloaxetic (SMCA) làm tác nhân carboxymetyl hóa. Các ancol khác nhau

là metanol, etanol, propanol, butanol, và acetone được sử dụng làm dung môi cho phản

ứng. Hiệu suất thế (RE) cao nhất và DS cao nhất đều thu được trong isopropanol có lẫn 10% nước về khối lượng. Dung môi này được sử dụng trong các nghiên cứu tiếp theo về

tác động của nhiệt độ, hàm lượng NaOH, hàm lượng SMCA, đến độ thế và hiệu suất thế của phản ứng carboxymetyl hóa [86].

Bert Volkert và công sự thực hiện tổng hợp carboxymetyl tinh bột với độ thế trong khoảng 0,5 đến 1,5 và hiệu suất phản ứng khoảng 70%. Điều kiện phản ứng (thời gian

phản ứng, nhiệt độ, lượng tinh bột, hàm lượng NaOH…) được thay đổi để tìm ra điều

kiện tốt nhất cho hiệu suất phản ứng và đặc tính sản phẩm. Khả năng phân hủy sinh học của các sản phẩm cũng được nghiên cứu [79].

Để tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp carboxymetyl tinh bột khoai tây, Yinghui Bi

và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến độ nhớt của dung dịch 2% và

DS. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng carboxymetyl được nghiên cứu gồm nhiệt độ,

thời gian kiềm hóa và thời gian ete hóa, hàm lượng nước trong hỗn hợp dung môi, tỷ lệ

hàm lượng dung môi và khối lượng tinh bột, tỷ lệ mol NaOH với MCA, và tỷ lệ mol của

MCA với gốc anhydroglucose (AGU). Kết quả cho thấy yếu tố hiệu quả nhất để kiểm soát DS là nhiệt độ ete hóa [87].

1.2.3.3. Ảnh hưởng của quá trình carboxymetyl hóa đến đặc tính hóa lý của tinh bột

Quá trình tổng hợp carboxymetyl tinh bột với độ thế khác nhau từ tinh bột khoai

tây đã được tiến hành bởi Christoph Heb và cộng sự. Thí nghiệm về khả năng trương nở

của sản phẩm được thực hiện với hai mẫu khác nhau, trước khi sấy khô và nghiền nhỏ.

Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng trương nở và độ hấp thụ nước của mẫu đều chịu

ảnh hưởng mạnh bởi cấu trúc mạng [88]. Sangseethong và cộng sự nhận thấy rằng độ

nhớt của các mẫu CMS tăng lên khi DS của chúng tăng lên đến 0,40. Tuy nhiên, nghiên cứu đã đề cập rằng tất cả các mẫu CMS tạo thành từ tinh bột sắn với DS từ 0,03 – 0,70 đều tan hoàn toàn trong nước lạnh, bất kể DS của chúng là bao nhiêu [89].

1.2.4. Este hoá

Este hoá tinh bột có thể sử dụng các axit vô cơ và dẫn xuất (H3PO4, HNO3, HCl, muối photphat) hay các axit hữu cơ RCOOH và dẫn xuất (anhydrit, chlo axit carboxylic). Trong thực tế, được sử dụng nhiều nhất là axit photphoric, axit axetic và dẫn xuất.

+ Photphat hóa tinh bột:

Trong phản ứng photphat hóa tinh bột, khi một nhóm chức axit của H3PO4 được

este hoá với nhóm –OH của tinh bột thì thu được tinh bột photphat, tinh bột photphat

monoeste hay tinh bột dihydrophotphat. Nếu 2 nhóm chức axit của H3PO4 được este

hoá thì tạo ra photphat hai tinh bột hoặc hai tinh bột hydrophotphat (tinh bột tạo liên

kết ngang). Phản ứng tạo tinh bột photphat được thể hiện trong phương trình 1.10

[90–92]:

(1.10)

Do bản chất ion của nhóm photphat, tinh bột photphat monoeste có độ thế cao hơn tinh bột ban đầu. Hồ tinh bột photphat monoeste có độ trong cao, độ nhớt lớn và bền đối

với sự thoái biến khi tan giá. Tinh bột dạng này được dùng làm chất độn trong một loạt

các sản phẩm thực phẩm. Tinh bột photphat còn được dùng trong công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, tinh chế quặng, sản xuất chất tẩy rửa, trong công nghiệp đúc.

+ Axetyl hóa tinh bột:

Quá trình axetyl hóa của tinh bột với anhydrit axetic hoặc vinyl axetat thu được este

của tinh bột với axit axetic, gọi là tinh bột axetat. Trong quá trình axetyl hóa, 3 nhóm hydroxyl ở C2, C3 và C6 của phân tử tinh bột có thể được thế bởi các nhóm axetyl. Axetyl

hóa giúp tinh bột kị nước hơn và ngăn ngừa sự hình thành liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl với nước [93].

Một số nghiên cứu về ảnh hưởng của loại tác nhân phản ứng tới tính chất của tinh

bột axetat dạng hạt cho thấy DS khác nhau đối với những hợp phần tinh bột có phân bố

kích thước hạt khác nhau khi tinh bột được axetyl hóa bằng cách phản ứng nhanh với anhydrit axetic [94].

Axetyl hóa tinh bột làm giảm nhiệt độ hồ hóa, làm tăng độ trong, độ nhớt, độ bền lạnh đông - tan giá và giảm sự thoái biến. Quá trình axetyl hóa phụ thuộc vào các yếu tố như nồng độ chất phản ứng, thời gian phản ứng, pH và sự có mặt của xúc tác. Các yếu tố này quyết định số nhóm axetyl đính vào mạch tinh bột. Tinh bột axetat có DS từ 0,01-

0,02 được FDA chấp thuận cho sử dụng trong thực phẩm và dược phẩm để cải thiện độ kết dính, độ chắc, độ bền [93, 95].

1.3. Tiềm năng ứng dụng của tinh bột biến tính trong công nghiệp

Tinh bột tự nhiên và các dẫn xuất không những là một thực phẩm chủ đạo và thành

phần của thực phẩm mà còn mở ra một phạm vi rộng rãi trong các ngành công nghiệp

dược phẩm và phi thực phẩm do giá thành rẻ, sẵn có cùng với một loạt các tính năng hấp

dẫn trong các sản phẩm công nghiệp khác nhau. 57% tinh bột sản xuất trên toàn cầu

được tiêu thụ trong các ngành công nghiệp thực phẩm và 43% trong lĩnh vực phi thực phẩm [3].

1.3.1. Ứng dụng tinh bột biến tính trong công nghiệp dược phẩm

Tinh bột là một trong những loại carbohydrat cao phân tử tự nhiên được sử dụng

phổ biến nhất trong ngành công nghiệp dược phẩm. Theo các nghiên cứu chính thống

cũng như các cơ quan quản lý dược phẩm cho thấy tinh bột được sử dụng phổ biến nhất

trong ngành dược phẩm có nguồn gốc từ ngô, khoai tây, gạo, sắn, lúa mì [96]. Do tính chất vật lý và hóa học đặc biệt nên tinh bột có nhiều công dụng khác nhau trong thành phần của các công thức dược phẩm. Trong sản xuất thuốc, tinh bột chủ yếu được sử

dụng dưới dạng tá dược - như chất kết dính, chất pha loãng, chất độn, chất phân hủy và chất kết dính trong công thức viên nén. Chúng cũng có thể được sử dụng như một chất phóng thích bền vững hoặc như một chất cấy ghép dưới da [97–99].

Ngoài khả năng sử dụng tinh bột tự nhiên ở các dạng bào chế, ngành công nghiệp

tá dược còn sử dụng tinh bột biến tính để có thể thu được sản phẩm có giá trị gia tăng cao hơn cho các ứng dụng dược phẩm với các đặc tính phân hủy sinh học và hóa lý tốt

hơn so với dạng tự nhiên của nó. Tùy thuộc vào chức năng dự kiến trong các công thức

dược phẩm mà lượng tinh bột cần thiết khác nhau. Hàm lượng tinh bột chiếm từ 3 - 25%

khối lượng được chỉ định cho hoạt động phân hủy của thuốc (thường là 15% w/w) hoặc

3 - 10% khối lượng được xem như một chất bôi trơn dạng viên và chống dính. Khi sử

dụng các dẫn xuất tinh bột như một tác nhân pha loãng trong thuốc viên nén, hàm lượng của nó thường lớn hơn 30% khối lượng [97].

Ngày nay, tinh bột biến tính đã trở thành một trong những tá dược có giá trị cao được

sử dụng rộng rãi trong các công thức bào chế thuốc. Tinh bột biến tính được sản xuất bằng

các phương pháp khác nhau: vật lý, hoá học, sinh học làm thay đổi cấu trúc ban đầu của

tinh bột tạo thành các dẫn xuất có tính ưu việt trong sản xuất thuốc. Các tính chất như: khả

năng kết dính cao, chịu được lực nén mạnh, tạo màng bao, cho độ rã nhanh, làm bóng bề mặt viên thuốc, thay thế đường saccarose.., đã làm cho tinh bột biến tính đang dần dần thay thế tinh bột tự nhiên và thậm chí các tá dược khác [98, 100].

Tinh bột thủy phân bằng axit được xem như một loại tá dược độn hoặc tá dược dính

có thể thay thế cho cellulose vi tinh thể trong thuốc viên nén. Tinh bột thủy phân giúp viên nén có chất lượng tốt hơn về độ cứng và độ hòa tan cũng như khả năng giải phóng thuốc

[100]. Maltodextrin hay lycatab DSH là tên thương mại của tinh bột ngô thủy phân axit, tùy thuộc vào mức độ thủy phân mà Lycatab DSH thu được có thành phần và tính năng

khác nhau. Độ hòa tan và độ nhớt của loại tinh bột biến tính này phụ thuộc nhiều vào kích

thước hạt tinh bột. Theo tiêu chuẩn dược điển Châu Âu IX, kích thước hạt lycatab DSH

trên 10% tổng số hạt tích lỹ là 10m và trên 90% tổng số hạt tích lỹ là 200m. Các sản

phẩm lycatab sử dụng trong thuốc viến nén thường có kích thước trung bình trong khoảng

từ 10-80m.

Hầu hết các loại carboxymetyl tinh bột sản xuất thương mại có nguồn gốc từ tinh

bột ngô và đều có giá trị DS nhỏ hơn 0,3 với đặc tính trương nở cao, khả năng hòa tan

tốt trong nước lạnh, nhiệt độ hồ hóa thấp nên được sử dụng làm tá dược thay cho tinh bột

tự nhiên [101]. Việc sử dụng tinh bột làm tá dược có ưu điểm là rẻ tiền, dễ kiếm, không có tác dụng dược lý riêng, không độc, dễ dập viên. Nhưng nhược điểm của tinh bột là độ

trơn chảy và chịu nén kém, dễ hút ẩm làm cho viên bở dần và dễ bị nấm mốc, khó bảo

quản. Khi dùng tinh bột thường phải phối hợp với 30% bột đường để đảm bảo độ chắc

của viên. Carboxymetyl tinh bột khắc phục được những nhược điểm trên. Chúng chịu

nén và trơn chảy tốt hơn tinh bột nguyên khai. Chúng tan từng phần vào trong nước tuỳ

theo cách thức biến tính [102]. Carboxymetyl tinh bột thường được sử dụng làm tá dược

rã với tỷ lệ là 2 - 6%. Ngoài ra, khi bào chế những dược phẩm dạng hydrogel, viên nén,

CMS còn được sử dụng với những vai trò khác như chất kết dính hoặc tác nhân làm bền nhũ hoặc huyền phù.

1.3.2. Ứng dụng tinh bột biến tính trong công nghiệp thực phẩm

Tinh bột chính là nguồn thực phẩm nuôi sống con người, đồng thời là một trong

những nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp thực phẩm, cung cấp

70-80% lượng calo tiêu thụ cho con người trên toàn cầu [4]. Tinh bột trong thực

phẩm thường được lấy từ lúa, các loại hạt (lúa mỳ, ngô, gạo, đại mạch), củ (khoai

tây) và rễ (sắn). Việc biến tính tinh bột đã mang lại nguồn nguyên liệu với những

tính chất mong muốn, ngày càng mở rộng khả năng ứng dụng của tinh bột trong lĩnh

vực thực phẩm [3]. Một số ứng dụng của tinh bột biến tính trong lĩnh vực thực phẩm được trình bày trong Bảng 1.7.

Tinh bột biến tính có vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp bánh, mứt kẹo, kem… Tinh bột biến tính cũng là phụ gia quan trọng trong sản xuất sữa chua, các loại

nước sốt, bánh pudding, xúc xích, thực phẩm đóng hộp và thực phẩm đông lạnh. Tinh bột còn được sử dụng làm lớp phủ ăn được. Trong quá trình sản xuất, lớp phủ được bổ sung chất làm mềm, mùi vị, màu sắc, chất tạo ngọt, chất chống oxy hóa và chất chống vi sinh vật. Màng ăn được từ tinh bột đã nhận được nhiều sự quan tâm vì những lợi ích của nó so với các loại màng chất dẻo tổng hợp [103, 104].

Bảng 1.7. Ứng dụng của tinh bột biến tính trong lĩnh vực thực phẩm

STT Ứng dụng

1 Loại tinh bột Tinh bột ngô nếp (giàu amylopectin) Salad, thực phẩm đóng hộp tiệt trùng và đông lạnh, súp, snack

2 Tinh bột hồ hóa trước Bánh nướng, nhân bánh ngọt, pudding

3 Tinh bột thủy phân axit Màng bảo vệ thực phẩm

4 Tinh bột tạo lưới Nhân bánh, nước sốt, trái cây đóng hộp đông lạnh, tiệt trùng, thực phẩm trẻ em…

5 Carboxymetyl tinh bột Chất làm bền nhũ tương

6 Tinh bột axetyl hóa Trái cây đóng hộp, thực phẩm trẻ em….

1.3.3. Ứng dụng tinh bột biến tính trong các lĩnh vực khác

Không chỉ có vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm, tinh bột còn

là nguồn nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghiệp giấy, mỹ phẩm, vật liệu…nhờ những đặc tính của nó.

Với công nghiệp giấy, tinh bột được dùng để chế tạo chất phủ bề mặt, thành phần

nguyên liệu giấy không tro, các sản phẩm tã giấy cho trẻ em. Tinh bột cũng đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp dệt, đặc biệt trong quá trình hồ sợi và in [1, 77].

Việc sản xuất nhựa phân hủy sinh học vẫn còn mới so với ngành công nghiệp chất

dẻo có nguồn gốc hóa dầu. Tuy nhiên, tinh bột ngày càng chứng tỏ vai trò quan trọng

trong sự phát triển các loại vật liệu phân hủy sinh học do nó là một nguyên liệu tương

đối rẻ tiền, sẵn có so với các polyme khác, đặc biệt là khả năng phân hủy sinh học hoàn toàn [105, 106].

Ngoài ra, tinh bột còn được ứng dụng trong công nghiệp xây dựng, dùng làm chất

gắn bê tông, keo dán gỗ, gỗ ép, phụ gia cho sơn.

1.4. Một số kết quả nghiên cứu tách, biến tính và ứng dụng tinh bột từ các nguồn không phổ biến ở Việt Nam

Tuy có nhiều nhà máy sản xuất tinh bột, sản lượng tinh bột được sản xuất ra ngày càng cao nhưng Việt Nam chủ yếu xuất khẩu tinh bột chưa qua chế biến với giá rẻ. Việc nghiên

cứu biến tính tinh bột trong nước để tạo ra các sản phẩm có giá trị cao chưa được quan tâm đúng mức. Ở Việt Nam, những nghiên cứu về biến tính tinh bột đã bắt đầu thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học, đặc biệt từ năm 2005 trở lại đây như thuỷ phân axit [107,

108], oxy hoá [109–112], phosphat hoá [113], trùng hợp ghép [114, 115] hay este hoá [116]... Ngoài nguồn nguyên liệu chính là tinh bột sắn thì một số nghiên cứu cũng tập trung vào những nguồn tinh bột mới như khoai môn, củ mài…

Tác giả Nguyễn Phương đã nghiên cứu chế tạo và biến tính tinh bột khoai môn thu

được tinh bột khoai môn oxy hóa bằng natri hypoclorit phục vụ cho công nghiệp chế biến

nhằm đa dạng hóa và nâng cao chất lượng các sản phẩm thực phẩm. Sản phẩm tinh bột

khoai môn biến tính của đề tài đã được sử dụng để chế tạo một số sản phẩm thực phẩm

như bánh cracker khoai môn, bột dinh dưỡng uống liền, đồ chay… Tinh bột khoai môn oxy hóa còn có khả năng thay thế các phụ gia đang nhập khẩu trong sản xuất xúc xích, giò…[111].

Tác giả Lương Hồng Nga đã nghiên cứu thu nhận và biến tính tinh bột đậu xanh

bằng phương pháp thủy nhiệt và oxy hóa bằng tác nhân NaClO. Sản phẩm tinh bột đậu xanh biến tính oxy hóa kết hợp với phụ gia chitosan và glyxerol được nghiên cứu

tạo màng tinh bột. kết quả nghiên cứu cho thấy màng tinh bột đậu xanh tạo thành có

độ dai, bền, không thấm dầu sau 15 ngày, có theerr dán thành tui với độ bèn kéo đứt là 21,43N [112].

Trong nghiên cứu của tác giả Vũ Thị Ngọc Bích, tinh bột từ khoai lang và củ dong

riềng đã được nghiên cứu biến tính và ứng dụng làm phụ gia trong quá trình chế biến

thực phẩm. Tinh bột biến tính từ củ dong riềng và khoai lang có khả năng tạo gel, khả năng tạo nhớt và có thể thay thế các phụ gia nhập ngoại [117].

Năm 2012, nhóm nghiên cứu thuộc trường ĐH Y Dược Huế đã thực hiện đề tài

nghiên cứu chế biến tinh bột củ mài thành thực phẩm hỗ trợ điều trị bệnh nhân đái tháo

đường. Cây khoai mài là dược liệu được trồng khá phổ biến ở các tỉnh phía Bắc và miền

Trung nước ta, được cho là loài cây có ưu điểm hơn hẳn so với các loại tinh bột thông

thường trong điều hòa đường huyết sau khi ăn. Nhóm nghiên cứu đã xác định được các

đặc tính cấu tạo của tinh bột củ mài, các khả năng chịu đựng sự thủy phân bởi enzym

amylase, đồng thời xây dựng được quy trình tạo nguyên liệu bột củ mài phù hợp cho chế biến bánh dùng hỗ trợ điều trị bệnh đái tháo đường type 2 [118].

Năm 2010, tác giả Lương Hồng Nga đã nghiên cứu tách, thu nhận và xác định đặc

tính hóa lý của tinh bột từ 10 giống đậu xanh khác nhau. Ngoài ra, tác giả còn thực hiện nghiên cứu biến tính thủy nhiệt và biến tính oxy hóa bằng tác nhân NaClO để tạo sản phẩm tinh bột biến tính ứng dụng sản xuất một số sản phẩm như trứng chay, miến đậu xanh, màng tinh bột chứa dầu ăn,... Đây là nghiên cứu giúp các nhà khoa học thực phẩm

có sự lựa chọn phù hợp khi muốn đa dạng hóa sản phẩm từ chỉ một loại nguyên liệu nông sản ban đầu [112].

Tác giả Phạm Văn Hùng và cộng sự đã nghiên cứu sự hình thành của tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) và tinh bột kháng (RS) và sự thay đổi các đặc tính hóa lý của tinh bột khoai lang và khoai mỡ dưới sự kết hợp của phương pháp xử lý axit và nhiệt ẩm bằng cách sử dụng ba axit axetic, axit lactic và axit citric và nhiệt độ gia nhiệt ở 110°C trong

8 giờ. Kết quả cho thấy tinh bột tiêu hóa chậm và tinh bột kháng trong tinh bột khoai

lang tím tăng lần lượt từ 6,6 và 14,7% trong tinh bột tự nhiên lên 8,7–13,2% và 37,5–

42,1% trong tinh bột được xử lý bằng axit và nhiệt ẩm. Tương tự như vậy, tinh bột tiêu

hóa chậm và tinh bột kháng trong tinh bột khoai mỡ tăng từ 4,7 và 21,6% trong tinh bột

tự nhiên lên 10,0–11,3% và 39,0–46,4% trong tinh bột đã qua xử lý. Hàm lượng tinh bột kháng trong tinh bột được xử lý axit và nhiệt ẩm cũng cao hơn đáng kể so với tinh bột

được xử lý nhiệt ẩm mà không thủy phân bằng axit. Tinh bột khoai mỡ tạo ra lượng tinh

bột kháng cao hơn trong điều kiện xử lý axit và nhiệt ẩm so với tinh bột khoai lang ở

cùng điều kiện. Khả năng trương nở và độ nhớt của tinh bột giảm đáng kể, trong khi độ hòa tan tăng lên đáng kể sau khi xử lý. Axit citric có tác động nhiều nhất đến sự hình thành tinh bột kháng và tính chất của tinh bột, tiếp theo là axit lactic và axit axetic. Do

đó, sự kết hợp giữa xử lý axit và nhiệt ẩm là một phương pháp hữu ích để tạo ra lượng tinh bột kháng cao hơn, có thể áp dụng cho thực phẩm chức năng [119].

Định hướng ứng dụng của các nghiên cứu trong nước chủ yếu trong các lĩnh vực

như thực phẩm, dược phẩm…Tuy nhiên, nếu tính theo số lượng công trình đã công bố

về các phương pháp biến tính hoá học tinh bột thì đây vẫn còn là lĩnh vực hết sức mới mẻ. Hiện nay, nền nông nghiệp của Việt Nam vẫn không ngừng phát triển, là một trong

những nước đứng đầu về xuất khẩu (gạo, sắn) của thế giới. Bên cạnh đó, Việt Nam cũng

có nguồn tinh bột không phổ biến rất dồi dào, như khoai lang, khoai môn, củ mài, các

loại đậu… Do đó, việc đẩy mạnh nghiên cứu chế biến và biến tính tinh bột từ các nguồn

nguyên liệu sẵn có này là rất cần thiết, nhằm tận dụng tối đa và nâng cao giá trị sử dụng

nguồn nông sản trong nước, đồng thời mở rộng nguồn nguyên liệu có những tính chất độc đáo phục vụ cho các ngành công nghiệp.

Qua nghiên cứu các tài liệu tham khảo trong và ngoài nước liên quan đến đề tài

của luận án thấy rằng :

- Trên thế giới, các công trình nghiên cứu biến tính tinh bột khá đa dạng với nhiều loại tinh bột phổ biến (ngô, lúa mì, gạo, sắn…), nhiều phương pháp biến tính cũng như nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp.

- Các nghiên cứu biến tính tinh bột hiện nay có xu hướng tập trung vào việc tìm kiếm các nguồn nguyên liệu mới ít phổ biến cho phép mở rộng phạm vi các tính chất mong muốn của tinh bột nhằm phát triển các sản phẩm mới trong lĩnh vực thực phẩm, dược phẩm và vật liệu.

- Các công trình nghiên cứu trong nước về biến tính tinh bột từ các nguồn không

phổ biến chưa nhiều, chưa thấy có những nghiên cứu được tiến hành một cách hệ thống

toàn diện về biến tính, đặc trưng lý hóa, tính năng và ứng dụng của chúng. Cụ thể đối với 3 loại tinh bột là đối tượng nghiên cứu của luận án:

+ Chưa có công trình nghiên cứu trong nước về tách và thu nhận, biến tính tinh

bột hạt mít bằng phương pháp hóa học.

+ Công trình nghiên cứu về tinh bột khoai môn, đậu xanh trong nước chưa nhiều,

mới chỉ tập trung nghiên cứu về giống, công nghệ sản xuất tinh bột và ứng dụng của tinh

bột trong thực phẩm. Các công trình nghiên cứu biến tính hai loại tinh bột này mới đi sâu vào phương pháp xử lý nhiệt ẩm và oxy hóa bằng NaClO.

Sau khi trình bày cơ sở lý thuyết về tinh bột, các phương pháp hóa học biến tính

tinh bột, ứng dụng của tinh bột trong công nghiệp đặc biệt trong lĩnh vực dược phẩm,

luận án sẽ tiến hành nghiên cứu một cách có hệ thống quá trình biến tính một số loại

tinh bột không phổ biến (hạt mít, đậu xanh, khoai môn) bằng các phương pháp hóa học

(carboxymetyl hóa, thủy phân axit, oxy hóa) theo 5 nội dung cụ thể như sau:

- Nghiên cứu tách và thu nhận; đặc trưng hóa lý và tính năng của một số loại tinh

bột không phổ biến (hạt mít, đậu xanh và khoai môn).

- Nghiên cứu quá trình carboxymetyl hóa ba loại tinh bột hạt mít, đậu xanh và khoai

môn trong dung môi isopropanol; khảo sát các đặc trưng hóa lý và tính năng của sản

phẩm.

- Nghiên cứu quá trình thủy phân tinh bột hạt mít và đậu xanh bằng axit HCl trong

dung môi metanol và etanol; khảo sát các đặc trưng hóa lý và tính năng của sản phẩm.

- Nghiên cứu quá trình oxy hóa tinh bột hạt mít và đậu xanh với hai tác nhân oxy

hóa là natri hypoclorit và hydro peroxit; khảo sát các đặc trưng hóa lý và tính năng của

sản phẩm.

- Thử nghiệm ứng dụng tinh bột biến tính làm tá dược độn và tá dược rã trong bào

chế thuốc viên nén.

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM

2.1. Nguyên liệu, hoá chất, dụng cụ, thiết bị nghiên cứu

2.1.1. Nguyên liệu, hóa chất

Hạt mít tươi (Artocarpus heterophyllus Lam) thuộc giống mít Nghệ của Việt Nam được thu gom tại các cơ sở chế biến các sản phẩm từ mít thuộc huyện Tân Phú,

Đồng Nai.

Củ khoai môn (Colocasia esculenta) thuộc giống khoai môn cao chỉ tím được thu

mua tại xã Mỹ An Hưng A, huyện Lấp Vò, Đồng Tháp.

Hạt đậu xanh (Vigna radiata) và tinh bột sắn thương phẩm do công ty An Hòa Food

cung cấp.

Một số các chỉ tiêu cơ bản được quan tâm của ba nguyên liệu hạt mít, hạt đậu xanh

và củ khoai môn được trình bày trong Bảng 2.1.

Bảng 2.1. Một số chỉ tiêu cơ bản của nguyên liệu

STT Chỉ tiêu Hạt mít Đậu xanh Khoai môn

71,33 ± 0,56 1 Độ ẩm (%) 25,25  0,23 15,89  1,31

3,96 ± 0,11 2 Tro (%) 2,62  0,15 3,85  0,13

4,77 ± 0,11 3 Xơ thô (%) 2,64  0,12 8,24  0,29

4,28 ± 0,05 4 Protein (%) 11,07  0,21 23,43  2,80

0,61 ± 0,03 5 Lipit (%) 0,44  0,17 2,40  0,12

19,81 ± 0,61 6 Carbohydrate (%) 60,62  0,35 54,43  1,16

- Các hoá chất dùng cho quá trình nghiên cứu đều ở dạng tinh khiết phân tích hoặc

tinh khiết có xuất xứ từ Công ty Xilong (Trung Quốc), bao gồm:

+ Axit monocloaxetic-ClCH2COOH: M = 94,5g/mol; d = 1,58g/cm3; độ tinh khiết 99%.

+ Axit clohydric-HCl 36%: M = 36,44g/mol; d = 1,18g/cm3.

+ Natri hypoclorit-NaClO: M = 74,44g/mol; d = 1,11g/cm3; hàm lượng clo hoạt động 8%.

+ Hydro peroxit-H2O2 30%: M = 34,01g/mol, d = 1,4g/cm3.

- Dược chất và các tá dược dùng cho quá trình nghiên cứu tạo viên nén được cung cấp

bởi Công ty TNHH MTV 120, bao gồm: Paracetamol của hãng Sigma-Aldrich, Explotab,

Lycatab DSH, Kollidon R 90F, talc và magie stearat của hãng BASF Pharma.

Các hoá chất khác được liệt kê trong Bảng 2.2.

Bảng 2.2. Hóa chất sử dụng trong quá trình thực nghiệm

Tên hóa chất - Công thức Độ tinh Khối lượng phân STT Xuất xứ hóa học khiết (%) tử (g/mol)

58,5 104,061 1 Natri bisulfit - NaHSO3

2 Natri thiosunfat - Na2S2O3.5H2O 99,0 248,18

99,8 294,185 3 Kali dichromat - K2Cr2O7

4 Natri hydroxit - NaOH 96,0 40

98,0 98,08 5 Sulfuric axit - H2SO4

6 Đồng(II) sunfat - CuSO4.5H2O 99,0 249,69 Xilong,

7 99,7 60,1 Isopropanol-(CH3)2CHOH Trung Quốc 99,5 58,08

99,5 60,05

25-28 17,03 8 Axeton - CH3COCH3 9 Axit axetic - CH3COOH 10 Amoni hydroxit - NH4OH

99,5 69,49 11 Hydroxylamin - NH2OH.HCl

99,8 318,32

99,5 32,4 Chemsol,

Việt Nam 99,5 46,07

12 Phenolphtalein - C20H14O4 13 Metanol-CH3OH 14 Etanol-C2H5OH 15 Ồng chuẩn HCl 1N - - Merck - - 16 Ống chuẩn Na2S2O3 1N

Các hóa chất và dung môi được sử dụng ngay không qua tinh chế.

2.1.2. Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu

- Dụng cụ cơ bản: hệ thống sấy chân không, bể điều nhiệt, cân phân tích, máy khuấy

từ có gia nhiệt, nhiệt kế, bình cầu, sinh hàn hồi lưu, cốc thuỷ tinh, bình tam giác, pipet,

buret và các dụng cụ khác.

- Các thiết bị phân tích: Quang phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR IMPACT

Nicolet 410, thiết bị nhiễu xạ Rơnghen D2 Phaser, thiết bị tán xạ laze Horiba LA-950, thiết bị phân tích nhiệt DSC 204F1 Phoenix, thiết bị đo SEM JSM-IT200 InTouchScope.

2.2. Phương pháp tiến hành

2.2.1. Tách và thu nhận tinh bột từ các nguồn không phổ biến

2.2.1.1. Tách và thu nhận tinh bột hạt mít

Tinh bột hạt mít được tách và thu nhận theo phương pháp của Sarmin và cộng sự có sửa đổi để phù hợp với điều kiện thực nghiệm [103]. Lựa chọn hạt mít còn tươi, nguyên hạt, đem tách bỏ lớp vỏ trắng và ngâm trong dung dịch NaOH 0,25% trong 2 giờ để loại bỏ phần vỏ nâu. Rửa sạch hạt và đem nghiền cùng nước có chứa NaHSO3 0,1%,

tỷ lệ nguyên liệu/nước dùng để nghiền là 1/5 (khối lượng/thể tích). Tiến hành phân ly

tách dịch bào ngay sau khi nghiền, tách rửa tinh bột bằng vải lọc để loại bỏ bã. Sau khi

để dịch bào lắng khoảng 16 giờ, thu phần tinh bột lắng thành khối đem hoà tan vào nước.

Lặp lại quá trình lắng ba lần để rửa sạch tinh bột, sau đó rửa lại tinh bột lần cuối bằng etanol. Tinh bột được sấy khô ở 50oC trong 14 giờ.

2.2.1.2. Tách và thu nhận tinh bột hạt đậu xanh

Tinh bột đậu xanh được tách và thu nhận theo phương pháp của Chang và cộng sự

có sửa đổi để phù hợp với điều kiện thực nghiệm [120]. Hạt đậu xanh được nghiền vỡ

đôi, ngâm trong nước khoảng 10 giờ để loại bỏ lớp vỏ xanh, tỷ lệ đậu xanh/nước là 1/2,5 (w/v). Sau khi tách bỏ vỏ, hạt đậu xanh được đem nghiền cùng nước có chứa NaHSO3 0,1% để tránh quá trình tạo màu tinh bột, tỷ lệ nguyên liệu/nước dùng để nghiền là 1/5

(khối lượng/thể tích). Tiến hành phân ly tách dịch bào ngay sau khi nghiền, tách rửa tinh bột bằng vải lọc để loại bỏ bã. Để dịch bào lắng khoảng 16 giờ rồi loại bỏ phần nổi chứa

protein và xơ lơ lửng còn lại ở phía trên, thu phần tinh bột lắng thành khối phía dưới đem

hoà tan vào nước. Lặp lại quá trình lắng ba lần để rửa sạch tinh bột, sau đó rửa lại tinh bột lần cuối bằng etanol. Tinh bột được sấy khô ở 50oC trong 14 giờ.

2.2.1.3. Tách và thu hồi tinh bột khoai môn

Tinh bột khoai môn được tách và thu nhận theo phương pháp của Zeng và cộng

sự có sửa đổi để phù hợp với điều kiện thực nghiệm [36]. Khoai môn đem chần qua dung dịch NaOH 9% ở nhiệt độ 80oC, sau đó rửa sạch bằng nước rồi tiến hành gọt bỏ vỏ. Thái khoai thành miếng nhỏ với chiều dày trung bình 1cm và ngâm ngay vào dung dịch Na2S2O5 0,3% trong 2 giờ, sau đó vớt ra ngâm vào dung dịch NH4OH (tạo pH trong khoảng 8,0 - 8,5) để xử lý nhớt. Sau 24 giờ, vớt khoai môn ra, rửa sạch và đem nghiền cùng nước có chứa NaHSO3 0,1% để tránh quá trình tạo màu tinh bột, tỷ lệ nguyên liệu/nước dùng để nghiền là 1/5 (khối lượng/thể tích). Tiến hành phân ly tách dịch bào

ngay sau khi nghiền, tách rửa tinh bột bằng vải lọc để loại bỏ bã. Tiếp tục xử lý nhớt trong dịch sữa bằng NH4OH 0.2%, chỉnh pH dịch sữa trong khoảng 8,0 - 8,5 (dùng axit HCl 1M) trong thời gian 24 giờ. Sau đó, gạn bỏ bớt phần nước trong ở trên, phần còn lại đem ly tâm với tốc độ 5000 rpm trong 15 phút bằng máy ly tâm CN - 650 (Đài Loan). Phần bột lắng sau ly tâm được hòa tan trong nước và ly tâm lại để thu phần cặn bột. Lặp

lại quá trình hòa tan và ly tâm 3 lần để rửa sạch tinh bột, sau đó rửa lại tinh bột lần cuối bằng etanol. Tinh bột được sấy khô ở 50oC trong 14 giờ.

+ Hiệu suất thu hồi tinh bột (theo hàm lượng chất khô) được tính theo công thức:

H(%) = (2.1)

Trong đó: m: Khối lượng tinh bột sau sấy (g);

mo: Khối lượng nguyên liệu (g);

W: Độ ẩm của nguyên liệu (%).

2.2.2. Carboxymetyl hóa tinh bột

Quá trình carboxymetyl hóa tinh bột được thực hiện theo phương pháp của

Volkert và cộng sự [79]. Phản ứng thực hiện trong bình cầu ba cổ dung tích 1000 mL (có gắn sinh hàn để tránh bay hơi dung môi), hỗn hợp phản ứng được khuấy với tốc độ 700

vòng/phút và ổn định nhiệt độ trên máy khuấy từ gia nhiệt. Cho 50g tinh bột vào dung

dịch NaOH (trong dung môi khảo sát), khuấy đều trong 30 phút để tạo huyền phù. Dung

dịch MCA sau khi được trung hòa bằng NaOH đến pH 7 được thêm vào hỗn hợp huyền phù và tiếp tục khuấy. Kết thúc phản ứng, trung hoà hỗn hợp bằng CH3COOH. Lọc và rửa sản phẩm bằng etanol 85%, sấy khô sản phẩm ở 50oC trong 14 giờ.

+ Xác định hiệu suất phản ứng tạo CMS:

Hiệu suất phản ứng (RE) là thước đo số lượng các nhóm carboxymetyl liên kết

trong tinh bột. Hiệu suất phản ứng được tính theo công thức [83]:

(2.2)

Trong đó DSt là DS lý thuyết, là DS giới hạn tối đa khi các chất phản ứng (MCA

hoặc NaOH) chuyển hóa hoàn toàn mà không tạo thành natri glycolat. DSt được tính theo

công thức:

(2.3)

khi nNaOH,0 ≥ nMCA,0

(2.4)

khi nNaOH,0 < nMCA,0

2.2.3. Thủy phân tinh bột bằng axit

Phản ứng thủy phân tinh bột bằng axit được thực hiện theo phương pháp của

Chang và cộng sự có sửa đổi để phù hợp với điều kiện thực nghiệm [121]. Phản ứng được tiến hành trong bình cầu ba cổ dung tích 500mL (có gắn sinh hàn để tránh bay hơi dung

môi). Hoà tan 50g tinh bột khô vào dung dịch HCl đã được gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp (HCl được pha trong dung môi etanol hoặc metanol). Hỗn hợp phản ứng được khuấy và ổn định nhiệt trên máy khuấy từ với tốc độ 700 vòng/phút. Kết thúc phản ứng, hỗn hợp được trung hoà bằng dung dịch NaOH 1N, sản phẩm được lọc hút trên phễu lọc Buchner, rửa 5 lần bằng nước cất, kết tủa lại trong etanol và sấy trong chân không ở 50oC đến khối lượng không đổi.

+ Hiệu suất thu hồi sản phẩm được tính theo công thức:

H(%) = (2.5)

Trong đó:

mo: Khối lượng tinh bột nguyên liệu (g); m : Khối lượng tinh bột sau thủy phân (g).

2.2.4. Oxy hóa tinh bột

2.2.4.1. Oxy hóa tinh bột bằng natri hypoclorit

Các bước oxy hóa tinh bột bằng natri hypoclorit được tiến hành theo nghiên cứu

của Fonseca và cộng sự [76]. Phản ứng được thực hiện trong bình cầu ba cổ dung tích 1000 mL có gắn sinh hàn, hỗn hợp phản ứng được khuấy và ổn định nhiệt độ trên máy khuấy từ

gia nhiệt. Cân chính xác 50g tinh bột, đưa vào dung dịch NaClO với nồng độ clo hoạt động

xác định, điều chỉnh pH và nhiệt độ thích hợp và khuấy đều với tốc độ 700 vòng/phút.

Trong quá trình phản ứng, pH của hỗn hợp được điều chỉnh và giữ không đổi bằng dung

dịch HCl và NaOH trong khi vẫn khuấy liên tục. Kết thúc phản ứng, trung hòa hỗn hợp

bằng dung dịch HCl 0,5M, sản phẩm được lọc hút trên phễu lọc Buchner, rửa 5 lần bằng nước cất, kết tủa lại trong etanol và sấy trong chân không ở 50oC trong 14 giờ.

2.2.4.2. Oxy hóa tinh bột bằng hydro peroxit

Các bước oxy hóa tinh bột bằng H2O2 được thực hiện theo nghiên cứu của Zhang và cộng sự [122]. Phản ứng được tiến hành trong bình cầu ba cổ dung tích 1000 mL có

gắn sinh hàn, hỗn hợp phản ứng được khuấy và ổn định nhiệt độ trên máy khuấy từ gia

nhiệt. Cho 50g tinh bột vào nước để tạo huyền phù, điều chỉnh pH và nhiệt độ thích hợp, thêm vào hỗn hợp huyền phù lượng xúc tác CuSO4 rắn (0,1% khối lượng của tinh bột) và thể tích dung dịch H2O2 có nồng độ cần khảo sát. Trong quá trình phản ứng, pH của hỗn hợp được điều chỉnh và giữ không đổi bằng dung dịch H2SO4 và NaOH trong khi vẫn khuấy đều với tốc độ 700 vòng/phút. Kết thúc phản ứng, trung hòa hỗn hợp về

pH = 7, sản phẩm được lọc hút trên phễu lọc Buchner, rửa 5 lần bằng nước cất, kết tủa lại trong etanol và sấy trong chân không ở 50oC trong 14 giờ.

+ Hiệu suất thu hồi sản phẩm tính theo công thức:

(2.6)

Trong đó: mo: Khối lượng tinh bột nguyên liệu (g);

m : Khối lượng tinh bột sau khi oxy hóa (g).

2.2.5. Bào chế thuốc viên nén

2.2.5.1. Thiết lập công thức bào chế viên nén paracetamol 500mg

Công thức bào chế viên nén paracetamol 500mg theo phương pháp tạo hạt khô

với công thức tính cho một viên được trình bày theo Bảng 2.3.

Bảng 2.3. Công thức viên nén paracetamol

STT Thành phần Hàm lượng (mg) Vài trò

1 Paracetamol 500

2 Explotab 30

3 Lycatab DSH 15 Thành phần dược chất, công dụng hạ sốt, giảm đau Tá dược rã giúp viên rã nhanh do khả năng hút nước và trương nở mạnh Tá dược độn, nhằm đảm bảo khối lượng viên

Tá dược dính

4 5 6 Kollidon R 90F Etanol (96%) Talc 30 Vừa đủ 14

7 Magie stearat 1 Tá dược trơn chảy, chống dính chày cối trong quá trình dập viên, làm cho mặt viên bóng đẹp

2.2.5.2. Phương pháp bào chế thuốc viên nén

Áp dụng bào chế viên nén theo phương pháp tạo hạt khô. Viên nén chứa

Paracetamol 500mg được bào chế tại Phòng thí nghiệm của Công ty TNHH MTV 120

AMEPHACO (118 Vũ Xuân Thiều, P. Phúc Lợi, Q. Long Biên, Tp. Hà Nội), viên nén

được bào chế theo các bước sau:

- Tạo hạt từ các hoạt chất chính, tá dược độn, tá dược dính với dung dịch tá dược trơn.

- Sấy hạt khô, rây qua rây và trộn với các tá dược rã.

- Dập viên với lực nén cao từ 25 đến 30 kN.

- Khối lượng viên là 590mg cho mỗi viên đường kính 11 mm.

2.3. Phương pháp phân tích, đánh giá

2.3.1. Phương pháp xác định thành phần chính của tinh bột

- Hàm lượng tro: xác định bằng phương pháp nung theo TCVN 9939:2013.

- Độ ẩm: xác định bằng phương pháp dùng tủ sấy theo TCVN 9934:2013.

- Protein tổng số: xác định bằng phương pháp Kjeldahl theo TCVN 8125:2015

- Lipit: xác định bằng phương pháp Soxhlet theo TCVN 9938:2013.

- Hàm lượng xơ thô: xác định bằng phương pháp Schaven theo TCVN 4329 : 2007.

- Hàm lượng carbohydrate tổng được tính theo công thức:

%Carbohydrate = 100 - (% độ ẩm + % tro + % protein + % lipit)

- Hàm lượng amylozơ và amylopectin: tham khảo theo quy trình của Kim và cộng sự [123], được xác định bằng phương pháp quang phổ UV-Vis với thiết bị UV-Vis

(JASCO-V670) tại các bước sóng 550nm và 618nm.

2.3.2. Phương pháp xác định tính chất và tính năng của tinh bột

2.3.2.1. Xác định độ thế của CMS

Độ thế (DS) được định nghĩa là số nhóm thế trung bình của mỗi đơn vị

anhydroglucose (AGU). AGU chứa ba nhóm hydroxyl, vì thế DS có thể đạt tối đa là 3.

Độ thế của CMS được xác định theo phương pháp của Lawal và cộng sự [83]. Axit hoá các nhóm carboxymetyl trong CMS bằng dung dịch HCl 5%. Tinh bột axit hoá sau đó được kết tủa trong metanol. Lọc, rửa bằng metanol và sấy ở 50oC. Tinh bột khô được hòa tan bằng một lượng dư dung dịch NaOH 0.1M. Chuẩn độ lượng NaOH dư bằng dung dịch HCl 0.1M.

Độ thế của tinh bột CMS được tính theo công thức:

(2.7)

Trong đó: Ma: Khối lượng mol của 1 đơn vị anhydroglucose (162g/mol);

Mc: Khối lượng mol của nhóm carboxymetyl (58g/mol); Wc: Hàm lượng nhóm carboxymetyl, tính theo % khối lượng mẫu:

(2.8)

C : Nồng độ dung dịch HCl dùng để chuẩn độ (mol/L); Vtr: Thể tích dung dịch HCl dùng để chuẩn mẫu trắng (mL); Vm: Thể tích dung dịch HCl dùng để chuẩn mẫu (mL); M : Khối lượng của mẫu thử (g); Wm: Độ ẩm của tinh bột CMS (%).

2.3.2.2. Xác định hàm lượng nhóm carboxyl

Hàm lượng nhóm carboxyl được xác định theo nghiên cứu của Yu và cộng sự [64]. Mẫu tinh bột (2g) được hòa tan trong 25mL dung dịch HCl 0,1N và khuấy đều

trong 30 phút trên máy khuấy từ. Huyền phù tinh bột được lọc hút chân không qua phễu lọc thuỷ tinh xốp dung tích 150mL và rửa bằng 400mL nước cất. Tinh bột sau lọc được chuyển hoàn toàn vào cốc thuỷ tinh 500mL và thêm nước cất đến thể tích 300mL. Huyền phù tinh bột được gia nhiệt trong bể điều nhiệt và khuấy liên tục trong 15 phút để hồ hoá hoàn toàn. Dung dịch hồ tinh bột nóng được điều chỉnh đến thể tích 450mL bằng nước

cất và chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn NaOH 0,01N tới pH 8,3 với chỉ thị phenolphtalein. Mẫu trắng được thực hiện đối với tinh bột tự nhiên.

Hàm lượng nhóm carboxyl (%) được tính theo công thức:

(2.9)

Trong đó: Vs : Thể tích dung dịch HCl chuẩn độ mẫu thực (mL);

Vb : Thể tích dung dịch HCl chuẩn độ mẫu trắng (mL);

N : Nồng độ đương lượng của NaOH (N);

m : Khối lượng mẫu (g).

2.3.2.3. Xác định hàm lượng nhóm carbonyl

Hàm lượng nhóm carbonyl được xác định theo nghiên cứu của Yu và cộng

sự [64]. Hòa tan mẫu tinh bột (4g) vào 100mL nước cất trong cốc thủy tinh 500mL. Gia nhiệt tới 40oC và điều chỉnh pH về 3,2 bằng dung dịch HCl 0,1N và thêm 15mL dung dịch hydroxylamine. Cốc được đậy kín và đặt trong bể điều nhiệt ở 40oC trong 4 giờ có khuấy nhẹ. Hydroxylamine dư được xác định bằng cách chuẩn độ nhanh hỗn hợp phản

ứng bằng dung dịch chuẩn HCl 0,1N với chỉ thị bromphenol xanh. Mẫu trắng chỉ chứa

hydroxylamin được làm tương tự như mẫu thực. Thuốc thử hydroxylamine được pha

bằng cách hoà tan 25g hydroxylamin hydroclorua trong 100mL dung dịch NaOH 0,5N trước khi định mức bằng nước cất tới thể tích 500mL.

Hàm lượng nhóm carbonyl (%) được tính theo công thức:

(2.10)

Trong đó: Vs : Thể tích HCl tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu thực (mL);

Vb : Thể tích HCl tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu trắng (mL);

N : Nồng độ đương lượng của HCl (N);

m : Khối lượng mẫu (g).

2.3.2.4. Khả năng trương nở và độ hoà tan

Khả năng trương nở và độ hoà tan xác định theo phương pháp của Nisit và cộng sự [26]. Cân 2g tinh bột vào cốc thủy tinh 250mL và thêm 98g nước cất, đưa vào nồi cách thuỷ ở các nhiệt độ khảo sát trong 30 phút, khuấy đều. Sau đó ly tâm với tốc độ

4000 vòng/phút trong 15 phút thu được hai phần: tinh bột kết lắng và nước dịch, đem sấy khô cả 2 phần riêng biệt để xác định khả năng trương nở và độ hoà tan của tinh bột.

- Khả năng trương nở (SP) của tinh bột tính theo công thức:

(2.11)

Trong đó: m1: khối lượng tinh bột sau ly tâm (g); m2: khối lượng tinh bột sau ly tâm đã sấy khô (g).

- Độ hoà tan (WS) tính theo công thức:

(2.12)

Trong đó: m3: khối lượng chất hoà tan trong dung dịch sau ly tâm (g);

m: khối lượng mẫu thử.

2.3.2.5. Độ nhớt hồ tinh bột

Độ nhớt xác định theo phương pháp của Spychaj và cộng sự [124]. Hoà tan một

lượng tinh bột xác định vào nước cất sao cho tổng khối lượng nước và tinh bột là 200g.

Đun sôi hỗn hợp trong 10 phút để hồ hoá hoàn toàn. Thực hiện phép đo độ nhớt bằng nhớt kế quay Brookfield (Mỹ) với tốc độ khuấy 100 vòng/phút, kim đo RV-3.

2.3.3. Phương pháp nghiên cứu đặc trưng lý hóa của tinh bột

2.3.3.1. Phổ hồng ngoại (FTIR)

Phân tích cấu trúc nhóm chức của tinh bột được thực hiện trên thiết bị FTIR IMPACT Nicolet 410 trong vùng 4000-400cm-1 tại Trung tâm thí nghiệm thực hành, Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp. Hồ Chí Minh. Mẫu được sấy khô 2 ngày trong tủ sấy chân không ở 60oC và sử dụng kỹ thuật ép viên với KBr.

2.3.3.2. Nhiễu xạ tia X (XRD)

Nhiễu xạ tia X xác định trạng thái cấu trúc tinh bột được thực hiện trên thiết bị nhiễu

xạ Rơnghen D2 Phaser (Bruker - Đức) tại Trung tâm Việt Đức, Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp. Hồ Chí Minh với điều kiện đo: tế bào CuKα (λ = 0.15406nm), U = 35kV, I = 35mA, đo giải góc nhiễu xạ từ 5o đến 55o.

2.3.3.3. Hình thái học bề mặt

Hình thái học bề mặt hạt tinh bột được xác định thông qua phép chụp ảnh kính hiển

vi điện tử quét SEM (Scanning Electronic Microscopy) trên thiết bị JSM-IT200 InTouchScope (Jeol - Nhật Bản) tại Trung tâm Việt Đức, Trường Đại học Công nghiệp

Thực phẩm Tp. Hồ Chí Minh và thiết bị SM-6510LV (Jeol - Nhật Bản) tại Viện kỹ thuật Nhiệt đới - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

2.3.3.4. Phân bố kích thước hạt

Phân bố kích thước hạt tinh bột được xác định trên thiết bị tán xạ laze Horiba LA-

950 tại Khoa Công nghệ Hoá học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

2.3.3.5. Phân tích nhiệt lượng quét vi sai (DSC)

Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột được xác định trên thiết bị phân tích nhiệt DSC 131

(Setaram, Pháp) tại Khoa Hoá học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội. Mẫu được đo trong khoảng từ nhiệt độ phòng đến 140oC, tốc độ gia nhiệt 2oC/phút, môi trường khí nitơ.

2.3.4. Phương pháp đánh giá hiệu quả của tá dược trong thuốc viên nén

2.3.4.1. Độ rã

Phép thử độ rã được thực hiện theo Phụ lục 11.6 của dược điển Việt Nam V. Thử

với 6 viên nén trên thiết bị giá đỡ 6 ống thử. Mỗi viên nén được cho vào một ống thử trên

giá đỡ. Chuẩn bị môi trường thử độ rã thích hợp rồi đặt vào bể điều nhiệt trong máy thử

để duy trì nhiệt độ 37±2°C. Treo giá đỡ ống thử trong cốc có chứa môi trường đã chuẩn

bị sao cho viên ngập hoàn toàn và vận hành thiết bị trong thời gian quy định. Sau đó lấy giá đỡ ống thử ra khỏi cốc chứa môi trường và quan sát.

Dược điển Việt Nam (DĐVN) quy định dùng thiết bị ERWEKA hoặc các thiết bị

tương tự. Mỗi lần thử 6 viên: không được còn cặn trên mặt của đĩa đậy, nếu còn cặn thì

chỉ là một khối mềm không có nhân khô rắn sờ thấy được. Nếu viên bị dính vào các đĩa

thì làm lại thử nghiệm trên 6 viên khác nhưng không cho vào ống. Mẫu thử đạt yêu cầu

nếu 6 viên rã hết. Trong trường hợp có 1 đến 2 viên không rã, lặp lại phép thử trên với

12 viên khác. Nếu có từ 16 viên trở lên trong 18 viên đem thử độ rã thì mẫu thử đạt yêu cầu. Nếu dưới 16 trong 18 viên rã thì mẫu không đạt yêu cầu.

Chú ý: Viên nén không bao phải rã trong vòng 15 phút; viên bao bảo vệ rã trong vòng 30

phút; viên bao tan trong ruột phải chịu được môi trường HCl 0,1M trong 2 giờ và phải rã

trong hệ đệm phosphat pH 6,8 trong vòng 60 phút; viên tan trong nước phải rã trong vòng 3 phút.

2.3.4.2. Độ đồng đều khối lượng

Phép thử độ đồng đều khối lượng được thực hiện theo Phụ lục 11.3 của Dược điển Việt Nam V. Cân chính xác 20 viên bất kỳ và xác định khối lượng trung bình của viên. Cân riêng khối lượng từng viên và so sánh khối lượng trung bình từ đó tính ra khoảng

giới hạn của giá trị trung bình. Không được quá 2 viên có khối lượng chênh lệch quá khoảng giới hạn của khối lượng trung bình và không được có viên nào có chênh lệch quá gấp đôi độ lệch tính theo tỷ lệ phần trăm. Độ lệch cho phép theo Bảng 2.4.

Bảng 2.4. Độ lệch cho phép so với khối lượng trung bình

STT Khối lượng trung bình Chênh lệch so với khối lượng

của viên trung bình (%)

1 < 80 mg 10,0

2 80 – 250 mg 7,5

3 > 250 mg 5,0

2.3.4.3. Độ đồng đều hàm lượng

Phép thử độ đồng đều hàm lượng được thực hiện theo Phụ lục 11.2 của Dược điển

Việt Nam V. Chỉ thử đồng đều hàm lượng với viên nén có hàm lượng dược chất dưới 2mg hoặc ít hơn 2% khối lượng viên. Khi đó không cần thử đồng đều khối lượng nữa.

Tuy nhiên trong trường hợp viên nén chứa nhiều loại dược chất khác nhau thì cần thử cả

đồng đều hàm lượng và đồng đều khối lượng hoặc thử đồng đều hàm lượng với tất cả dược chất và không cần thử đồng đều khối lượng nữa.

Tiến hành thử đồng đều hàm lượng với 10 viên. Mẫu thử đạt yêu cầu nếu như

không quá một viên có hàm lượng nằm ngoài giới hạn 85-115% (tức chênh lệch không

quá ± 15%) so với hàm lượng trung bình và không có viên nào có hàm lượng vượt quá giới hạn 75-125% (tức chênh lệch không quá ± 25%) so với hàm lượng trung bình.

Nếu như có từ 4/10 đơn vị trở lên có hàm lượng nằm ngoài giới hạn 85-115%

hoặc có từ 1/10 đơn vị trở lên có hàm lượng không nằm trong giới hạn 75-125% so với hàm lượng trung bình thì mẫu thử không đạt.

Trường hợp có 2 hoặc 3 đơn vị có hàm lượng nằm ngoài giới hạn 85-115% nhưng

không có đơn vị có hàm lượng nào vượt quá giới hạn 75-125% so với hàm lượng trung

bình thì tiếp tục thử với 20 mẫu khác. Lúc này, nếu không quá 3/30 đơn vị có giá trị hàm

lượng nằm ngoài giới hạn 85-115% và 0/30 đơn vị có hàm lượng nằm ngoài giới hạn 75- 125% so với hàm lượng trung bình thì mẫu thử đạt yêu cầu.

2.3.5. Phương pháp xử lý số liệu

Tất cả các thí nghiệm được lặp lại 03 lần. Số liệu thí nghiệm được trình bày dưới

dạng giá trị trung bình.

Phân tích xác suất thống kê (phân tích ANOVA) bằng phần mềm Minitab.

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Tách, thu nhận và đặc trưng hóa lý, tính năng của tinh bột từ một số nguồn không phổ biến

3.1.1. Tách và thu nhận tinh bột

Kết quả xác định hiệu suất thu hồi và thành phần chính của một số nguồn tinh bột

không phổ biến (hạt mít, đậu xanh, khoai môn) được trình bày trong Bảng 3.1.

Bảng 3.1. Một số chỉ tiêu cơ bản của các loại tinh bột

Hạt mít

Đậu xanh Khoai môn

Sắn(*)

10,60 ± 0,22 11,30 ± 0,26

1 Độ ẩm (%)

9,40  0,17

7,21  0,23

1,22 ± 0,03

0,87 ± 0,06

Tro (%)

2,34  0,03

0,24  0,03

0,43 ± 0,02

1,33 ± 0,17

3 Xơ thô (%)

1,38 ± 0,30

0,71  0,21

(-)

0,93 ± 0,18

Protein (%)

0,71 ± 0,08

0,16  0,04

Lipit (%)

0,19 ± 0,03

(-)

0,28 ± 0,08

Carbohydrat (%)

87,85  0,46 92,39  0,24 88,18 ± 0,22 85,29 ± 0,57

23,65 ± 0,18

7 Amylozơ (%)

29,64 ± 0,26 18,27 ± 0,40 18,74 ± 0,25

8 Amylopectin (%)

76,35 ± 0,18 70,36 ± 0,26 81,83 ± 0,40 81,26 ± 0,25

9 Hiệu suất thu hồi (%) 36,26 ± 2,53 32,60 ± 3,10

49,57 ± 1,74

(-) : không phát hiện

(*): Tinh bột sắn thương phẩm

STT Chỉ tiêu

Số liệu Bảng 3.1 cho thấy quá trình tách và thu hồi tinh bột làm giảm độ ẩm, tăng

hàm lượng carbohydrat, làm giảm và dẫn đến loại bỏ protein, lipit và xơ thô. Hạt đậu

xanh có hàm lượng protein cao, nhưng hầu như được loại bỏ trong quá trình tách và thu

nhận tinh bột. Khi xem xét về hàm lượng protein, lipit và xơ thô trong các loại tinh bột

còn thấy rằng cả ba loại tinh bột hạt mít, đậu xanh và khoai môn đều có độ tinh sạch cao

hơn so với tinh bột sắn thương phẩm. Điều này chứng tỏ độ tinh sạch của các loại tinh bột thu nhận được có thể làm nguyên liệu thay thế các nguồn tinh bột truyền thống (ngô,

gạo, sắn, khoai tây…) khi đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật của tinh bột dùng trong công nghiệp.

Hàm lượng amylozơ (Am) và amylopectin (Ap) trong tinh bột ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng của tinh bột, do nó quyết định khả năng tạo màng và có liên quan mật thiết đến một số tính năng như độ nhớt, độ dẻo, dai, phồng nở… của tinh bột. Hàm lượng Am và Ap trong tinh bột phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc tinh bột [125]. Hàm lượng Am của tinh bột hạt mít, đậu xanh, khoai môn (Bảng 3.1) và sắn thương phẩm (Bảng 2.1) lần

lượt là 23,65; 29,64; 18,27 và 18,74 với tỷ lệ amylozơ/amylopectin tương ứng là 1/3,2;

1/2,4; 1/4,4 và 1/4,3. Các giá trị này phản ánh sự khác biệt quan trọng giữa các loại tinh

bột, tinh bột đậu xanh nhiều Am nhất, tinh bột sắn và tinh bột khoai môn có hàm lượng

Am tương đương nhau và ít hơn so với tinh bột đậu xanh và hạt mít. Hơn nữa, theo các

công bố cho biết, hàm lượng Am trong tinh bột khoai tây khoảng từ 25,2% đến 29,1% [126], trong tinh bột sắn từ 19,7% đến 22,5% [127], như vậy so với các nguồn tinh bột

phổ biến thì giá trị Am của các loại tinh bột nghiên cứu đều có sự tương đồng đáng kể.

Do đó, ba loại tinh bột này có thể trở thành nguồn nguyên liệu chính thay thế cho các loại tinh bột thương phẩm khai thác từ nguồn nguyên liệu phổ biến.

3.1.2. Đặc trưng lý hóa của tinh bột từ một số nguồn không phổ biến

3.1.2.1. Hình thái học bề mặt

Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của tinh bột hạt mít (JS), đậu xanh (MS),

khoai môn (TS) với độ phóng đại 2000 và 5000 được trình bày trên Hình 3.1. Các hạt

tinh bột có dạng hình cầu hoặc nửa oval chảy tự do, các hạt tách rời nhau, bề mặt hạt

nhẵn không có khuyết tật (Hình 3.1a,b). Giống như JS, các hạt tinh bột đậu xanh (MS)

cũng có bề mặt hạt nhẵn không có khuyết tật, chảy tự do và tách rời nhau (Hình 3.1c,d). Các hạt MS kích thước nhỏ có hình cầu hay hình oval, còn những hạt kích

thước lớn thì có hình dạng chủ yếu là hình oval hoặc hình bầu dục. Khác với hai loại

hạt tinh bột trên, hạt tinh bột khoai môn (TS) có hình đa giác không theo quy tắc, hạt

có nhiều góc cạnh, bề mặt hạt nhẵn hơi lõm nhẹ, các hạt không tách rời nhau mà có

xu hướng kết dính thành từng đám (Hình 3.1d, e). Các kết quả này hoàn toàn phù hợp

với các kết quả nghiên cứu trước đây về hình thái học bề mặt của tinh bột hạt mít [18,

23, 128], tinh bột đậu xanh [128, 129] và tinh bột khoai môn [130–132]. Ở cùng một

độ phóng đại của vi ảnh thấy rằng hạt tinh bột đậu xanh có kích thước lớn nhất, hạt

tinh bột khoai môn có kích thước nhỏ nhất. Bề mặt hạt của cả ba loại tinh bột không

có vết nứt hay vỡ, chứng tỏ phương pháp tách và thu nhận tinh bột không ảnh hưởng đến cấu trúc hạt.

b. JS ( ×5000)

a. JS (×2000)

c. MS (×2000)

d. MS ( ×5000)

e. TS (×2000)

f. TS ( ×5000)

Hình 3.1. Ảnh SEM của JS (a,b), MS (c,d) và TS (e,f)

3.1.2.2. Phân bố kích thước hạt tinh bột

Kết quả đo phân bố kích hạt của ba loại tinh bột được biểu diễn trên Hình 3.2

cho thấy, tinh bột đậu xanh có kích thước hạt lớn nhất (23,42  6,37m), sau đó đến

tinh bột hạt mít (9,14  3,21m), tinh bột khoai môn có kích thước hạt nhỏ nhất (5,65

 2,28m). Theo cách phân loại của Lindeboom và cộng sự thì kích thước hạt tinh bột

gồm 4 loại: lớn (> 25m), trung bình (10 - 25m), nhỏ (5 - 10m) và rất nhỏ (< 5m)

[133]. Như vậy, kích thước hạt tinh bột đậu xanh thuộc loại trung bình, hạt mít thuộc loại nhỏ, khoai môn thuộc loại có kích thước rất nhỏ. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với kết luận về kích thước hạt khi chụp vi ảnh SEM của tinh bột. Tinh bột sắn có kích

thước hạt là 13,17  4,10m, kết quả này gần với kết quả được công bố của Andersson

và cộng sự với kích thước hạt trong khoảng từ 9,07 đến 12,20m [134]. Ngoài ra, so với

kích thước hạt tinh bột từ hai nguồn phổ biến là ngô và sắn trong Bảng 1.4 cho thấy trong

ba loại tinh bột tách và thu nhận được thì kích thước hạt tinh bột đậu xanh và tinh bột hạt

mít nằm trong vùng kích thước của tinh bột ngô và sắn, còn tinh bột khoai môn có kích thước nhỏ hơn.

)

%

1 2 3 4

( q

4 3 2

Đường kính (µm)

Hình 3.2. Đồ thị phân bố kích thước hạt tinh bột tự nhiên

3.1.2.3. Phổ hồng ngoại

Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) của ba mẫu tinh bột hạt mít, đậu xanh và

khoai môn được trình bày trong Hình 3.3.

)

%

(

T

1 2 3

TS JS MS

4000

3400

2800

2200

1600

1000

400

Số sóng (cm-1) Hình 3.3. Phổ FTIR của JS, MS và TS

Dựa vào các dao động đặc trưng của tinh bột trên phổ hồng ngoại cho trong

Bảng 3.2, kết quả phân tích cho thấy, phổ hồng ngoại của ba loại tinh bột đều xuất hiện peak ứng với số sóng khoảng 3494cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết O–H; nhóm peak ứng với số sóng khoảng 2931cm-1 và 2860cm1 đặc trưng cho dao động hóa trị bất đối xứng của liên kết C–H; nhóm peak ứng với số sóng khoảng 1158cm-1, 1085cm-1 và 1020cm-1 đặc trưng cho dao động kéo C-O-C bất đối xứng; peak ứng với số sóng khoảng 1461cm-1 đặc trưng cho dao động uốn của nhóm –CH2. Phổ FTIR cũng cho kết quả tương tự đối với tinh bột được tách và thu nhận từ nguồn phổ biến như tinh bột sắn [69], tinh bột ngô [78], tinh bột khoai tây [82].

Bảng 3.2. Dao động hồng ngoại đặc trưng của tinh bột [135]

STT Số sóng (cm-1) Các dao động đặc trưng

1 Dao động khung sườn vòng pyranose ~ 500

2 Dao động hóa trị C–C ~ 766

3 ~ 860 Dao động biến dạng CH2, C(1) – H

4 ~ 930 Dao động của liên kết α-1,4 glycosidic (C–O–C)

5 1000 -1100 Gồm có dao động uốn của C–H (mũi ở số sóng thấp) và dao động uốn C–O–H (mũi ở số sóng cao hơn)

6 ~ 1155 Dao động kéo C–O–C bất đối xứng (do sự ghép cặp của C–O và C–C kéo dãn)

7 ~ 1242 Dao động liên quan tới CH2OH (mạch nhánh)

8 ~ 1344 Dao động uốn C–O–H, dao động xoắn –CH2

9 ~ 1400 Dao động uốn của –CH2

10 1600 -1700 Dao động do nước hấp thụ trong vùng vô định hình của hạt tinh bột

11 2800 - 3000 Dao động hóa trị bất đối xứng của liên kết C–H no

12 3000 - 3500 Dao động hóa trị của liên kết O–H

3.1.2.4. Nhiễu xạ tia X

Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu tinh bột hạt mít, đậu xanh và khoai môn được trình bày trên Hình 3.4. Kết hợp với mô hình của các tác giả trước [136–138] đã nghiên cứu cường độ của đỉnh nhiễu xạ tại vị trí 2 = ~10o, 11o, 15o, 17o, 18o, 20o, 23o, 24o, 26o, 30o, và 33o thấy rằng trong cấu trúc của các mẫu tinh bột nghiên cứu bao gồm chủ yếu là các cấu trúc kết tinh loại A, B, C với phần trăm khác nhau, bên cạnh đó là một phần nhỏ

MS JS TS

1 2 3

cấu trúc kết tinh loại V. Cấu trúc đa hình loại A thông thường có thể quan sát được các phản xạ với tín hiệu mạnh tại các giá trị 2 = 15,11o; 17,14o; 18,14o và 26,27o. Bên cạnh đó còn xuất hiện thêm một số phản xạ phụ tại giá trị 2 = 9,98o; 11,19o; 22,93o; 23,68o; 30,30o và 33,08o. Trong khi đó, cấu trúc đa hình loại B dễ dàng được nhận biết bởi các tín hiệu phản xạ tại vị trí 2 = 5,51o; 14,60o và 16,85o với các peak phụ tại 2 = 10,01o; 11,02o; 13,85o; 22,30o; 23,71o; 6,16o; 30,61o và 33,84o. Với cấu trúc loại V thì được nhận biết bởi một phản xạ tại 2 = 19,8o và đôi khi xuất hiện một số phản xạ khác tại vị trí 2 = 7,4o và 13,0o. Cấu trúc đa hình loại C được xem là hỗn hợp của cấu trúc đa hình loại A và loại B .

) u a (

ộ đ g n ờ ư C

1 2

Góc nhiễu xạ (2)

Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của JS, MS và TS

Giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy các mẫu tinh bột mang hầu hết các đặc trưng của

mô hình kết tinh của cấu trúc đa hình loại A khi cho 3 tín hiệu mạnh tại giá trị 2 = 15,1°; 17,1o và 18,1o với một phản xạ phụ tại 23,1°. Cấu trúc này này hoàn toàn phù hợp với các kết quả đã được công bố về tinh bột hạt mít [24, 128], đậu xanh [128, 139] và khoai

môn [36, 132]. Ngoài ra, dựa vào độ nhọn của các đỉnh kết tinh còn cho biết mức độ kết tinh của các loại tinh bột tăng dần theo thứ tự: khoai môn < hạt mít < đậu xanh.

3.1.2.5. Nhiệt lượng quét vi sai

Quá trình hồ hóa là quá trình hạt tinh bột nở ra và nhanh chóng mất cấu trúc bán

tinh thể khi đun nóng huyền phù tinh bột đến nhiệt độ nhất định. Quá trình này rất quan trọng đối với việc sử dụng tinh bột trong cả hai lĩnh vực thực phẩm và phi thực phẩm [140]. Sự mất cấu trúc tinh thể bên trong hạt tinh bột có thể dẫn đến nhiều thay đổi về

tính năng của chúng như khả năng trương nở, độ hòa tan và tính lưỡng chiết của tinh bột [141]. Giản đồ nhiệt lượng quét vi sai DSC của tinh bột hạt mít, đậu xanh và khoai môn được biểu diễn trên Hình 3.5.

1 2 3

)

W m

(

t ệ i

75,24

h n g n ò D

72,83

84,06

100

120

Nhiệt độ (oC)

Hình 3.5. Giản đồ DSC của JS, MS và TS

Nhiệt độ đầu (To), nhiệt độ đỉnh (Tp), nhiệt độ cuối (Te) và khoảng chuyển nhiệt

độ (Te – To) được tóm tắt trong Bảng 3.3.

Bảng 3.3. Nhiệt độ hồ hoá (To, Tp, Te) của JS, MS và TS

STT Te-To (oC) Loại tinh bột

1 To (ºC) 70,11 Tp (ºC) 72,83 Te (ºC) 75,8 Hạt đậu xanh 5,69

2 79,32 84,06 89,52 Hạt mít 10,20

3 69,15 75,24 84,63 Khoai môn 15,48

Từ kết quả Hình 3.5 và Bảng 3.3 có thể nhận thấy nhiệt độ hồ hóa của các tinh bột

tăng dần theo thứ tự: đậu xanh < khoai môn < hạt mít; còn khoảng chuyển nhiệt độ lại

tăng theo thứ tự: đậu xanh < hạt mít < khoai môn. Kết hợp với kết quả nghiên cứu về

kích thước hạt và hàm lượng amylozơ trong tinh bột (Bảng 3.1) thấy rằng khoảng chuyển nhiệt độ hồ hóa tỷ lệ nghịch với kích thước hạt và hàm lượng amylozơ trong tinh bột.

3.1.3. Tính năng của tinh bột từ một số nguồn không phổ biến

3.1.3.1. Độ hòa tan và khả năng trương nở

Độ hòa tan của tinh bột trong nước là một trong những tính chất quan trọng và cần thiết cho phép đánh giá khả năng tạo gel, thủy phân, tạo màng,...của tinh bột. Khả năng trương nở cao là một thuận lợi khi sử dụng các loại tinh bột này như một phụ gia làm đầy trong công nghiệp thực phẩm. Ngoài ra, khả năng trương nở và độ hòa tan còn được sử dụng để đánh giá mức độ tương tác giữa các mạch tinh bột trong vùng vô định hình và vùng kết tinh của hạt tinh bột. Độ hoà tan và khả năng trương nở ở các nhiệt

độ khác nhau của tinh bột hạt mít, đậu xanh và khoai môn được trình bày trên đồ thị Hình 3.6 và Hình 3.7.

)

TS JS MS

%

( S W

Nhiệt độ (ºC)

TS JS MS

Hình 3.6. Độ hòa tan của JS, MS và TS theo nhiệt độ

) g / g ( P S

Nhiệt độ (ºC)

Hình 3.7. Khả năng trương nở của JS, MS và TS theo nhiệt độ

Khả năng trương nở và độ hòa tan là hai tính năng đặc trưng cho sự tương tác giữa hai vùng tinh thể và vô định hình của tinh bột [142]. Hình 3.6 và Hình 3.7 cho

thấy khả năng trương nở của tinh bột có xu hướng ngược với độ hòa tan và cả hai tính năng này của ba loại tinh bột đều tăng khi tăng nhiệt độ. Ở cùng một nhiệt độ, độ hòa tan của tinh bột tăng theo thứ tự: đậu xanh < hạt mít < khoai môn; còn khả năng trương nở của tinh bột lại tăng theo thứ tự: khoai môn < hạt mít < đậu xanh. Theo Kumoro và cộng sự thì khả năng trương nở cao hơn sẽ có độ hòa tan thấp hơn, tuy nhiên, không có mối tương quan trực tiếp giữa khả năng trương nở và độ hòa tan của tinh bột [143].

Ngoài ra, hai tính năng này còn bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ amylozơ/amylopectin và kích

thước hạt [68]. Từ kết quả thực nghiệm về độ hòa tan và khả năng trương nở có thể

kết luận rằng: khả năng trương nở của tinh bột tỷ lệ thuận với kích thước hạt, hàm

lượng amylozơ và độ kết tinh; còn độ hòa tan thì tỷ lệ nghịch với ba yếu tố này. Tinh

bột đậu xanh có kích thước hạt, hàm lượng amylozơ và độ kết tinh lớn nhất thì cho khả năng trương nở cao nhất và độ hòa tan nhỏ nhất; tinh bột khoai môn có kích thước

hạt, hàm lượng amylozơ và độ kết tinh nhỏ nhất thì tan trong nước tốt nhất so với tinh bột hạt mít và đậu xanh.

3.1.3.2. Độ nhớt

Độ nhớt là tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng đến chất lượng và kết

cấu của nhiều sản phẩm. Phân tử tinh bột có nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết

được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại giữ nhiều nước hơn khiến cho dung

1350

1080

MS JS TS

810

540

dịch có độ nhớt cao. Kết quả khảo sát sự thay đổi độ nhớt của ba loại tinh bột theo nhiệt độ được trình bày trên đồ thị Hình 3.8.

) P c ( t ớ h n ộ Đ

270

Nhiệt độ (oC)

Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt của JS, MS và TS

Kết quả cho thấy ở cùng một nhiệt độ, độ nhớt của tinh bột đậu xanh cao nhất sau đó đến tinh bột hạt mít và nhỏ nhất là tinh bột khoai môn; độ nhớt của cả ba loại tinh bột trong quá trình hạ nhiệt độ đều tăng khi nhiệt độ hạ từ 80 đến 30oC. Kết luận này hoàn toàn tương đồng với kết quả của Volkert và cộng sự khi nghiên cứu về độ nhớt của tinh bột ngô và khoai tây [79]. Sự thay đổi độ nhớt của huyền phù tinh bột đã hồ hóa trong quá trình làm lạnh làm xuất hiện quá trình gel hóa của tinh bột do thay đổi sự sắp xếp của các hạt thông qua liên kết hydro của amylozơ và amylopectin tạo thành cấu trúc mạng ba chiều [144]. Khi kích thước hạt tinh bột và hàm lượng amylozơ càng lớn thì tốc

độ tạo gel càng nhanh và độ nhớt càng lớn [141]. Trong ba loại tinh bột nghiên cứu, tinh

bột đậu xanh có kích thước hạt và hàm lượng amylozơ lớn hơn tinh bột hạt mít và khoai môn nên độ nhớt của tinh bột sau hồ hóa lớn hơn theo chiều hạ nhiệt độ.

Kết luận tiểu mục

± 2,53% đối với JS; 32,60 ± 3,10% đối với MS và 49,57 ± 1,74% đối với TS. Ba loại tinh bột hạt mít, đậu xanh, khoai môn thu nhận được với độ tinh sạch cao, hàm lượng protein,

- Hàm lượng tinh bột thu nhận được từ một số nguyên liệu không phổ biến là: 36,26

lipit, xơ thô rất nhỏ hoặc không phát hiện, tương đương với tinh bột sắn (một loại tinh bột truyền thống).

- Kích thước hạt trung bình của ba loại tinh bột lần lượt là 9,14m (JS); 23,42m

(MS); 5,65m (TS). Cả ba loại tinh bột đều có cấu trúc kết tinh loại A. Độ kết tinh của

tinh bột tăng dần theo thứ tự: khoai môn < hạt mít < đậu xanh.

- Khoảng nhiệt độ hồ hóa tỷ lệ nghịch với kích thước hạt tinh bột và hàm lượng

amylozơ trong tinh bột. Độ hòa tan và khả năng trương nở của cả ba loại tinh bột đều

tăng khi tăng nhiệt độ. Ngược lại, độ nhớt của huyền phù tinh bột sau hồ hóa tăng khi hạ nhiệt độ.

3.2. Carboxymetyl hóa tinh bột từ một số nguồn không phổ biến

3.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình carboxymetyl hóa tinh bột

Quá trình carboxymetyl hóa bằng axit monocloaxetic được thực hiện trên ba loại

tinh bột là hạt mít, đậu xanh và khoai môn. Phản ứng được thực hiện trong hỗn hợp dung môi isopropanol (IPA) - H2O, các yếu tố ảnh hưởng được khảo sát bao gồm: nhiệt độ và thời gian phản ứng, tỷ lệ mol MCA/AGU, tỷ lệ thể tích IPA/khối lượng tinh bột, tỷ lệ mol NaOH/AGU.

3.2.1.1. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến quá trình carboxymetyl hóa tinh bột, phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ 40oC, tỷ lệ mol MCA/AGU 1,5; tỷ lệ IPA/tinh bột 8,0 mL/g; tỷ lệ NaOH/AGU 2,0; thời gian phản ứng thay đổi từ 30 đến 180 phút. Kết quả được trình bày trên Hình 3.9 và Hình 3.10.

Kết quả cho thấy giá trị độ thế (DS) và hiệu suất phản ứng (RE) của cả ba loại carboxymetyl tinh bột đều tăng khi kéo dài thời gian phản ứng. Điều này có thể là do việc kéo dài thời gian phản ứng làm tăng khả năng tiếp xúc và khả năng khuếch tán giữa axit monocloaxetic (MCA) và các phân tử tinh bột, do đó quá trình carboxymetyl hóa

được thúc đẩy làm DS tăng [145]. Kết quả nghiên cứu còn cho thấy cả hai giá trị DS và RE tăng không đáng kể sau 120 phút. Trong khoảng thời gian từ 120 - 180 phút, DS của

carboxymetyl tinh bột khoai môn (CMTS) chỉ tăng khoảng 0,94%, carboxymetyl tinh

bột hạt mít (CMJS) chỉ tăng khoảng 2,1% và carboxymetyl tinh bột đậu xanh (CMMS)

0,6

0,5

chỉ tăng khoảng 0,9%.

S D

0,3

0,2

CMJS CMTS CMMS

0,0

120

150

180

Thời gian phản ứng (phút)

Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến DS (Nhiệt độ: 40oC; MCA/AGU: 1,5; IPA/tinh bột: 8,0mL/g; NaOH/AGU: 2,0 )

)

%

(

E R

CMJS CMTS CMMS

120

150

180

Thời gian phản ứng (phút)

Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến RE (Nhiệt độ: 40oC; MCA/AGU: 1,5; IPA/tinh bột: 8,0mL/g; NaOH/AGU: 2,0 )

Mặt khác, sử dụng phương pháp phân tích ANOVA (p = 0,05) cho thấy không

có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các giá trị DS và RE khi thời gian phản ứng

kéo dài hơn 120 phút. Do đó, thời gian 120 phút được chọn lựa để thực hiện các khảo sát tiếp theo.

3.2.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng Để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, phản ứng được tiến hành trong thời gian

120 phút; tỷ lệ mol MCA/AGU 1,5; tỷ lệ IPA/tinh bột 8,0mL/g; tỷ lệ NaOH/AGU 2,0; nhiệt độ phản ứng thay đổi từ 30 đến 60oC. Kết quả được biểu diễn trên Hình 3.11 và Hình 3.12.

0,60

0,45

S D

CMJS CMTS CMMS

0,30

0,15

Nhiệt độ (ºC)

(Thời gian: 120 phút ; MCA/AGU: 1.5; IPA/tinh bột: 8mL/g; NaOH/AGU: 2.0 )

Hình 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến DS

)

%

(

E R

CMJS CMTS CMMS

Nhiệt độ (ºC)

(Thời gian: 120 phút; MCA/AGU: 1,5; IPA/tinh bột: 8,0mL/g; NaOH/AGU: 2,0 )

Hình 3.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến RE

Kết quả cho thấy: Khi tăng nhiệt độ phản ứng thì các giá trị DS và RE đều tăng và đạt cực trị ở 50oC. Nhiệt độ tăng trong khoảng từ 30 đến 50°C đã tạo điều kiện tăng số lượng phân tử có năng lượng hoạt hóa cao, do đó tốc độ phản ứng tăng và thuận lợi cho

DS tăng và do đó RE tăng. Ngoài ra, nhiệt độ tăng làm tăng độ hòa tan của tinh bột trong

nước đồng thời sự chuyển động nhiệt của IPA và các phân tử trong hệ tăng giúp chúng khuếch tán trong toàn bộ dung dịch tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng carboxymetyl hóa. Nhưng khi nhiệt độ tăng cao hơn 50oC thì giá trị DSvà RE đều giảm. Bi và cộng sự giải thích rằng khi nhiệt độ tăng trên 50°C thì tinh bột bị hồ hóa và bị phá hủy cấu trúc hạt đồng thời một lượng lớn clo hoạt động của tác nhân MCA chuyển thành khí clo thoát khỏi môi trường phản ứng làm giảm độ thế DS [83]. Khi nhiệt độ lớn hơn 70oC, hiện tượng hồ hóa cản trở hoàn toàn quá trình carboxymetyl hóa tinh bột. Kết quả này tương tự với các

nghiên cứu trước đây đối với tinh bột khoai sọ [83], khoai tây [86] và sắn dây [80]. Với

kết quả trên, nhiệt độ 50oC được lựa chọn để khảo sát các yếu tố tiếp theo vì tại nhiệt độ này phản ứng có DS và RE lớn nhất đồng thời tinh bột chưa bị hồ hoá.

3.2.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol MCA/AGU Để nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ mol MCA/AGU phản ứng được tiến hành trong thời gian 120 phút; nhiệt độ phản ứng 50oC; tỷ lệ IPA/tinh bột 8,0mL/g; tỷ lệ NaOH/AGU 2,0; tỷ lệ mol MCA/AGU thay đổi từ 0,5 đến 2,5. Kết quả được biểu diễn

0,65

0,55

trên Hình 3.13 và Hình 3.14.

S D

0,45

0,35

CMJS CMTS CMMS

0,25

0,5

1,0

2,0

2,5

1,5 MCA/AGU

CMJS CMTS CMMS

Hình 3.13. Ảnh hưởng của tỷ lệ MCA /AGU đến DS (Nhiệt độ: 50oC; Thời gian:120 phút; IPA/tinh bột: 8,0mL/g; NaOH/AGU: 2,0)

)

%

(

E R

0,5

1,0

2,0

2,5

1,5 MCA/AGU

Hình 3.14. Ảnh hưởng của tỷ lệ MCA/AGU đến RE (Nhiệt độ: 50oC; Thời gian:120 phút; IPA/tinh bột: 8,0mL/g; NaOH/AGU: 2,0)

Kết quả cho thấy khi tỷ lệ mol MCA/AGU tăng, giá trị DS của cả ba loại tinh bột đều tăng và đạt cực đại tại tỷ lệ mol MCA/AGU 1,0 (đối với TS và JS) và 1,5 (đối với MS). Giá trị DS tăng có thể là do sự tiếp xúc giữa tác nhân ete hóa và các phân tử tinh bột tăng lên khi nồng độ MCA tăng. Tỷ lệ mol MCA/AGU cao hơn tạo thuận lợi cho sự hình thành glycolat dẫn đến làm giảm DS đã được chỉ ra. Kết quả này cũng được báo cáo trong các nghiên cứu trước đây [82, 89].

Giá trị hiệu suất phản ứng RE phụ thuộc vào độ thế lý thuyết DSt, trong khảo sát

này, khi tăng số mol MCA giá trị RE lại giảm dần. Với kết quả trên, tỷ lệ MCA/AGU

được lựa chọn để khảo sát có lợi về giá trị DS là 1,0 (đối với TS và JS) và 1,5 (đối với MS).

3.2.1.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ IPA/tinh bột

Để nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ IPA/tinh bột, phản ứng được tiến hành trong thời gian 120 phút; nhiệt độ phản ứng 50oC; tỷ lệ NaOH/AGU 2,0; tỷ lệ MCA/AGU 1,0 (đối với TS và JS) và 1,5 (đối với MS), tỷ lệ IPA/tinh bột thay đổi từ 6,5 đến 9,0.

0,70

0,59

Kết quả được trình bày trên Hình 3.15 và Hình 3.16.

S D

0,48

0,37

CMJS CMTS CMMS

0,26

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

IPA/tinh bột (mL/g)

(Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; MCA/ AGU: 1,0 (đối với TS và JS) và 1,5 (đối với MS); NaOH/AGU: 2,0; ) Kết quả cho thấy khi giữ nguyên các thông số khác và tăng tỷ lệ IPA/tinh bột,

Hình 3.15. Ảnh hưởng của tỷ lệ IPA/tinh bột đến DS

độ thế DS và hiệu suất phản ứng RE của cả ba loại tinh bột đều tăng và đạt giá trị cực

đại khi tỷ lệ IPA/tinh bột là 7,5 (mL/g). Giá trị DS và RE giảm khi tiếp tục tăng hàm

lượng dung môi. Thực nghiệm cho thấy khi lượng dung môi quá ít (IPA/tinh bột <

6,5mL/g), khối huyền phù rất đặc và bị keo hóa lại ngay khi kiềm hoá tinh bột gây cản trở quá trình phản ứng. Khi tăng dần lượng dung môi, phản ứng xảy ra dễ dàng hơn nên DS và RE cùng tăng, tuy nhiên khi tăng tỷ lệ dung môi/tinh bột > 7,5mL/g thì sự tiếp xúc của tác nhân ete hóa với các phân tử tinh bột bị giảm khiến cho cả DS và RE đều

có xu hướng giảm, đồng thời bản chất hạt của tinh bột bị mất và việc thu hồi sản phẩm rất khó khăn. Tỷ lệ dung môi/tinh bột 7,5 mL/g được lựa chọn để khảo sát các yếu tố ảnh

hưởng tiếp theo.

)

%

(

E R

CMJS CMTS CMMS

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

IPA/tinh bột (mL/g)

Hình 3.16. Ảnh hưởng của tỷ lệ IPA/tinh bột đến RE (Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; MCA/AGU: 1,0 (đối với TS và JS) và 1,5 (đối với MS); NaOH/AGU: 2,0; )

3.2.1.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol NaOH/AGU

Với vai trò tạo môi trường trong phản ứng carboxymetyl hóa tinh bột, hàm lượng

NaOH ảnh hưởng nhiều đến độ thế DS và hiệu suất phản ứng RE. Để nghiên cứu ảnh

hưởng của hàm lượng NaOH, phản ứng được tiến hành trong thời gian 120 phút; nhiệt độ phản ứng 50oC; tỷ lệ MCA/AGU 1,0 (đối với TS và JS) và 1,5 (đối với MS); tỷ lệ IPA/tinh bột 7,5; tỷ lệ NaOH/AGU thay đổi từ 1,2 đến 3,2. Kết quả được trình bày trên

0,70

0,61

0,52

Hình 3.17 và Hình 3.18.

S D

0,43

0,34

CMJS CMTS CMMS

0,25

1,2

1,6

2,0

2,4

2,8

3,2

NaOH/AGU

(Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; MCA/AGU: 1,0 (đối với TS và JS) và 1,5 (đối với MS); IPA/tinh bột: 7,5mL/g)

Hình 3.17. Ảnh hưởng của tỷ lệ NaOH/AGU đến DS

Kết quả cho thấy khi tỷ lệ NaOH/AGU tăng từ 1,2 đến 2,4 thì DS và RE đều tăng,

điều này chứng tỏ rằng khi tăng tỷ lệ NaOH/AGU sẽ tạo thuận lợi cho phản ứng giữa các phân tử tinh bột và NaOH tạo ra sản phẩm trung gian hoạt động alkoxit (phản ứng 1.6) có diện tích bề mặt lớn làm tăng độ trương nở của tinh bột thuận lợi cho quá trình ete hóa

(phản ứng 1.7) làm cho DS và RE tăng [85]. Tuy nhiên, giá trị DS và RE giảm dần khi

tỷ lệ NaOH/AGU lớn hơn 2,4. Điều này được giải thích là do môi trường kiềm mạnh làm

cho tinh bột bị hồ hóa và sự tiếp xúc giữa MCA và tinh bột bị ức chế trong hỗn hợp phản

ứng. Mặt khác, nồng độ NaOH cao sẽ làm tăng khả năng tạo sản phẩm phụ là natri

glycolat (phản ứng 1.8) làm giảm hiệu quả của phản ứng. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu đối với tinh bột ngô và tinh bột khoai tây [86]. Tỷ lệ NaOH/AGU = 2,4 ứng

với DS và RE cực đại là giá trị phù hợp nhất cho quá trình carboxymetyl hóa ba loại tinh

bột khảo sát.

)

%

(

CMJS CMTS CMMS

E R

1,2

1,6

2,8

3,2

2,0 2,4 NaOH/AGU

(Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; MCA/AGU: 1,0 (đối với TS và JS) và 1,5 (đối với MS); IPA/tinh bột: 7,5mL/g)

Hình 3.18. Ảnh hưởng của tỷ lệ NaOH/AGU đến RE

Như vậy qua khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình carboxymetyl hóa tinh

bột hạt mít, đậu xanh và khoai môn thu được các điều kiện thích hợp nhất với DS lớn nhất là:

- Tỷ lệ IPA/tinh bột: 7,5 (mL/g).

- Tỷ lệ MCA/AGU: 1,0 (đối với TS và JS) và 1,5 (đối với MS).

- Tỷ lệ NaOH/AGU: 2,4

- Thời gian phản ứng: 120 phút - Nhiệt độ phản ứng: 50oC.

3.2.2. Đặc trưng lý hóa của carboxymetyl tinh bột

3.2.2.1. Hình thái học bề mặt

Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) của các mẫu carboxymetyl tinh bột được thể hiện trong các Hình 3.19, Hình 3.20 và Hình 3.21 cho thấy các hạt CMS vẫn giữ nguyên hình dạng của hạt tinh bột tự nhiên, tuy nhiên bề mặt đã thay đổi đáng kể theo chiều tăng hàm lượng MCA.

a. MS

b. CMMS-MCA/AGU 0,5

c. CMMS-MCA/AGU 1,0

d. CMMS-MCA/AGU 2,0

a. JS

b. CMJS – MCA/AGU 0,5

c. CMJS – CMA /AGU 1,0

d. CMJS – CMA/AGU 2,0

Hình 3.19. Ảnh SEM (2000) của MS và CMMS tại các tỷ lệ MCA/AGU khác nhau (Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; ; NaOH/AGU: 2,0; IPA/tinh bột: 7,5mL/g )

Hình 3.20. Ảnh SEM (2000) của JS và CMJS tại các tỷ lệ MCA/AGU khác nhau (Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; NaOH/AGU: 2,0; IPA/tinh bột: 7,5mL/g )

a. TS

b. CMTS – MCA/AGU 0,5

c. CMTS - MCA/AGU 1,5

d. CMTS – MCA/AGU 2,0

Hình 3.21. Ảnh SEM (5000) của TS và CMTS tại các tỷ lệ MCA/AGU khác nhau (Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; NaOH/AGU: 2,0; IPA/tinh bột: 7,5mL/g )

Vi ảnh SEM của CMMS cho thấy các hạt vẫn tách rời nhau, nhưng số lượng các

lỗ xốp nhỏ xuất hiện trên bề mặt hạt tăng khi tăng tỷ lệ MCA/AGU (Hình 3.19). Bề mặt

các hạt CMJS và CMTS cũng không còn nhẵn như hạt tinh bột tự nhiên, mức độ bị bào

mòn và sần xùi tăng theo chiều tăng hàm lượng MCA, đặc biệt khi tỷ lệ MCA/AGU tăng, xu hướng kết tụ thành khối tăng lên (Hình 3.20 và 3.21).

Khi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến hình thái học của

carboxymetyl tinh bột hạt mít, kết quả thể hiện trên Hình 3.22 cho thấy các hạt CMJS

tạo thành ở nồng độ NaOH 5% (Hình 3.22a) có bề mặt tương đối nhẵn, hình dạng không

thay đổi nhiều so với hạt JS (Hình 3.20a), các hạt không tách rời nhau mà kết tụ thành khối giống như các hạt CMJS ở các nồng độ NaOH còn lại (Hình 3.22 b,c,d). Khi tăng nồng độ NaOH, các hạt CMJS có độ sần sùi tăng, hiện tượng kết tụ tăng, hình dạng hạt

không còn rõ nét, đặc biệt các hạt tinh bột đã bị gel hóa một phần khi thực hiện quá trình carboxymetyl ở nồng độ NaOH 20% (Hình 3.22d). Do đó, có thể kết luận rằng việc tăng nồng độ NaOH dẫn đến hiện tượng hồ hóa kiềm làm phá hủy bề mặt của hạt tinh bột, gây mất hình thái và tính ổn định cấu trúc phân tử của hạt tinh bột [146]. Kết quả tương tự

được đề cập trong nghiên cứu về carboxymetyl tinh bột sắn của Sangseethong và cộng sự [89]. Ngoài ra các nghiên cứu về các loại tinh bột khác còn kết luận rằng độ kiềm hóa

là thông số chính làm tăng khả năng trương của tinh bột và giảm cấu trúc tinh thể, cho

phép các tác nhân ete hóa dễ xâm nhập hơn vào các phân tử tinh bột tạo thuận lợi cho

a. CMJS-NaOH 5%

b. CMJS -NaOH 10%

c. CMJS -NaOH 15%

d. CMJS -NaOH 20%

phản ứng carboxymetyl hóa và phản ứng phụ tạo natri glyconat và natri diglycolat [87,146].

Hình 3.22. Ảnh SEM (2000) của JS và CMJS tại các nồng độ NaOH khác nhau (Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; MCA/AGU: 1,0; IPA/tinh bột: 7,5mL/g )

3.2.2.2. Phân bố kích thước hạt

Phân bố kích thước hạt CMS ở các giá trị DS khác nhau theo tỷ lệ MCA/AGU

được biểu diễn trên Hình 3.23 (CMJS), Hình 3.24 (CMTS) và Hình 3.25 (CMMS). Kết

quả cho thấy các đường phân bố kích thước hạt của CMS không sai lệch nhiều so với

hạt tinh bột tự nhiên (JS, MS và TS), tuy nhiên kích thước hạt của CMS có tăng nhẹ

nhưng không đáng kể so với kích thước hạt ban đầu. Kích thước hạt tăng theo chiều tăng độ thế DS vì DS cao hơn có lượng nhóm carboxymetyl lớn hơn dẫn đến lực đẩy tĩnh điện mạnh hơn [147].

20,0

CMJS-MCA 0.5

CMJS-MCA 1.0

15,0

CMJS-MCA 2.0

)

%

10,0

( q

5,0

0,0

Đường kính (µm)

20,0

CMTS-MCA 0.5

CMTS-MCA 1.0

15,0

CMTS-MCA 2.0

Hình 3.23. Phân bố kích thước hạt CMJS tại các tỷ lệ MCA/AGU khác nhau (Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; IPA/tinh bột: 7,5mL/g; NaOH/AGU: 1,0; MCA/AGU: 0,5-1,0-2,0)

)

%

10,0

( q

5,0

0,0

Đường kính (µm)

CMMS-MCA 2.0

CMMS-MCA 1.0

CMMS-MCA 0.5

Hình 3.24. Phân bố kích thước hạt CMTS tại các tỷ lệ MCA/AGU khác nhau (Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; IPA/tinh bột: 7,5mL/g; NaOH/AGU: 1,0; MCA/AGU: 0,5-1,0-2,0)

)

%

( q

Đường kính (µm)

Hình 3.25. Phân bố kích thước hạt CMMS tại các tỷ lệ MCA/AGU khác nhau (Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; IPA/tinh bột: 7,5mL/g; NaOH/AGU: 1,5; MCA/AGU: 0,5-1,0-2,0)

Bảng 3.4. Bảng kết quả phân bố kích thước hạt CMS

Kích thước hạt trung bình (m) STT MCA/AGU

1 2 3 4 0,0 0,5 1,0 2,0 CMJS 9,22 ± 3,36 9,29 ± 3,34 9,55 ± 3,38 9,46 ± 3,39 CMTS 5,65 ± 2,28 5,71 ± 2,34 5,92 ± 2,37 5,89 ± 2,31 CMMS 23,42 ± 6,37 23,46 ± 6,64 23,59 ± 7,13 23,63 ± 7,64

3.2.2.3. Phổ hồng ngoại

Phổ hồng ngoại của tinh bột nguyên liệu và sản phẩm CMS được biểu diễn trên các

Hình 3.26, Hình 3.27 và Hình 3.28. Về cơ bản phổ hồng ngoại của tinh bột tự nhiên (JS,

TS, MS) và các CMS không khác nhau nhiều, các phổ đều xuất hiện các peak đặc trưng

cho cấu trúc của tinh bột (như đã nêu ở mục 3.1.2.3) . Tuy nhiên trên phổ hồng ngoại của các CMS còn xuất hiện thêm vai phổ tại các vị trí 1744,10cm-1 (CMJS), 1740,38cm-1 (CMTS) và 1734,15cm-1 (CMMS) bên cạnh peak 1637cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm C=O, điều này chứng tỏ đã xảy ra phản ứng carboxymetyl hóa.

Ngoài ra, phổ FTIR của các mẫu CMJS, CMTS và CMMS còn cho thấy: cường độ peak của nhóm carbonyl (C=O), nhóm metylen (-CH2) và nhóm ete (C–O–C) tăng theo độ thế DS, còn dải hấp thụ của nhóm hydroxyl (-OH) giảm khi DS tăng. Kết quả này

chứng tỏ lượng tác nhân MCA ảnh hưởng nhiều đến quá trình carboxymetyl hóa tinh bột.

Phổ FTIR cũng cho kết quả tương tự đối với carboxymetyl tinh bột tạo ra từ tinh bột gạo [146, 148], tinh bột khoai mỡ [145] và tinh bột khoai tây [82].

)

%

(

T

5 1

4 4 7 1

4000

3600

3200

2800

2400

2000

1600

1200

800

400

Số sóng (cm-1)

(Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; IPA/tinh bột: 7,5mL/g; NaOH/AGU: 1,0)

Hình 3.26. Phổ FTIR của JS(1) và CMJS ở các tỷ lệ MCA/AGU: 0,5(2); 1,0(3); 2,0(4)

)

%

(

8 3

0 4 7 1

4000

3600

3200

2800

1600

1200

800

400

2000

2400 Số sóng (cm-1)

(Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; IPA/tinh bột: 7,5mL/g; NaOH/AGU: 1,0)

Hình 3.27. Phổ FTIR của TS(1) và CMTS ở các tỷ lệ MCA/AGU: 0,5(2); 1,0(3); 2,0(4)

)

%

(

T

5 1

4 3 7 1

4000

3600

3200

2800

2400

2000

1600

1200

800

400

Số sóng (cm-1)

(Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; IPA/tinh bột: 7,5mL/g; NaOH/AGU: 1,5)

Hình 3.28. Phổ FTIR của MS(1) và CMMS ở các tỷ lệ MCA/AGU: 0,5(2); 1,0(3); 2,0(4)

3.2.2.4. Nhiễu xạ tia X

Giản đồ nhiễu xạ tia X của JS, TS, MS và các CMS được biểu diễn trên các Hình

3.29, Hình 3.30 và Hình 3.31 cho thấy các peak kết tinh của CMS hầu như không thay đổi so với tinh bột tự nhiên (gồm hai đỉnh của góc 2θ ở 15o và 23o với một đỉnh kép tại 17o và 18o). Như vậy, phản ứng carboxymetyl hóa tinh bột diễn ra chủ yếu ở vùng vô định hình với sự tham gia của amylozơ còn amylopectin chưa phản ứng. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với các kết quả đã được công bố của Nisit và cộng sự [26].

.

) u a (

ộ đ g n ờ ư C

Góc nhiễu xạ (2)

Hình 3.29. Giản đồ nhiễu xạ tia X của JS(1) và CMJS ở các tỷ lệ MCA/AGU: 0,5(2); 1,0(3); 2,0(4) (Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; IPA/tinh bột: 7,5mL/g, NaOH/AGU: 1,0)

.

) u a (

ộ đ g n ờ ư C

Góc nhiễu xạ (2)

Hình 3.30. Giản đồ nhiễu xạ tia X của TS (1) và CMTS

ở các tỷ lệ MCA/AGU: 0,5(2); 1,0(3); 2,0(4) (Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; IPA/tinh bột: 7,5mL/g; NaOH/AGU: 1,0)

Cấu trúc tinh thể của CMJS mất dần thể hiện trên giản đồ là các peak kết tinh của CMJS bị biến mất khi nồng độ NaOH tăng lên (Hình 3.32). Điều này có nghĩa là độ kết

tinh của các mẫu giảm đáng kể khi tăng nồng độ NaOH trong quá trình carboxymetyl hóa tinh bột. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng trong môi trường kiềm mạnh, tinh bột bị ion hóa từng phần làm tăng khả năng trương nở ở vùng kết tinh trong quá trình

biến tính, khiến cho amylozơ dễ bị tan ra khỏi hạt và giảm tỷ lệ amylopectin trong tinh bột. Do đó, cấu trúc tinh thể bị phá vỡ dần và chuyển thành trạng thái vô định hình [78]

.

) u a (

ộ đ g n ờ ư C

Góc nhiễu xạ (2)

(Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; IPA/tinh bột: 7,5mL/g; NaOH/AGU: 1,5)

Hình 3.31. Giản đồ nhiễu xạ tia X của MS(1) và CMMS ở các tỷ lệ MCA/AGU: 0,5(2); 1,0(3); 2,0(4)

) u a (

ộ đ g n ờ ư C

Góc nhiễu xạ (2)

Hình 3.32. Giản đồ nhiễu xạ tia X của của JS (1) và CMJS ở các nồng độ

NaOH: 5%(2), 10%(3), 15%(4), 20%(5) (Nhiệt độ: 50oC; Thời gian: 120 phút; IPA/tinh bột: 7,5mL/g; MCA/AGU: 1,0)

3.2.2.5. Nhiệt lượng quét vi sai

Giản đồ nhiệt lượng quét vi sai (DSC) của tinh bột tự nhiên và các CMS được

trình bày trên Hình 3.33. Nhiệt độ đầu (To), nhiệt độ đỉnh (Tp), nhiệt độ cuối (Te) và khoảng chuyển nhiệt độ (Te – To) được tóm tắt trong Bảng 3.5.

68,35

CMMS - CMA/AGU 1.5

72,83

CMTS - CMA/AGU 1.0

) g / w

(

CMJS - CMA/AGU 1.0

t ệ i

CMJS - CMA/AGU 1.5

CMJS - CMA/AGU 0.5

h n g n ò D

68,24

75,24

76,27

77,28

82,34

84,06

100 110

Nhiệt độ (oC)

Hình 3.33. Giản đồ DSC của các CMS

Bảng 3.5. Nhiệt độ hồ hóa (To, Tp, Te) của các CMS

STT 1 2 3 4 5 6 7 8 Loại tinh bột MS CMMS- CMA/AGU 1,5 TS CMTS - CMA/AGU 1,0 JS CMJS - CMA/AGU 0,5 CMJS - CMA/AGU 1,0 CMJS - CMA/AGU 1,5 To (ºC) Tp (ºC) Te (ºC) T = Te-To (oC) 75,8 70,11 70,59 65,73 84,63 69,15 76,48 65,15 89,52 79,32 87,34 77,81 84,05 75,58 85,38 76,27 72,83 68,35 75,24 68,24 84,06 82,34 76,79 77,28 5,69 4,86 15,48 11,33 10,2 9,53 8,47 9,11

Giản đồ DSC trên Hình 3.33 cho thấy các mẫu CMS có nhiệt độ đỉnh (Tp), nhiệt

độ đầu (To) và khoảng chuyển nhiệt T thấp hơn so với tinh bột tự nhiên sau quá trình

carboxymetyl hóa. Sự thay đổi này có thể được giải thích là do liên kết hydro giữa các phân tử tinh bột bị suy giảm khi thay thế một phần các nhóm hydroxyl bằng nhóm carboxymetyl. Đồng thời, chính sự thay thế nhóm hydroxyl bằng nhóm carboxymetyl làm gia tăng khối lượng phân tử CMS, cho phép phân tử linh động hơn, góp phần làm giảm nhiệt độ hồ hóa của tinh bột.

Sự thay đổi nhiệt độ đỉnh Tp về phía nhiệt độ thấp đã được quan sát với sự gia

tăng DS khi thực hiện khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân MCA (tăng tỷ lệ

MCA/AGU) đến độ thế DS của sản phẩm CMJS. Từ giản đồ DSC, các CMJS tại tỷ lệ MCA/AGU = 0,5; 1,0 và 1,5 tương ứng DS = 0,38; 0,54 và 0,53 lần lượt có Tp là 82,34; 76,79 và 77,28oC cho thấy DS càng lớn thì nhiệt độ đỉnh Tp và nhiệt độ đầu To của CMS càng giảm, khoảng chuyển nhiệt cũng giảm theo. Từ kết quả khảo sát có thể thấy rằng

CMS bị hồ hóa sớm hơn và nhanh hơn so với tinh bột tự nhiên, nhiệt độ hồ hóa tỷ lệ

nghịch với giá trị DS của CMS. Hiện tượng này có thể là do trên bề mặt hạt CMS biến

tính đã bị bào mòn (CMJS và CMTS), và xuất hiện thêm các hố nhỏ giống như tổ ong (CMMS), nên cấu trúc vi tinh thể bên trong hạt dễ phân hủy khiến cho các CMS bị hồ hóa nhanh hơn tinh bột tự nhiên.

3.2.3. Tính năng của carboxymetyl tinh bột

3.2.3.1. Độ hoà tan và khả năng trương nở

Độ hòa tan và khả năng trương nở của tinh bột tự nhiên (JS, TS, MS) và CMS ở

các tỷ lệ MCA/AGU khác nhau được trình bày trong Bảng 3.6.

Bảng 3.6. Độ hoà tan và khả năng trương nở của các CMS ở 50oC

STT

Loại tinh bột

SP (g/g)

WS (%)

JS CMJS - MCA/AGU 0,5 CMJS - MCA/AGU 1,0 CMJS - MCA/AGU 1,5 TS CMTS - MCA/AGU 0,5 CMTS - MCA/AGU 1,0 CMTS - MCA/AGU 1,5 MS CMMS – MCA/AGU 0,5 CMMS - MCA/AGU 1,0 CMMS - MCA/AGU 1,5

1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 1,93 ± 0,61 3,20 ± 0,27 5,25 ± 0,82 4,82 ± 0,56 5,02 ± 0,09 3,48 ± 0,06 4,15 ± 0,23 4,08 ± 0,11 8,21 ± 0,92 9,34 ± 1,05 12,78 ± 0,17 13,04 ± 1,13 2,52 ± 1,03 8,40 ± 0,18 9,20 ± 0,13 6,95 ± 0,11 8,52 ± 0,14 15,29 ± 1,12 19,32 ± 1,07 21,07 ± 1,15 1,56 ± 0,10 4,82 ± 0,12 7,38 ± 0,08 9,53 ± 0,15

Kết quả cho thấy khả năng trương nở và độ hòa tan của các CMS đều cao hơn tinh bột tự nhiên và cũng biến thiên theo độ thế DS. Điều này được giải thích là do việc đưa nhóm carboxymetyl ở dạng muối natri (–CH2COONa) có tính ưa nước cao vào phân tử tinh bột làm tăng khả năng hòa tan của nó [149]. Các CMS có DS cao hơn, nước có thể xâm nhập vào các hạt tinh bột nhiều hơn dẫn đến khả năng trương của hạt

tinh bột tăng. Mặt khác, do được gắn thêm nhóm carboxymetyl tích điện âm làm tăng

lực đẩy tĩnh điện giữa các mạch polysaccarit của CMS làm tăng độ phân cực của tinh

bột do đó các CMS có DS lớn sẽ tan trong nước tốt hơn so với các CMS có DS nhỏ trong cùng điều kiện.

3.2.3.2. Độ nhớt

Độ nhớt của tinh bột tự nhiên (JS, TS, MS) và các CMS tạo thành ở điều kiện

1080

MS JS TS CMMS CMJS CMTS

810

540

tối ưu được trình bày trên Hình 3.34. 1350

) P c ( t ớ h n ộ Đ

270

Nhiệt độ (oC)

Hình 3.34. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt của CMS

Kết quả cho thấy quá trình carboxymetyl hóa làm giảm độ nhớt của tinh bột tự

nhiên. Hiện tượng này được giải thích là do sự tạo thành nhóm carboxymetyl hòa tan ở

dạng muối natri dễ tan trên phân tử tinh bột tự nhiên. Kết quả còn cho thấy độ nhớt tỷ lệ

nghịch với độ hòa tan, khi độ hòa tan tăng thì độ nhớt của tinh bột giảm và ngược lại.

Ngoài ra kết quả đo độ nhớt của các CMS còn cho thấy sự biến đổi độ nhớt tỷ lệ nghịch

với độ thế DS. Kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu của Rachtanapun và cộng sự trên tinh bột gạo [146].

Kết luận tiểu mục

- Điều kiện tối ưu để tổng hợp CMS là: nhiệt độ 50oC; thời gian 120 phút; tỷ lệ IPA/tinh bột 7,5 (mL/g); tỷ lệ MCA/AGU 1,0 (đối với TS và JS) và 1,5 (đối với MS); tỷ lệ NaOH/AGU 2,4. Các CMS thu được ở điều kiện tối ưu có độ thế lần lượt là 0,61

(CMJS); 0,67 (CMTS); 0,56 (CMMS).

- Bề mặt các hạt CMS bị bào mòn, trở nên thô ráp hơn, các hạt có xu hướng kết tụ thành khối khi tăng hàm lượng NaOH. Các hạt CMS vẫn giữ nguyên cấu trúc kết tinh như tinh bột tự nhiên khi nồng độ NaOH thấp. Độ kết tinh của tinh bột giảm dần và biến

mất khi tăng nồng độ NaOH.

- Độ hòa tan, khả năng trương nở, độ nhớt và nhiệt độ hồ hóa của các CMS đều phụ

thuộc vào DS. Độ hòa tan của CMS tăng mạnh so với tinh bột tự nhiên và tỷ lệ thuận với

DS, còn khả năng trương nở thì ngược lại. Độ nhớt và nhiệt độ hồ hóa của các CMS giảm

khi DS tăng.

3.3. Thủy phân tinh bột từ một số nguồn không phổ biến bằng axit

Theo tổng quan về quá trình thủy phân tinh bột bằng axit cho thấy: tác nhân axit

sử dụng thủy phân tốt nhất là axit HCl và quá trình thủy phân tinh bột trong dung môi

ancol tốt hơn trong nước do có ưu điểm là có thể tiến hành phản ứng ở nhiệt độ cao hơn

nhiệt độ hồ hoá của tinh bột và khống chế một cách dễ dàng để tạo ra các sản phẩm có mạch phân tử như mong muốn với hiệu suất thu hồi cao. Mặt khác, với định hướng thăm dò ứng dụng tinh bột thủy phân axit làm tá dược độn trong thuốc viến nén, nên

kích thước trung bình của hạt tinh bột thường lớn hơn 10m [100]. Trong ba loại tinh

bột nghiên cứu, tinh bột đậu xanh và tinh bột hạt mít thỏa mãn điều kiện kích thước hạt

trên (mục 3.1.2.2). Do đó, quá trình thủy phân tinh bột bằng axit sẽ được nghiên cứu

thực hiện trên hai nguyên liệu tinh bột đậu xanh và tinh bột hạt mít bằng tác nhân HCl trong hai dung môi là metanol và etanol.

3.3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân tinh bột

3.3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl

Để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit HCl, thực nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ 40oC, thời gian phản ứng 120 phút, tỷ lệ dung môi/tinh bột là 4 mL/g, nồng độ axit HCl thay đổi từ 2 đến 12%. Kết quả được biểu diễn trên Hình 3.35 và Hình 3.36.

Từ các số liệu thực nghiệm thấy rằng nồng độ axit HCl có ảnh hưởng rõ rệt đến

quá trình thủy phân tinh bột hạt mít và đậu xanh. Độ nhớt của tinh bột đậu xanh tự nhiên

là 1156cP và hạt mít là 835cP, sau khi thủy phân bằng HCl 2%, độ nhớt tinh bột đậu

xanh giảm đến 44cP (trong etanol) và 34cP (trong metanol), tinh bột hạt mít giảm còn

35cP (trong etanol) và 28cP (trong metanol). Như vậy, dưới tác dụng của axit độ nhớt của tinh bột đã giảm xuống hơn 20 lần so với tinh bột chưa biến tính.

HMS/EtOH HMS/MeOH HJS/EtOH HJS/MeOH

) P c ( t ớ h n ộ Đ

Nồng độ HCl (%)

100

Hình 3.35. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến độ nhớt (Nhiệt độ: 40oC; Thời gian: 120 phút; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g)

)

%

HMS/EtOH HMS/MeOH HJS/EtOH HJS/MeOH

( i ồ h u h t t ấ u s u ệ i H

8 Nồng độ HCl (%)

Hình 3.36. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến hiệu suất thu hồi (Nhiệt độ: 40oC; Thời gian: 120 phút; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g)

Trong cùng điều kiện phản ứng, độ nhớt của tinh bột đậu xanh luôn lớn hơn

tinh bột hạt mít sau khi bị thủy phân, điều này hoàn toàn phù hợp khi nguyên liệu tinh

bột đậu xanh có độ nhớt lớn hơn nhiều so với tinh bột hạt mít. Hơn nữa, theo nghiên cứu đã công bố thì tinh bột có hàm lượng amylozơ cao cho thấy khả năng bị thủy phân bằng axit thấp, trong khi những tinh bột có hàm lượng amylozơ thấp lại dễ bị thủy

phân [24, 150]. Tinh bột đậu xanh có hàm lượng amylozơ lớn hơn tinh bột hạt mít nên khả năng bị thủy phân thấp hơn tinh bột hạt mít trong cùng điều kiện, do đó độ nhớt thấp hơn.

Trong cả hai dung môi, khi tăng nồng độ axit HCl thì độ nhớt cũng như hiệu suất thu hồi sản phẩm của cả hai tinh bột giảm nhanh, và khi nồng độ axit > 8% thì độ nhớt giảm xuống rất thấp và sau đó giảm chậm lại. Việc giảm độ nhớt này có thể

được giải thích là do khi tăng tác nhân HCl làm tăng lượng H+ tấn công vào mạch tinh bột dẫn tới làm tăng khả năng cắt mạch các phân tử tinh bột, kết quả là làm giảm khối

lượng phân tử tinh bột [137]. Ngoài ra khi tăng nồng độ axit lên quá cao có thể tạo ra

sự phân cắt triệt để các phân tử tinh bột thành sản phẩm có khối lượng phân tử nhỏ dễ tan trong nước, từ đó làm giảm mạnh hiệu suất thu hồi của sản phẩm [151].

Quá trình thủy phân trong dung môi metanol đều cho hiệu suất thu hồi cao hơn

nhưng độ nhớt lại thấp hơn so với etanol. Điều này chứng tỏ rằng tinh bột bị thủy phân

trong metanol nhiều hơn trong etanol. Kết quả được giải thích rằng mạch carbon trong

metanol ngắn hơn trong etanol. Vì vậy dung môi metanol dễ dàng khuếch tán và vận chuyển ion H+ vào sâu hơn trong phân tử tinh bột và khả năng phân hủy của tinh bột cao hơn [152]. Kết quả của nghiên cứu này phù hợp với công bố của Dutta và cộng sự về ảnh

hưởng của các dung môi ancol khác nhau lên quá trình thủy phân tinh bột [24]. Thông

qua việc khảo sát nồng độ axit đến quá trình thủy phân tinh bột, nồng độ HCl 6% được lựa chọn để tiến hành những thí nghiệm tiếp theo.

3.3.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/tinh bột

HMS/EtOH HMS/MeOH HJS/EtOH HJS/MeOH

Để khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/tinh bột, thực nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ 40oC, thời gian phản ứng 120 phút, nồng độ axit HCl 6%, tỷ lệ dung môi/tinh bột thay đổi từ 3 đến 6 mL/g. Kết quả được biểu diễn trên Hình 3.37 và Hình 3.38.

) P c ( t ớ h n ộ Đ

Dung môi/ tinh bột (mL/g)

(Nhiệt độ: 40oC; Thời gian: 120 phút; Nồng độ HCl: 6%)

Hình 3.37. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/tinh bột đến độ nhớt

Kết quả thực nghiệm cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/tinh bột làm thay đổi hiệu suất thu hồi và độ nhớt của tinh bột nhưng không lớn bằng sự thay đổi khi tăng nồng

độ axit. Khi tăng tỷ lệ dung môi/tinh bột thì độ nhớt và hiệu suất thu hồi của cả hai loại tinh bột đều giảm. Điều này có thể giải thích như sau: ban đầu, tỷ lệ ancol/tinh bột thấp

thì khả năng phân tán của các hạt tinh bột không cao kèm theo việc độ nhớt của hệ cao, sự phân tán của tác nhân H+ vào mạch tinh bột sẽ không đồng đều và gặp nhiều khó khăn do đó tốc độ thuỷ phân thấp, độ nhớt của tinh bột cao. Ngược lại, khi tăng lượng dung

100

môi metanol và etanol thì khả năng phân tán của các hạt tinh bột tốt hơn, làm tăng mật độ tiếp xúc của H+ với mạch tinh bột và quá trình phân cắt mạch tinh bột tăng lên làm cho hiệu suất thu hồi giảm. Từ kết quả trên, tỷ lệ ancol/tinh bột 4 (mL/g) được lựa chọn để khảo sát các yếu tố tiếp theo.

)

%

( i ồ h u h t t ấ u s u ệ i H

HMS/EtOH HMS/MeOH HJS/EtOH HJS/MeOH

Dung môi/ tinh bột (mL/g)

Hình 3.38. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/tinh bột hiệu suất thu hồi (Nhiệt độ: 40oC; Thời gian: 120 phút; Nồng độ HCl: 6%)

3.3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng

Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, thực nghiệm được tiến hành trong thời gian

140

105

HMS/EtOH HMS/MeOH HJS/EtOH HJS/MeOH

120 phút, nồng độ axit HCl 6%, tỷ lệ dung môi/tinh bột 4 mL/g, nhiệt độ thay đổi từ 30 đến 60oC. Kết quả được biểu diễn trên Hình 3.39 và Hình 3.40.

) P c ( t ớ h n ộ Đ

Nhiệt độ (ºC)

Hình 3.39. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến độ nhớt (Nồng độ HCl: 6%; Thời gian: 120 phút; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g)

100

)

%

( i ồ h u h t t ấ u s u ệ i H

HMS/EtOH HMS/MeOH HJS/EtOH HJS/MeOH

Nhiệt độ (ºC)

Hình 3.40. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu hồi (Nồng độ HCl: 6%; Thời gian: 120 phút; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g)

Kết quả cho thấy trong cả hai dung môi, nhiệt độ có ảnh hưởng rõ ràng tới quá

trình thuỷ phân tinh bột. Khi nhiệt độ phản ứng tăng, mức độ thuỷ phân tăng lên đáng kể

dẫn đến độ nhớt của tinh bột giảm. Điều này có thể giải thích là do khi tăng nhiệt độ làm

tăng chuyển động nhiệt của xúc tác H+ và các phân tử tinh bột dẫn tới việc H+ có khả

năng khuếch tán trong toàn bộ dung dịch và thâm nhập sâu hơn vào hệ thống hạt tinh bột. Bên cạnh đó, khi tăng nhiệt độ phản ứng thì hằng số tốc độ phản ứng và tốc độ thuỷ

phân đều tăng. Hiệu suất thu hồi sản phẩm cũng giảm khi tăng nhiệt độ phản ứng, kết

quả này là do sản phẩm thuỷ phân tạo thành sẽ tan nhiều hơn ở nhiệt độ cao và làm giảm

hiệu suất thu hồi của sản phẩm. Do đó, nhiệt độ 40oC được lựa chọn để tiến hành các thí nghiệm khảo sát tiếp theo.

3.3.1.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian, thực nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ 40oC, nồng độ axit HCl 6%, tỷ lệ dung môi/tinh bột là 4 mL/g, thời gian thay đổi từ 60 đến 120

phút. Kết quả được biểu diễn trên Hình 3.41 và Hình 3.42.

HMS/EtOH HMS/MeOH HJS/EtOH HJS/MeOH

) P c ( t ớ h n ộ Đ

120

150

Thời gian (phút)

110

Hình 3.41. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ nhớt (Nồng độ HCl: 6%; Nhiệt độ: 40oC; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g)

)

100

%

( i ồ h u h t t ấ u s u ệ i H

HMS/EtOH HMS/MeOH HJS/EtOH HJS/MeOH

120

150

Thời gian (phút)

Hình 3.42. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất thu hồi (Nồng độ HCl: 6%; Nhiệt độ:40oC; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g)

Kết quả cho thấy khi kéo dài thời gian phản ứng, độ nhớt và hiệu suất thu hồi của cả hai loại tinh bột đều giảm. Trong cả hai dung môi metanol và etanol, độ nhớt của tinh bột đậu xanh sau thủy phân giảm mạnh hơn so với tinh bột hạt mít theo thời gian. Điều

này có thể do sự khác biệt về đặc điểm cấu trúc hạt tinh bột. Khi thời gian thuỷ phân càng dài thì xúc tác H+ càng có điều kiện để xâm nhập và tái xúc tác vào các vị trí bên trong mạch tinh bột nên mức độ thuỷ phân càng cao. Theo như một số nghiên cứu đã công bố thì hầu hết các loại tinh bột đều thể hiện mô hình thủy phân hai giai đoạn: tốc độ ban đầu

nhanh, tốc độ sau đó chậm hơn [24, 153].

Từ kết quả thực nghiệm, thời gian thuỷ phân thích hợp được lựa chọn là 120 phút.

3.3.2. Đặc trưng lý hóa và tính năng của tinh bột thủy phân

3.3.2.1. Hình thái học bề mặt

Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của tinh bột thủy phân được trình bày trên

Hình 3.43 và Hình 3.44. Kết quả cho thấy khi giảm dần độ phân cực của dung môi từ

a. HJS/MeOH – HCl 2%

b. HJS/EtOH – HCl 2%

c. HJS/MeOH – HCl 6 %

d. HJS/EtOH – HCl 6 %

e. HJS/MeOH – HCl 10%

f. HJS/EtOH – HCl 10%

metanol sang etanol thì mức độ biến đổi bề mặt hạt tinh bột giảm. Như vậy, các hệ dung môi với mức độ phân cực khác nhau ảnh hưởng rất lớn đến quá trình thủy phân, dung môi phân cực càng mạnh thì mức độ thủy phân càng lớn.

Hình 3.43. Ảnh SEM của HJS tại các nồng độ HCl khác nhau (Nhiệt độ: 40oC; Thời gian: 120 phút; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g; Nồng độ HCl: 2%, 6% và 10%)

a. HMS/MeOH – HCl 2%

b. HMS/EtOH – HCl 2%

c. HMS/MeOH – HCl 6 %

d. HMS/EtOH – HCl 6 %

e. HMS/MeOH – HCl 10%

f. HMS/EtOH – HCl 10%

Hình 3.44. Ảnh SEM của HMS tại các nồng độ HCl khác nhau (Nhiệt độ: 40oC; Thời gian: 120 phút; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g; Nồng độ HCl: 2%, 6% và 10%)

Ảnh SEM hạt HJS cho thấy bề mặt hạt vẫn còn nguyên vẹn, mặc dù vậy bề mặt bên ngoài không còn nhẵn như hạt tinh bột tự nhiên (Hình 3.1) mà trở nên thô ráp hơn

(Hình 3.43). Đặc biệt, khi tăng nồng độ HCl, bề mặt hạt bị bào mòn nhiều hơn, mức độ thô ráp tăng lên, số lượng các hạt kích thước nhỏ tăng. Ảnh SEM hạt HMS cho thấy số lượng các lỗ xốp và mức độ bào mòn ở bề mặt hạt tăng lên chứng tỏ mức độ thủy phân tăng khi tăng nồng độ HCl (Hình 3.44).

Ảnh hưởng của quá trình thủy phân đến hình thái học bề mặt hạt tinh bột đã được chứng minh là khác nhau tùy theo nguồn tinh bột và mức độ thủy phân. Mức độ thủy

phân thấp không làm thay đổi đáng kể hình thái dạng hạt của tinh bột [150, 154]. Quá

trình thủy phân ở nồng độ axit cao dẫn đến sự phá hủy các hạt tinh bột thành các hạt nhỏ

hơn cũng đã được công bố [140, 151].

3.3.2.2. Phân bố kích thước hạt

Đường cong phân bố kích thước hạt của tinh bột biến tính bằng HCl được biểu diễn trên Hình 3.45 và Hình 3.46. Kết quả cho thấy kích thước hạt HJS và HMS

trong dung môi metanol luôn lớn hơn trong dung môi etanol khi thực hiện trong

cùng điều kiện thủy phân; kích thước trung bình của các hạt HJS tăng khi nồng độ

HCl tăng nhưng sau đó lại giảm khi nồng độ HCl tăng lên đến 10%. Sự khác biệt về biến đổi kích thước trung bình của các hạt HJS và HMS được cho là do khác biệt về

loại hạt và cấu trúc bề mặt hạt tinh bột tự nhiên. Quá trình thuỷ phân chủ yếu diễn

ra ở lớp vỏ ngoài cùng của hạt tinh bột, làm cho lớp vỏ này xốp lên do đó làm tăng

nhẹ kích thước hạt tinh bột. Khi hàm lượng axit đủ lớn thì lớp vỏ ngoài cùng của hạt

HJS/MeOH-HCl 2%

HJS/MeOH-HCl 6%

HJS/MeOH-HCl 10%

HJS/EtOH-HCl 2%

tinh bột có thể bị thuỷ phân hoàn toàn và tách ra khỏi hạt, khi đó kích thước hạt sẽ giảm dần [137].

)

HJS/EtOH-HCl 6%

HJS/EtOH-HCl 10%

% ( q

Đường kính (µm)

(Nhiệt độ: 40oC; Thời gian: 120 phút; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g; Nồng độ HCl: 2%, 6% và 10%)

Hình 3.45. Phân bố kích thước hạt của HJS

HMS/MeOH - HCl 2%

HMS/MeOH - HCl 6%

HMS/MeOH - HCl 10%

HMS/EtOH - HCl 2%

)

HMS/EtOH - HCl 6%

%

HMS/EtOH - HCl 10%

( q

Đường kính (µm)

(Nhiệt độ: 40oC; Thời gian: 120 phút; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g; Nồng độ HCl: 2%, 6% và 10%)

Hình 3.46. Phân bố kích thước hạt của HMS

Bảng 3.7. Kết quả phân bố kích thước hạt của tinh bột thủy phân

STT

Loại tinh bột

Kích thước trung bình (m) 23,42 ± 6,37 1 MS 22,04 ± 6,76 2 HMS/MeOH - HCl 2% 21,69 ± 6,78 3 HMS/MeOH - HCl 6% 4 HMS/MeOH - HCl 10% 21,05 ± 5,95 22,19 ± 6,84 5 HMS/EtOH - HCl 2% 21,86 ± 6,99 6 HMS/EtOH - HCl 6% 21,43 ± 6,46 7 HMS/EtOH - HCl 10% 9,22 ± 3,36 8 9,42 ± 3,32 9 HJS/MeOH - HCl 6% 11,03 ± 6,3 10 HJS/MeOH - HCl 6% 10,11 ± 4,02 11 HJS/MeOH - HCl 10% 9,35 ± 3,25 12 HJS/EtOH - HCl 2% 10,3 ± 4,02 13 HJS/EtOH - HCl 6% 9,92± 3,61 14 HJS/EtOH - HCl 10%

Kích thước trên 10% hạt tích lũy (m) 14,49 14,95 14,69 14,41 15,17 14,83 14,55 5,76 5,92 6,87 5,98 5,91 6,19 6,11

Kích thước trên 90% hạt tích lũy (m) 29,43 31,66 31,30 29,37 31,93 31,67 30,40 13,82 14,28 20,68 15,86 14,11 16,05 15,02

3.3.2.3. Phổ hồng ngoại

Phổ hồng ngoại của tinh bột tự nhiên (JS và MS) và tinh bột thủy phân bằng axit

HCl trong hai dung môi metanol và etanol (HJS và HMS) được biểu diễn trên Hình 3.47 và Hình 3.48.

)

%

(

T

4000

3400

2800

2200

1600

1000

400

Số sóng (cm-1)

HJS/MeOH-HCl 2% HJS/EtOH-HCl 2%

2 4

JS HJS/MeOH-HCl 10% HJS/EtOH-HCl 10%

1 3 5

Hình 3.47. Phổ FTIR của JS và các HJS (Nhiệt độ: 40oC; Thời gian: 120 phút; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g; Nồng độ HCl: 2% và 10%)

)

%

(

T

4000

3400

2800

2200

1600

1000

400

Số sóng (cm-1)

HMS/MeOH-HCl 2% HMS/EtOH-HCl 2%

2 4

MS HMS/MeOH-HCl 10% HMS/EtOH-HCl 10%

1 3 5

(Nhiệt độ: 40oC; Thời gian:120 phút; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g; Nồng độ HCl: 2% và 10%)

Hình 3.48. Phổ FTIR của MS và các HMS

Kết quả cho thấy phổ hồng ngoại của tinh bột thủy phân hoàn toàn không khác biệt so với tinh bột tự nhiên, các phổ đều xuất hiện peak đặc cho cấu trúc của tinh bột (như đã nêu ở mục 3.1.2.3). Như vậy, các nhóm chức không bị mất đi khi thực hiện quá trình

thủy phân tinh bột, kết hợp với sự giảm độ nhớt đáng kể của tinh bột sau thủy phân có thể kết luận quá trình thủy phân chỉ xảy ra phản ứng cắt mạch tinh bột.

3.3.2.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X

Giản đồ nhiễu xạ tia X của tinh bột tự nhiên và tinh bột thủy phân axit được biểu

diễn trên Hình 3.49 và Hình 3.50.

Như đã biết, hai loại tinh bột JS và MS đều có mô hình kết tinh loại A khi cho 3 tín hiệu mạnh gần các giá trị 2 = 15o, 17o, 18o với một phản xạ phụ tại 23,1° (Mục 3.1.2.4). Giản đồ nhiễu xạ tia X của tinh bột thủy phân trong hai dung môi metanol và

etanol tại nồng độ HCl 2% và 10% cũng cho hình dạng tương tự, chứng tỏ trong điều kiện phản ứng, quá trình thuỷ phân chủ yếu diễn ra ở vùng vô định hình với thành phần

chính là amylozơ. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với các kết quả đã được công bố về

tinh bột thủy phân trong một số tài liệu [24, 150, 155]. Tuy nhiên, cường độ peak kết tinh

cho thấy sự khác biệt nhỏ đối với mẫu tinh bột tự nhiên (JS, MS) và mẫu tinh bột sau thủy phân (HJS, HMS). Cường độ peak kết tinh giảm thể hiện rõ ở vị trí 2  15o khi sử dụng tác nhân HCl ở nồng độ 10%, trong cả hai dung môi metanol và etanol.

.

) u a (

ộ đ g n ờ ư C

Góc nhiễu xạ (2)

HJS/MeOH-HCl 2% HJS/EtOH-HCl10%

JS HJS/MeOH-HCl 10% HJS/EtOH-HCl 2%

Hình 3.49. Giản đồ nhiễu xạ tia X của JS và HJS (Nhiệt độ: 40oC; Thời gian: 120 phút; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g; Nồng độ HCl: 2% và 10%)

.

) u a ( ộ đ g n ờ ư C

Góc nhiễu xạ (2)

HMS/MeOH-HCl 2% HMS/EtOH-HCl 2%

2 4

1 3 5

MS HMS/MeOH-HCl 10% HMS/EtOH-HCl 10%

Hình 3.50. Giản đồ nhiễu xạ tia X của MS và HMS (Nhiệt độ: 40oC; Thời gian: 120 phút; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g; Nồng độ HCl: 2% và 10%)

3.3.2.5. Nhiệt lượng quét vi sai

Giản đồ DSC của tinh bột hạt mít và đậu xanh thủy phân được trình bày trên Hình 3.51 và Hình 3.52. Nhiệt độ đầu (To), nhiệt độ đỉnh (Tp), nhiệt độ cuối (Te) và khoảng chuyển nhiệt độ (Te – To) được tóm tắt trong Bảng 3.8.

) g / w

(

t ệ i

76,43

75,75

h n g n ò D

73,37

73,04

72.83

105

115

75 Nhiệt độ (oC)

2 4

HMS/EtOH-HCl 6% HMS/MeOH-HCl 2%

1 3 5

MS HMS/MeOH-HCl 6% HMS/EtOH-HCl 2%

Hình 3.51. Giản đồ DSC của MS và HMS

) g / w

(

t ệ i

90,32

88,56

h n g n ò D

88,57

85,36

84,06

105

115

Nhiệt độ (oC) 2 4

HJS/MeOH - HCl 2% HJS/EtOH - HCl 6%

1 3 5

JS HJS/EtOH - HCl 2% HJS/MeOH - HCl 6%

Hình 3.52. Giản đồ DSC của JS và HJS

Bảng 3.8. Nhiệt độ hồ hóa của (To, Tp, Te) của tinh bột thủy phân

STT Loại tinh bột To (ºC) Tp (ºC) Te (ºC)

1 MS 2 HMS/MeOH - HCl 2% 3 HMS/EtOH - HCl 2% 4 HMS/MeOH - HCl 6% 5 HMS/EtOH - HCl 6% 6 7 HJS/MeOH - HCl 2% 8 HJS/EtOH - HCl 2% 9 HJS/MeOH - HCl 6% 10 HJS/EtOH - HCl 6% 70,11 69,88 69,27 69,43 69,53 79,32 78,48 76,56 78,48 76,56 72,83 73,37 73,04 76,43 75,75 84,06 85,36 88,57 90,32 88,58 T= Te-To (oC) 5,69 7,94 8,02 10,83 13,32 10,2 13,27 19,13 17,79 19,13 75,8 77,82 77,29 80,26 82,85 89,52 91,75 95,69 96,27 95,69

Có thể nhận thấy peak tỏa nhiệt trên giản đồ DSC của tinh bột tự nhiên sâu và

nhọn hơn. Khi bị thuỷ phân bằng axit, các khoảng chuyển nhiệt T được mở rộng hơn

so với tinh bột tự nhiên và theo độ tăng của nồng độ axit thủy phân. Đồng thời nhiệt độ đỉnh (Tp) tăng, trong khi đó nhiệt độ đầu (To) giảm khi tăng nồng độ HCl khi xét trong cùng một dung môi. Nhưng giá trị Tp và To cùng tăng khi thực hiện thủy phân ở cùng nồng độ HCl và dung môi chuyển từ metanol sang etanol (theo chiều tăng độ dài mạch carbon). Kết quả này có thể được giải thích là do quá trình thuỷ phân làm tăng độ kết tinh tương đối của các hạt tinh bột (do vùng vô định hình bị thuỷ phân trước), dẫn tới 82

làm tăng nhiệt độ hồ hoá của tinh bột [156]. Đồng thời, do quá trình thuỷ phân làm cắt

mạch phân tử thành những đoạn dài ngắn khác nhau tức là làm tăng tính không đồng nhất về độ dài các phân tử tinh bột, kết quả này làm khoảng chuyển nhiệt hồ hoá (T e - To) mở rộng [150]. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu được quan sát trên tinh bột khoai tây và ngô khi thủy phân trong metanol [157], tinh bột ngô sáp thủy phân trong etanol [46] và tinh bột đậu carioca thuỷ phân trong hai dung môi metanol và etanol [150].

3.3.2.6. Độ hòa tan và khả năng trương nở

100

Kết quả khảo sát độ hòa tan và khả năng trương nở của tinh bột tự nhiên và tinh bột thủy phân trong khoảng nhiệt độ từ 50 đến 90oC được trình bày trên Hình 3.53 và Hình 3.54.

)

%

( S W

Nhiệt độ (ºC)

HJS/MeOH

HJS/EtOH

HMS/MeOH

HMS/EtOH

Hình 3.53. Độ hòa tan của tinh bột thủy phân theo nhiệt độ (Nhiệt độ: 40oC; Thời gian: 120 phút; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g; Nồng độ HCl: 6%)

Kết quả cho thấy độ hòa tan và khả năng trương nở của tinh bột thủy phân đều tăng theo nhiệt độ giống như tinh bột tự nhiên. Tuy nhiên, so với tinh bột tự nhiên thì độ hòa tan của cả HMS và HJS đều tăng mạnh, đặc biệt là HJS đã tan hơn 90% ở 80oC trong khi HMS chỉ tan khoảng 50-60%. Còn khả năng trương nở thì ngược lại, các giá trị của HJS và HMS đều thấp hơn JS và MS. Kết quả này cũng được Lawal và Adegebowale công bố đối với tinh bột đậu đen thủy phân [93], Dutta và cộng sự công bố về tinh bột hạt mít thủy phân. Theo Dutta và cộng sự thì khả năng trương nở phụ thuộc chủ yếu vào liên kết amylopectin và độ hòa tan thì phụ thuộc vào liên kết amylozơ trong hạt tinh bột. Ngoài amylozơ, các mối liên kết của amylopectin bị suy yếu và dần dần bị phá vỡ khi

30,0

22,5

15,0

nhiệt độ tăng, dẫn đến tăng độ hòa tan. Dưới tác dụng của tác nhân axit, liên kết amylopectin bị phá hủy một phần nên làm giảm khả năng trương nở của hạt [24].

) g / g ( P S

7,5

0,0

70 Nhiệt độ (ºC)

MS HMS/MeOH

JS HJS/EtOH

HJS/MeOH HMS/EtOH

Hình 3.54. Khả năng trương nở của tinh bột thủy phân theo nhiệt độ (Nhiệt độ: 40oC; Thời gian: 120 phút; Dung môi/tinh bột: 4 mL/g; Nồng độ HCl: 6%)

Kết quả xác định độ hòa tan và khả năng trương nở còn cho thấy độ hòa tan của

cả HJS và HMS trong dung môi metanol luôn lớn hơn trong dung môi etanol, nhưng khả

năng trương nở của chúng trong dung môi metanol lại nhỏ hơn so với trong dung môi

etanol. Kết quả đo độ nhớt của tinh bột thủy phân bằng HCl 6% cho thấy theo chiều tăng

dần độ nhớt (theo thứ tự HJS/MeOH < HJS/EtOH < HMS/MeOH < HMS/EtOH) thì độ

hòa tan cũng giảm dần và khả năng trương nở tăng dần. Điều này chứng tỏ, dung môi metanol có độ phân cực lớn hơn etanol, nên tác nhân HCl phân ly ra nhiều H+ thuận lợi cho quá trình thủy phân hơn, dẫn đến sự phá hủy bề mặt các hạt tinh bột nhanh hơn, và H+ dễ dàng xâm nhập vào trong hạt tinh bột phá vỡ các liên kết của amylopectin làm tăng tỷ lệ amylozơ/amylopectin trong hạt tinh bột khiến cho độ hòa tan của tinh bột tăng và khả năng trương nở giảm.

Kết luận tiểu mục

- Điều kiện phù hợp để thực hiện quá trình thuỷ phân tinh bột hạt mít và đậu xanh trong dung môi ancol là: nhiệt độ 40oC; thời gian thuỷ phân 120 phút; tỷ lệ dung môi/tinh bột 4mL/g và nồng độ HCl 6%.

- Các hạt tinh bột thủy phân (HS) vẫn giữ nguyên hình dạng, nhưng bề mặt bị bào

mòn và trở nên thô ráp hơn, bề mặt hạt HMS còn xuất hiện các lỗ xốp nhỏ. Mức độ bào

mòn, thô ráp và các lỗ xốp tăng khi tăng nồng độ axit HCl và diễn ra mạnh hơn trong dung môi etanol so với metanol.

- Các hạt tinh bột vẫn giữ nguyên cấu trúc kết tinh loại A. Độ kết tinh của tinh bột

giảm dần khi tăng nồng độ axit trong quá trình thủy phân. Nhiệt độ hồ hóa và khoảng

nhiệt độ hồ hóa của tinh bột thủy phân tăng và mở rộng hơn so với tinh bột tự nhiên cùng loại. Xu hướng tương tự cũng quan sát được khi tăng nồng độ axit và khi chuyển từ dung môi etanol sang metanol.

- Độ hòa tan của HS tăng mạnh so với tinh bột tự nhiên, còn khả năng trương nở lại giảm. Cả độ hòa tan và khả năng trương nở của HS đều tăng khi tăng nhiệt độ. Độ nhớt của HS sau hồ hóa giảm mạnh so với tinh bột tự nhiên.

3.4. Oxy hóa tinh bột

Oxy hóa tinh bột bằng natri hypoclorit là phương pháp phổ biến nhất để sản xuất

tinh bột oxy hóa ở quy mô công nghiệp, tuy đạt hiệu quả cao nhưng nhược điểm là có

thể hình thành các sản phẩm phụ clo độc hại. Ngày nay, hydro peroxit là tác nhân oxy

hóa được quan tâm do không tạo ra sản phẩm phụ có hại và thân thiện với môi trường

(sản phẩm phân hủy chỉ có oxy và nước).. Ở Việt Nam, các nghiên cứu oxy hóa tinh bột

từ nguồn không phổ biến còn hạn chế, đặc biệt việc sử dụng tác nhân oxy hóa xanh như H2O2 chưa được quan tâm nhiều. Trong ba loại tinh bột nghiên cứu, tinh bột đậu xanh và tinh bột khoai môn đã được tác giả Lương Hồng Nga [112] và tác giả Nguyễn Phương

[111] nghiên cứu một cách hệ thống về biến tính oxy hóa bằng tác nhân natri hypoclorit.

Do đó, quá trình oxy hóa tinh bột bằng tác nhân natri hypoclorit sẽ được thực hiện nghiên

cứu trên nguyên liệu tinh bột hạt mít và quá trình oxy hóa tinh bột bằng tác nhân hydro peroxit sẽ được thực hiện nghiên cứu trên hai loại nguyên liệu tinh bột hạt mít và đậu xanh để làm cơ sở để lựa chọn nguyên liệu cho các ngành công nghiệp.

3.4.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa JS bằng NaClO

3.4.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ clo hoạt động

Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ clo hoạt động đến quá trình oxy hóa JS, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ 40oC, trong thời gian 90 phút, hàm lượng tinh bột 40%, nồng độ clo hoạt động thay đổi từ 1 đến 5%. Kết quả được trình bày trên Hình 3.55 và Hình 3.56 cho thấy hàm lượng nhóm carbonyl và carboxyl của tinh bột oxy hóa tăng khi tăng nồng độ clo hoạt động. Hàm lượng nhóm carboxyl tăng với tốc độ nhanh hơn nhiều so với hàm lượng carbonyl. Điều này được Sánchez-Rivera và cộng sự giải thích rằng quá trình oxy hóa thường xảy ra trong môi trường kiềm với hypochlorite,

giúp tăng cường hình thành nhóm carboxyl [74]. Khi nồng độ clo hoạt động tăng lên,

nhiều nhóm hydroxyl đang được chuyển hóa thành nhóm carbonyl tiếp tục bị oxy hóa

thành nhóm carboxyl, dẫn đến hàm lượng carboxyl cao hơn. Các yếu tố như loại tinh

bột, cấu trúc hạt tinh bột, tác nhân oxy hóa và điều kiện oxy hóa (như nồng độ chất

1,2

Carboxyl

Carbonyl

0,9

oxy hóa và thời gian phản ứng) có thể ảnh hưởng đến sự hình thành carbonyl và carboxyl [122].

)

%

(

0,6

x a C

( n a C

0,3

0,0

Clo hoạt động (%)

(Tinh bột/nước: 40%; pH: 9; nhiệt độ: 40°C; thời gian: 90 phút)

100,0

97,5

Hình 3.55. Ảnh hưởng của nồng độ clo hoạt động đến hàm lượng nhóm Cax và Can

)

%

(

95,0

H

92,5

90,0

Clo hoạt động (%)

Hình 3.56. Ảnh hưởng của nồng độ clo hoạt động đến hiệu suất thu hồi (Tinh bột/nước: 40%; pH: 9; nhiệt độ: 40°C; thời gian: 90 phút)

Ngoài ra, Hình 3.55 còn cho thấy quá trình oxy hóa tinh bột diễn ra chủ yếu trong khoảng nồng độ clo hoạt động từ 1 đến 3%. Nồng độ clo hoạt động lớn hơn 3% thì cả hàm lượng carboxyl và carbonyl thay đổi rất ít. Olatunde và cộng sự cho rằng lượng tác nhân oxy hóa còn lại chủ yếu tham gia vào quá trình cắt mạch tinh bột để tạo thành sản phẩm có khối lượng phân tử thấp có khả năng tan trong nước và dễ bị thất thoát trong

quá trình lọc rửa thu hồi [158]. Do đó hiệu suất thu hồi tinh bột oxy hóa tăng và đạt cực

trị ở nồng độ clo hoạt động 3% (Hình 3.56). Như vậy, nồng độ clo hoạt động 3% được lựa chọn để thực hiện các khảo sát tiếp theo.

3.4.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột

1,2

Carboxyl

Carbonyl

0,9

Để nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ 40oC, thời gian phản ứng 90 phút, nồng độ clo hoạt động 3%, hàm lượng tinh bột thay đổi từ 20 đến 45%. Kết quả được trình bày trên Hình 3.57 và Hình 3.58.

)

%

(

0,6

x a C

( n a C

0,3

0,0

Hàm lượng tinh bột (%)

(Clo hoạt động: 3%; pH: 9; nhiệt độ: 40°C; thời gian: 90 phút)

100,0

97,5

Hình 3.57. Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến hàm lượng nhóm Cax và Can

)

%

(

95,0

H

92,5

90,0

Hàm lượng tinh bột (%)

Hình 3.58. Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến hiệu suất thu hồi

(Clo hoạt động: 3%; pH: 9; nhiệt độ: 40°C; thời gian: 90 phút)

Kết quả cho thấy khi tăng hàm lượng tinh bột thì hàm lượng carboxyl và carbonyl tăng và đạt cực trị tại hàm lượng tinh bột là 40% (Hình 3.57). Điều này được giải thích là do tăng lượng tinh bột làm tăng khả năng tương tác giữa các hạt tinh bột

và tác nhân oxy hóa, thuận lợi cho quá trình oxy hóa nên hàm lượng nhóm carboxyl

và carbonyl tăng [76].

Khi hàm lượng tinh bột lớn hơn 40%, hỗn hợp phản ứng đặc lại dẫn đến khả năng

phân tán giảm và cản trở quá trình oxy hóa tinh bột, các nhóm hydroxyl khó chuyển hóa

thành nhóm carbonyl và carboxyl nên hàm lượng nhóm carboxyl, carbonyl và hiệu suất

thu hồi giảm (Hình 3.58). Như vậy, hàm lượng tinh bột 40% được lựa chọn để thực hiện các khảo sát tiếp theo.

3.4.1.3. Ảnh hưởng của pH

1,2

Carboxyl

Carbonyl

0,9

Để nghiên cứu ảnh hưởng của pH, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ 40oC, thời gian phản ứng 90 phút, nồng độ clo hoạt động 3%, hàm lượng tinh bột 40%, pH thay đổi từ 7 đến 11. Kết quả được trình bày trên Hình 3.59 và Hình 3.60.

)

%

(

0,6

x a C

( n a C

0,3

0,0

9 pH

100,0

97,5

Hình 3.59. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng nhóm Cax và Can (Clo hoạt động: 3%; huyền phù: 40%; nhiệt độ: 40°C; thời gian: 90 phút)

)

%

95,0

(

H

92,5

90,0

pH

Hình 3.60. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi (Clo hoạt động: 3%; huyền phù: 40%; nhiệt độ: 40°C; thời gian: 90 phút)

Kết quả cho thấy, quá trình oxy hóa tinh bột bằng natri hypoclorit ưu tiên hình

thành nhóm carboxyl và carbonyl trong môi trường kiềm hơn là trong môi trường trung

tính. Hàm lượng nhóm carboxyl cao hơn hàm lượng nhóm carbonyl trong cùng một mẫu

tinh bột oxy hóa ở cùng một điều kiện. Cả 2 giá trị này đều đạt cực đại tại pH 9 và giảm

khi tăng tính kiềm. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Sangseethong và cộng sự đối với tinh bột sắn [66].

Ngoài ra, hiệu suất thu hồi cũng đạt giá trị cao nhất tại pH 9 (Hình 3.60). Theo

nghiên cứu của Han & Lim, các liên kết hydro liên phân tử của tinh bột dễ bị phá vỡ

trong môi kiềm mạnh, đồng thời làm tăng khả năng hòa tan tinh bột trong nước. Do đó, trong quá trình lọc rửa và thu hồi sản phẩm, một lượng nhỏ tinh bột bị hòa tan và thất

thoát làm cho hiệu suất thu hồi giảm khi pH > 9. Như vậy, pH 9 là giá trị tối ưu được chọn để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tiếp theo.

3.4.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng

Để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, phản ứng được thực hiện trong thời gian

1,2

Carboxyl Carbonyl

0,9

90 phút, nồng độ clo hoạt động 3%, hàm lượng tinh bột 40%, pH 9, nhiệt độ phản ứng thay đổi từ 30 đến 70oC. Kết quả được trình bày trên Hình 3.61và Hình 3.62.

)

%

(

0,6

x a C

( n a C

0,3

0,0

Nhiệt độ (oC)

Hình 3.61. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hàm lượng nhóm Cax và Can (Clo hoạt động: 3%; huyền phù: 40%; pH: 9; thời gian: 90 phút)

100,0

97,5

)

%

95,0

(

H

92,5

90,0

Nhiệt độ (oC)

Hình 3.62. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu hồi (Clo hoạt động: 3%; huyền phù: 40%; pH: 9; thời gian: 90 phút)

Kết quả cho thấy hàm lượng nhóm carbonyl và carboxyl tăng khi tăng nhiệt độ phản

ứng, nhưng khi nhiệt độ lớn hơn 40°C thì hàm lượng cả hai nhóm đều giảm. Điều này có

thể giải thích là do ở nhiệt độ lớn hơn 40°C, một lượng lớn clo hoạt động chuyển thành khí

clo thoát khỏi môi trường phản ứng làm giảm hiệu quả quá trình oxy hóa. Nếu nhiệt độ

tăng quá cao thì hiện tượng hồ hóa sẽ xảy ra gây ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa. Kết

quả nghiên cứu này phù hợp với các công bố về tinh bột khoai tây của Fonseca và cộng sự

[76], và tinh bột cao lương của Yuniar và cộng sự [159]. Kết quả thực nghiệm còn cho thấy hiệu suất thu hồi cũng đạt cực đại tại 40oC và giảm mạnh khi nhiệt độ tăng trên 40oC, nguyên nhân có thể là do hiện tượng hồ hóa và do phản ứng oxy hóa tạo thành các sản phẩm có khối lượng phân tử nhỏ và tan trong nước nên dễ bị thất thoát trong quá trình lọc rửa thu hồi sản phẩm. Như vậy, tại 40oC quá trình oxy hóa cho kết quả tốt nhất.

3.4.1.5. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ 40oC, nồng độ clo hoạt động 3%, hàm lượng tinh bột 40%, pH 9, thời gian phản ứng thay đổi từ 30 đến 180 phút. Kết quả được trình bày trên Hình 3.63 và Hình 3.64.

Kết quả trên Hình 3.63 cho thấy hàm lượng nhóm carboxyl tăng khi kéo dài thời

gian phản ứng. Tuy nhiên, khi thời gian vượt quá 60 phút thì hàm lượng nhóm carboxyl tăng không đáng kể, các giá trị không có sự khác biệt về mặt toán học, trong khi đó, hàm lượng nhóm carbonyl giảm theo thời gian phản ứng. Điều này có thể giải thích là khi kéo dài thời gian phản ứng thì tốc độ oxy hóa tinh bột tăng nhanh do nồng độ tác nhân NaClO lớn, quá trình chuyển hóa các nhóm hydroxyl ưu tiên hình thành nhóm carboxyl. Sau 60

1,20

Carboxyl

Carbonyl

0,95

phút, nồng độ tác nhân NaClO không còn nhiều, do đó quá trình tăng hàm lượng nhóm carboxyl và giảm hàm lượng carbonyl đều không đáng kể.

)

%

(

0,70

x a C

( n a C

0,45

0,20

120

180

Thời gian (phút)

100,0

97,5

Hình 3.63. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hàm lượng nhóm Cax và Can (Clo hoạt động: 3%; huyền phù: 40%; pH: 9; nhiệt độ: 40°C)

)

%

(

95,0

H

92,5

90,0

120

180

90 Thời gian (phút)

Hình 3.64. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất thu hồi (Clo hoạt động: 3%; huyền phù: 40%; pH: 9; nhiệt độ: 40°C)

Kết quả khảo sát cũng cho thấy thời gian phản ứng tăng thì hiệu suất thu hồi sản phẩm tăng và đạt cực đại sau khoảng 90 phút. Sangseethong & Sriroth đã kết luận rằng thời gian phản ứng dài sẽ tạo thuận lợi cho tác nhân oxy hóa tham gia phản ứng cắt mạch

tinh bột tạo thành các phân tử có kích thước nhỏ dễ bị thất thoát trong quá trình lọc rửa, làm cho hiệu suất thu hồi giảm. Mặt khác, khi phân tích ANOVA, giá trị hiệu suất thu hồi tại thời gian 60 phút và 90 phút không có sự khác biệt về mặt thống kê toán học. Do đó, mốc thời gian 60 phút được coi là phù hợp cho quá trình oxy hóa tinh bột.

Như vậy, qua khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa tinh bột hạt

mít bằng natri hypoclorit thấy rằng hiệu suất thu hồi tốt nhất (98,23%) khi thực hiện ở

nhiệt độ phản ứng 40°C trong thời gian 60 phút với nồng độ clo hoạt động 3,0% và hàm

lượng tinh bột 40% tại pH 9. Hàm lượng nhóm carbonyl và carboxyl trong sản phẩm lần

lượt là 0,37% và 0,98%.

3.4.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa JS và MS bằng H2O2

3.4.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2

1,2

0,9

Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ H2O2, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ 40oC, tại pH 8, trong thời gian 90 phút, hàm lượng tinh bột 20%, nồng độ H2O2 thay đổi từ 0,5 đến 3,0%. Kết quả thực được trình bày trên Hình 3.65 và Hình 3.66.

)

%

0,6

Can - OJSH Can - OMSH Cax - OJSH Cax - OMSH

( x a C

( n a C

0,3

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0,5

Nồng độ H2O2 (%)

OJSH

OMSH

Hình 3.65. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hàm lượng nhóm Cax và Can (Hàm lượng tinh bột: 20%; pH: 8; nhiệt độ: 40oC; thời gian: 90 phút)

)

%

(

H

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Nồng độ H2O2 (%)

Hình 3.66. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hiệu suất thu hồi (Hàm lượng tinh bột: 20%; pH: 8; nhiệt độ: 40oC; thời gian: 90 phút)

Theo nghiên cứu của Sangseethong và cộng sự thì mối quan hệ giữa sự hình thành các nhóm carbonyl và carboxyl trong quá trình oxy hóa tinh bột vẫn chưa được hiểu rõ,

quá trình phản ứng oxy hóa được đề xuất theo trình tự: các nhóm hydroxyl trong phân tử

tinh bột trước tiên được oxy hóa thành các nhóm carbonyl và sau đó thành các nhóm

carboxyl. Tuy nhiên, tùy thuộc vào tác nhân oxy hóa được sử dụng và điều kiện phản

ứng mà các nhóm carbonyl hoặc carboxyl có thể được tạo thành đồng thời có chọn lọc bằng cách oxy hóa các nhóm hydroxyl tại các vị trí nhất định trên vòng glucosidic [66].

Kết quả thực nghiệm cho thấy sản phẩm tinh bột oxy hóa có hàm lượng nhóm carbonyl cao hơn hàm lượng nhóm carboxyl khi sử dụng tác nhân H2O2. Điều này có thể giải thích như sau: khi sử dụng NaClO, nhóm carbonyl đóng vai trò như một chất trung

gian, khi các nhóm carbonyl được hình thành, chúng nhanh chóng bị oxy hóa thành các nhóm carboxyl như là sản phẩm cuối cùng. Và do đó, hàm lượng nhóm carbonyl còn lại

luôn nhỏ hơn hàm lượng nhóm carboxyl trong cùng điều kiện phản ứng. Ngược với quá

trình oxy hóa bằng hypochlorite, carbonyl là nhóm chức chính được ưu tiên tạo thành khi sử dụng tác nhân peroxit. Khi có mặt xúc tác kim loại, H2O2 nhanh chóng bị phân hủy tạo thành gốc tự do hydroxyl (HO•) có khả năng phản ứng cao dễ dàng oxy hóa nhóm hydroxyl bậc 2 của tinh bột thành nhóm carbonyl (vị trí C2, C3) [160]. Ngoài ra, trong môi trường kiềm, carbohydrat có nhóm carbonyl tự do có thể tiếp tục bị oxy hóa một phần thành nhóm carboxyl [66].

Khi nồng độ H2O2 tăng thì hàm lượng nhóm carbonyl và carboxyl của tinh bột oxy hóa cũng tăng lên. Khi nồng độ H2O2 lớn hơn 2% thì hàm lượng carboxyl và carbonyl tăng nhẹ không đáng kể. Hiệu suất thu hồi tăng và đạt cực trị tại nồng độ H2O2 2% (Hình

3.65). Điều này có thể giải thích là do nồng độ H2O2 cao tạo điều kiện hình thành nhiều sản phẩm có khối lượng phân tử thấp có khả năng tan trong nước [158]. Như vậy, nồng độ H2O2 2% được lựa chọn để khảo sát các ảnh hưởng tiếp theo.

3.4.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột

Để nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ 40oC, tại pH 8, trong thời gian 90 phút, nồng độ H2O2 2%, hàm lượng tinh bột thay đổi từ 5 đến 30%. Kết quả được trình bày trên Hình 3.67 và Hình 3.68.

Kết quả trên Hình 3.67 cho thấy: khi tăng hàm lượng tinh bột thì hàm lượng nhóm carboxyl và carbonyl tăng nhưng khi hàm lượng tinh bột lớn hơn 20% thì hàm lượng

nhóm carbonyl và carboxyl tăng không đáng kể. Điều này được giải thích là do tăng hàm lượng tinh bột làm tăng khả năng tương tác giữa các hạt tinh bột và tác nhân oxy hóa tạo

thuận lợi cho quá trình oxy hóa tinh bột nên hàm lượng nhóm carboxyl, carbonyl tăng. Khi hàm lượng tinh bột lớn hơn 20% quá trình oxy hóa tăng chậm lại do giảm khả năng phân tán giữa tác nhân oxy hóa và tinh bột.

1,2

0,9

)

%

0,6

Can - OJSH Can - OMSH Cax - OJSH Cax - OMSH

( x a C

( n a C

0,3

Hàm lượng tinh bột (%)

100

Hình 3.67. Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến hàm lượng nhóm Cax và Can (Nồng độ H2O2: 2%; pH: 8; nhiệt độ: 40oC; thời gian: 90 phút)

)

%

(

OJSH

H

OMSH

Hàm lượng tinh bột (%)

Hình 3.68. Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến hiệu suất thu hồi (Nồng độ H2O2: 2%; pH: 8; nhiệt độ: 40oC; thời gian: 90 phút)

Hiệu suất thu hồi tăng khi hàm lượng tinh bột tăng, tuy nhiên khi hàm lượng tinh

bột lớn hơn 20% thì tinh bột không còn trắng mà chuyển sang màu ngà và màu vàng đậm dần. Nguyên nhân của hiện tượng này là do hình thành sản phẩm phụ Cu2O xâm nhập vào cấu trúc xoắn kép của tinh bột theo phản ứng [161]:

Cu2+ + H2O2 → Cu+ + O2∙- + 2H+ Cu2+ + O2∙- → Cu+ + O2 Cu+ + H2O2 → Cu2+ + OH∙ + OH- R-CH2OH + OH∙ → R-CHOH + H2O R-CHOH + Cu2+ → R-CHO + H+ + Cu+

2Cu+ + 2OH- → Cu2O + H2O

Hàm lượng tinh bột cao thuận lợi cho quá trình hấp phụ Cu2O vào tinh bột và một phần Cu2O bị giữ lại trong sản phẩm sau khi lọc rửa, do đó sản phẩm có màu trắng ngà và vàng đậm dần theo chiều tăng hàm lượng tinh bột. Như vậy, hàm lượng tinh bột 20% được lựa chọn để khảo sát các yếu tố tiếp theo.

3.4.2.3. Ảnh hưởng của pH

1,2

0,9

Để nghiên cứu ảnh hưởng của pH, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ 40oC, trong thời gian 90 phút, nồng độ H2O2 2%, hàm lượng tinh bột 20%, giá trị pH thay đổi từ 5 đến 10. Kết quả được trình bày trên Hình 3.69 và Hình 3.70.

)

%

0,6

Can - OJSH Can - OMSH Cax - OJSH Cax - OMSH

( x a C

( n a C

0,3

pH

Hình 3.69. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng nhóm Cax và Can (Nồng độ H2O2: 2%; hàm lượng tinh bột: 20%; nhiệt độ: 40oC; thời gian: 90 phút)

)

%

(

H

OJSH OMSH

pH

Hình 3.70. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi (Nồng độ H2O2: 2%; hàm lượng tinh bột: 20%; nhiệt độ: 40oC; thời gian: 90 phút)

Kết quả cho thấy hàm lượng nhóm carbonyl và carboxyl trong môi trường kiềm cao hơn so với môi trường trung tính và axit yếu. Theo nghiên cứu của Parovuori và cộng sự khi oxy hóa tinh bột khoai tây bằng H2O2 thì khả năng xúc tác của Cu2+ trong môi

trường axit kém hơn môi trường kiềm đây chính là nguyên nhân khi pH tăng thì hàm lượng nhóm carbonyl, carboxyl và hiệu suất thu hồi đều tăng [162].

Oxy hóa tinh bột hạt mít bằng tác nhân H2O2 cho kết quả tương tự như trong trường hợp NaClO khi đều đạt cực đại tại pH 9 ứng với cả ba giá trị hàm lượng nhóm

carbonyl, carboxyl và hiệu suất thu hồi. Do đó, pH 9 là giá trị phù hợp được chọn để khảo sát các thông số tiếp theo.

3.4.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ

1,2

0,9

Để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, phản ứng được thực hiện trong thời gian 90 phút, nồng độ H2O2 2%, hàm lượng tinh bột 20%, pH 9, nhiệt độ thay đổi từ 30 đến 60oC. Kết quả được trình bày trên Hình 3.71 và Hình 3.72.

)

%

0,6

% ( n a C

Can - OJSH Can - OMSH Cax - OJSH Cax - OMSH

( x a C

0,3

Nhiệt độ (ºC)

(Nồng độ H2O2: 2%; hàm lượng tinh bột: 20%; pH: 9; thời gian: 90 phút)

97,0

94,5

Hình 3.71. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng nhóm Cax và Can

)

%

92,0

(

H

89,5

OJSH OMSH

87,0

Nhiệt độ (ºC)

Hình 3.72. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi (Nồng độ H2O2: 2%; hàm lượng tinh bột: 20%; pH: 9; thời gian: 90 phút)

Kết quả cho thấy: Khi tăng nhiệt độ phản ứng thì hàm lượng nhóm carbonyl và carboxyl đều tăng và đạt cực đại tại nhiệt độ 40oC. Điều này có thể giải thích là khi nhiệt độ lớn hơn 40oC, phản ứng tự phân hủy H2O2 được tăng tốc (2H2O2 → 2H2O + O2), nên lượng H2O2 tham gia phản ứng giảm, dẫn đến giảm hàm lượng carbonyl và carboxyl tạo thành.

Mặt khác, khi nhiệt độ tăng quá cao thì xảy ra hiện tượng hồ hóa tinh bột gây ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa và thu hồi sản phẩm. Do đó, hiệu suất thu hồi cũng giảm dần khi tăng nhiệt độ. Nhiệt độ phản ứng 40oC là giá trị tối ưu được lựa chọn để khảo sát các yếu tố tiếp theo.

3.4.2.5. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

1,2

0,9

Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ 40oC, nồng độ H2O2 2%, hàm lượng tinh bột 20%, pH 9, thời gian thay đổi từ 30 đến 180 phút. Kết quả được trình bày trên Hình 3.73 và Hình 3.74.

)

%

0,6

( x a C

( n a C

Can - OJSH Can - OMSH Cax - OJSH Cax - OMSH

0,3

120

150

180

Thời gian (phút)

Hình 3.73. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hàm lượng nhóm Cax và Can (Nồng độ H2O2: 2%; hàm lượng tinh bột: 20%; pH: 9; nhiệt độ: 40oC)

Kết quả cho thấy hàm lượng nhóm carbonyl tăng nhanh trong khoảng 90 phút đầu và giảm nhẹ khi thời gian phản ứng tăng từ 90 đến 180 phút; trong khi đó, hàm

lượng nhóm carboxyl tăng dần theo thời gian phản ứng. Quy luật này cũng tương tự như quá trình oxy hóa tinh bột hạt mít bằng tác nhân NaClO và cũng giống với kết quả

nghiên cứu của Parovuori và cộng sự khi nghiên cứu quá trình oxy hóa tinh bột khoai tây [162] và kết quả của Sangseethong và cộng sự khi nghiên cứu oxy hóa tinh bột sắn [66]. Nguyên nhân khiến hàm lượng nhóm carbonyl giảm và hàm lượng nhóm carboxyl tăng khi thời gian thực hiện phản ứng kéo dài hơn 90 phút là do sau thời gian này hàm lượng nhóm carbonyl đủ lớn, thuận lợi cho quá trình chuyển hóa nhóm carbonyl thành

carboxyl. Như vậy, quá trình oxy hóa các nhóm hydroxyl trong phân tử tinh bột bằng

OMSH

OJSH

peroxit gần như đã hoàn thành trong 90 phút đầu.

)

%

(

H

120

150

180

Thời gian (phút)

Hình 3.74. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất thu hồi (Nồng độ H2O2: 2%; hàm lượng tinh bột: 20%; pH: 9; nhiệt độ: 40oC)

Hiệu suất thu hồi cũng tăng dần theo thời gian và đạt cực trị tại 90 phút, khi thời gian càng kéo dài thì một lượng H2O2 dư tham gia phản ứng cắt mạch amylozơ và amylopectin tạo ra các sản phẩm có khối lượng phân tử thấp dễ bị thất thoát trong quá trình lọc rửa làm giảm hiệu suất thu hồi. Do đó, thời gian 90 phút là giá trị phù hợp

được lựa chọn.

Như vậy, quá trình oxy hóa tinh bột hạt mít và đậu xanh bằng tác nhân H2O2 cho

hiệu suất thu hồi tốt nhất (92,23% đối với OMSH và 95,79% đối với OJSH) khi thực hiện ở nhiệt độ phản ứng 40°C trong thời gian 90 phút với nồng độ H2O2 2% và hàm lượng tinh bột 20% tại pH 9. Hàm lượng carbonyl - carboxyl trong sản phẩm tinh bột oxy hóa thu được lần lượt là 0,96% - 0,083% (OMSH) và 1,06% - 0,29% (OJSH).

3.4.3. Đặc trưng lý hóa của tinh bột oxy hóa

3.4.3.1. Hình thái học bề mặt

Ảnh SEM tinh bột hạt mít và đậu xanh oxy hóa bằng hai tác nhân NaClO và H2O2

được trình bày trong Hình 3.75 và Hình 3.76.

Trong khoảng nồng độ tác nhân oxy hóa được khảo sát, hình thái học bề mặt hạt tinh bột oxy hóa không cho thấy sự khác biệt đáng kể với tinh bột nguyên liệu. Điều này chứng tỏ quá trình oxy hóa chủ yếu diễn ra trên bề mặt hạt tinh bột làm thay đổi lớp vỏ ngoài của hạt tinh bột. Kết quả tương tự cũng được báo cáo đối với các loại tinh bột từ nguồn phổ biến như sắn [66], tinh bột ngô [60], tinh bột khoai tây [76, 162],... Tinh bột oxy hoá vẫn giữ được cấu trúc dạng hạt nhưng bề mặt hạt tinh bột không còn nhẵn như

tinh bột tự nhiên mà bị bào mòn nhẹ và xuất hiện những mảnh vỡ nhỏ. Những mảnh vỡ

này xuất hiện nhiều hơn trong trường hợp oxy hóa bằng H2O2 so với NaClO. Ngoài ra,

nghiên cứu của Adebowale và cộng sự lại cho thấy cấu trúc hạt tinh bột đậu kiếm oxy

hóa bị vỡ và tạo thành các hốc ở trung tâm của một số hạt [93]. Những quan sát khác

nhau này có thể là do sự khác nhau về phương pháp oxy hóa, cấu trúc hạt và độ bền của hạt tinh bột.

a. OJSH- H2O2 1,0% b.OMSH- H2O2 1,0%

c.OJSH- H2O2 2,0% d. OMSH- H2O2 2,0%

e.OJSH- H2O2 3,0% f.OMSH- H2O2 3,0%

Hình 3.75. Ảnh SEM của OJSH và OMSH ( 5000)

ở các nồng độ H2O2 khác nhau

a. OJSJ- NaClO 1,0% b OJSJ- NaClO 3,0%

c. OJSJ- NaClO 4,0% d. OJSJ- NaClO 5,0%

Hình 3.76. Ảnh SEM của OJSJ ( 5000) ở các nồng độ clo hoạt động khác nhau

3.4.3.2. Phân bố kích thước hạt

Đường cong phân bố kích thước hạt của tinh bột oxy hóa ở các giá trị nồng độ tác

OJSJ - 1% OJSJ - 3% OJSJ - 4%

nhân khác nhau được trình bày trên Hình 3.77 (OJSJ), Hình 3.78 (OJSH), Hình 3.79 (OMSH) và Bảng 3.9.

)

%

( q

100

40 Đường kính (m)

Hình 3.77. Phân bố kích thước hạt OJSJ tại các nồng độ clo hoạt động khác nhau

100

OJSH - H2O2 2%

)

OJSH - H2O2 1%

%

OJSH - H2O2 3%

( q

100

Đường kính (m)

OMSH - H2O2 2%

OMSH - H2O2 1%

OMSH - H2O2 3%

Hình 3.78. Phân bố kích thước hạt OJSH tại các nồng độ H2O2 khác nhau

)

%

( q

100

Đường kính (m)

Hình 3.79. Phân bố kích thước hạt OMSH tại các nồng độ H2O2 khác nhau

Kết quả cho thấy các đường cong phân bố kích thước hạt của OS không sai lệch

nhiều so với hạt tinh bột tự nhiên (JS và MS), tuy nhiên kích thước hạt trung bình của OS có tăng nhẹ so với kích thước hạt nguyên liệu, và tăng theo chiều tăng nồng độ tác nhân oxy hóa. Kết quả này có thể là do trong điều kiện thí nghiệm quá trình oxy hoá chủ

yếu diễn ra ở lớp vỏ ngoài cùng của hạt tinh bột, đồng thời có sự chuyển hóa nhóm hydroxyl thành nhóm carboxyl và carbonyl làm tăng kích thước hạt tinh bột bởi lực đẩy tĩnh điện.

101

Bảng 3.9. Kết quả phân bố kích thước hạt của tinh bột oxy hóa

STT

Loại tinh bột

Kích thước trên 10% hạt tích lũy (µm)

Kích thước trên 90% hạt tích lũy (µm)

Kích thước trung bình (µm)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 JS OJSJ - 1% OJSJ - 3% OJSJ - 4% OJSH - 1% OJSH - 2% OJSH - 3% MS OMSH - 1% OMSH - 2% OMSH - 3% 9,22 ± 3,36 9,67 ± 3,34 9,91 ± 3,65 10,63 ± 4,12 10,67 ± 3,79 11,12 ± 4,2 11,61 ± 4,62 23,42 ± 6,37 22,94 ± 6,82 23,6 ± 8,62 24,82 ± 10,08 5,76 6,04 6,05 6,35 6,63 6,80 6,99 14,49 15,67 15,81 16,33 13,82 14,51 15,06 16,52 16,13 17,06 18,16 29,34 32,63 35,13 38,31

3.4.3.3. Phổ hồng ngoại

Phổ hồng ngoại của tinh bột hạt mít, đậu xanh và các OS bằng hai tác nhân NaClO và H2O2 tại các nồng độ khác nhau được biểu diễn trên Hình 3.80. Về cơ bản, so với tinh bột tự nhiên thì phổ hồng ngoại của tinh bột oxy hóa không không khác

nhau nhiều, chúng đều xuất hiện các peak đặc trưng cho tinh bột (mục 3.1.2.3). Tuy

nhiên, trên phổ hồng ngoại của tinh bột oxy hóa xuất hiện peak trong khoảng lớn hơn 1700cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm carbonyl (C=O) trong khi phổ hồng ngoại của tinh bột tự nhiên (MS và JS) hoàn toàn không xuất hiện peak này. Các kết

quả phổ FTIR tương tự cũng được quan sát thấy đối với tinh bột oxy hóa tạo ra từ tinh bột chuối [74, 158], tinh bột ngô [122, 163], tinh bột đậu và tinh bột khoai tây [122].

Ngoài ra, phổ FTIR còn cho thấy OS tạo thành ở nồng độ tác nhân oxy hóa cao

ứng với tổng hàm lượng nhóm carbonyl và carboxyl cao thì có cường độ peak đặc trưng

của nhóm carbonyl lớn hơn. Điều đó có nghĩa là lượng nhóm hydroxyl tham gia liên kết hydro nội phân tử giảm đáng kể trong tinh bột oxy hóa.

102

)

OMSH - 3%

%

(

OMSH - 2%

OMSH - 1%

OJSH - 3%

OJSH - 2%

g n a u q n ề y u r t

OJSH - 1%

ộ Đ

OJSJ - 4%

OJSJ - 3%

OJSJ - 1%

3400

2400

1400

400

Số sóng (cm-1)

Hình 3.80. Phổ FTIR của JS, MS và OS ở các nồng độ tác nhân oxy hóa khác nhau

Bảng 3.10. Đặc trưng dao động hóa trị của nhóm carbonyl trong OS

STT Loại tinh bột

Số sóng đặc trưng (cm-1) 1730 1 OJSJ - 1%

2 OJSJ - 3% 1738

3 OJSJ - 4% 1757

4 OJSH - 1% 1738

5 OJSH - 2% 1715

6 OJSH - 3% 1763

7 OMSH - 1% 1735

8 OMSH - 2% 1728

9 OMSH - 3% 1726

3.4.3.4. Nhiễu xạ tia X

Giản đồ nhiễu xạ tia X của tinh bột hạt mít, đậu xanh và OS bằng hai tác nhân

oxy hóa NaClO và H2O2 tại các nồng độ khác nhau được biểu diễn trên Hình 3.81.

103

OMSH - 1%

OMSH - 2%

OMSH - 3%

) u a (

OJSH - 3%

OJSH - 2%

OJSH - 1%

ộ đ g n ờ ư C

OJSJ - 3%

OJSJ - 2%

OJSJ - 1%

Góc nhiễu xạ (2)

Hình 3.81. Giản đồ nhiễu xạ tia X của JS, MS và OS ở các nồng độ tác nhân oxy hóa khác nhau

Kết quả cho thấy không có thay đổi đáng kể nào được phát hiện trong giản đồ

nhiễu xạ tia X của tinh bột oxy hóa so với tinh bột tự nhiên. Tinh bột oxy hóa vẫn thể

hiện mô hình kết tinh kiểu A điển hình như tinh bột tự nhiên của chúng. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu đã được công bố [12, 122, 164]. Như vậy, quá

trình oxy hóa chủ yếu xảy ra ở vùng vô định hình và không làm thay đổi cấu trúc tinh thể của các hạt tinh bột.

3.4.3.5. Nhiệt lượng quét vi sai

Giản đồ DSC của tinh bột tự nhiên và tinh bột oxy hóa bằng hai tác nhân NaClO

và H2O2 được trình bày trên Hình 3.82. Nhiệt độ đầu (To), nhiệt độ đỉnh (Tp), nhiệt độ cuối (Te) và khoảng chuyển nhiệt độ (Te - To) được tóm tắt trong Bảng 3.11.

Có thể nhận thấy khi bị oxy hoá (đối với cả hai tác nhân NaClO và H2O2), các khoảng chuyển nhiệt độ thu hẹp lại khi tăng nồng độ chất oxy hoá, đồng thời nhiệt độ đỉnh (Tp) cũng giảm dần. Kết quả này có thể được giải thích là do quá trình oxy hoá làm giảm chiều dài mạch tinh bột dẫn tới làm giảm nhiệt độ hồ hoá của tinh bột.

104

11 10 9

78.06

78.19

OMSH - 3%

82.34

) g / w

(

OMSH - 1%

t ệ i

OMSH - 2%

8 7 6

OJSH - 1%

77.47

OJSH - 2%

79.63

h n g n ò D

82.69

OJSH - 3%

OJSJ - 1%

5 4 3

62.84 64.71

OJSJ - 3%

67.44

OJSJ - 4%

72.83

84.06

105

Nhiệt độ (oC)

Hình 3.82. Giản đồ DSC của JS, MS và OS

Bảng 3.11. Nhiệt độ hồ hóa của (To, Tp, Te) của tinh bột oxy hóa

STT Loại tinh bột To (ºC) Tp (ºC) Te (ºC) T= Te-To (oC)

1 JS 79,32 84,06 89,52 10,2

2 OJSJ - 1% 78,75 82,34 88,26 9,51

3 OJSJ - 3% 77,29 78,19 86,18 8,89

4 OJSJ - 4% 77,18 78,06 86,01 8,83

5 OJSH - 1% 78,79 82,69 88,37 9,58

6 OJSH - 2% 76,84 79,63 85,15 8,31

7 OJSH - 3% 74,93 77,47 83,2 8,27

8 MS 70,11 72,83 75,8 5,69

9 OMSH - 1% 67,23 67,44 72,74 5,51

10 OMSH - 2% 65,85 64,71 70,69 4,84

11 OMSH - 3% 64,38 62,84 68,97 4,59

105

3.4.5. Tính năng của tinh bột oxy hóa

3.4.5.1. Độ hoà tan và khả năng trương nở

Độ hòa tan và khả năng trương nở của tinh bột hạt mít, đậu xanh tự nhiên và tinh bột oxy hóa ở các nhiệt độ khác nhau trong khoảng từ 50 đến 90oC được trình bày trong Bảng 3.12 và Bảng 3.13.

Bảng 3.12. Độ hòa tan của JS, MS và OS ở các nhiệt độ khác nhau

Nhiệt độ (oC) JS OJSJ 3% OJSH 2% MS OMSH 2%

50 1,93 ± 0,61 7,05 ± 0,83 6,83± 0,19 2,07 ± 0,22 4,67± 1,17

60 3,16 ± 0,78 13,85 ± 1,12 11,56 ± 0,26 2,24 ± 0,21 7,45 ± 1,21

70 9,86 ± 1,73 29,06 ± 3,11 23,42 ± 1,13 9,63 ± 0,60 15,24 ± 3,11

80 20,74 ± 2,53 42,2 ± 4,25 39,34± 1,91 18,33 ± 1,32 29,18 ± 4,25

90 28,06 ± 3,71 55,91 ± 5,19 47,64± 3,02 22,71 ± 1,84 38,58 ± 5,19

Bảng 3.13. Khả năng trương nở của JS, MS và OS ở các nhiệt độ khác nhau

Nhiệt độ (oC) JS OJSJ 3% OJSH 2% MS OMSH 2%

50 2,52 ± 1,03 4,52 ± 0,46 4,35 ± 0,21 1,57 ± 0,58 3,61 ± 1,17

60 5,06 ± 1,87 10,28 ± 0,53 8,97 ± 1,21 2,24 ± 0,72 5,53 ± 1,21

70 19,36 ± 2,63 32,53 ± 1,36 26,03 ± 3,11 9,63 ± 0,95 13,34 ± 3,11

80 42,84 ± 5,21 51,32 ± 3,07 46,88 ± 4,25 18,33 ± 1,32 22,87 ± 4,25

90 61,79 ± 7,33 68,78 ± 3,54 64,24 ± 5,19 22,71 ± 1,84 28,39 ± 5,19

Kết quả cho thấy nhiệt độ ảnh hưởng nhiều đến độ hòa tan và khả năng trương nở của tinh bột tự nhiên và tinh bột oxy hóa. Ở nhiệt độ dưới 60oC, độ hòa tan và khả năng trương nở của cả tinh bột tự nhiên và tinh bột oxy hóa đều thấp và tăng nhẹ khi tăng nhiệt độ. Nhưng khi nhiệt độ lớn hơn 60oC, cả hai giá trị này đều tăng rất nhanh. Tinh bột hạt mít oxy hóa bởi NaClO (JOJS) có độ hòa tan lớn hơn so với tinh bột oxy hóa bởi H2O2. Kết quả này có sự tương đồng với các loại tinh bột oxy hóa khác đã nghiên cứu trước đây [58, 161, 163]. Độ hòa tan và khả năng trương nở phụ thuộc vào

cấu trúc hạt tinh bột. Khi tinh bột được hồ hóa, cấu trúc bán tinh thể của các phân tử

bị phá vỡ. Các phân tử nước hình thành liên kết hydro với các nhóm hydroxyl trong amylozơ và amylopectin làm suy yếu liên kết nội phân tử, tăng khả năng trương nở và độ hòa tan của tinh bột [165]. Ngoài ra, theo Halal và cộng sự thì khả năng trương nở và độ hòa tan của tinh bột phụ thuộc vào hàm lượng nhóm carboxyl. Các nhóm

carboxyl tăng làm tăng tính ưa nước của tinh bột và cũng tạo điều kiện cho các phân

106

tử nước tiếp cận đến các vùng vô định hình của tinh bột, phá vỡ cấu trúc nội bào và phá vỡ liên kết hydro nội phân tử [166].

3.4.5.2. Độ nhớt

1400

1120

MS JS OMSH 2% OJSH 2% OJSJ3%

840

560

Kết quả khảo sát độ nhớt của tinh bột hạt mít, đậu xanh tự nhiên và tinh bột oxy hóa ở các nhiệt độ khác nhau trong khoảng từ 50 đến 90oC được biểu diễn trên đồ thị Hình 3.83.

) P c ( t ớ h n ộ Đ

280

Nhiệt độ (oC)

Hình 3.83. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt của OS

Kết quả cho thấy tại cùng nhiệt độ khảo sát, độ nhớt của tinh bột oxy hóa đều thấp

hơn rất nhiều so với tinh bột tự nhiên cùng loại và khi hạ nhiệt độ của tinh bột hồ hóa thì

độ nhớt của tất cả các loại tinh bột đều tăng. Tuy nhiên tính ổn định độ nhớt theo nhiệt

độ của tinh bột oxy hóa cao hơn tinh bột tự nhiên. Tinh bột oxy hóa có độ nhớt giảm so

với tinh bột tự nhiên được cho là do mạch tinh bột tự nhiên bị phân cắt thành các đoạn mạch ngắn có kích thước phân tử nhỏ.

Kết luận tiểu mục

- Quá trình oxy hóa tinh bột hạt mít bằng natri hypoclorit cho hiệu suất thu hồi

cao nhất (98,23%) khi thực hiện ở nhiệt độ 40°C trong thời gian 60 phút với nồng độ clo hoạt động 3% và hàm lượng tinh bột 40% tại pH 9. Hàm lượng carbonyl và carboxyl trong sản phẩm lần lượt là 0,37% và 0,98%.

- Quá trình oxy hóa tinh bột hạt mít và đậu xanh bằng H2O2 cho hiệu suất thu hồi cao nhất (92,23% đối với OMSH và 95,79% đối với OJSH) khi thực hiện ở nhiệt độ 40°C trong thời gian 90 phút với nồng độ H2O2 2% và hàm lượng tinh bột 20% tại pH 9. Hàm lượng carbonyl - carboxyl trong sản phẩm lần lượt là 0,96% - 0,083% (OMSH) và 1,06% - 0,29% (OJSH).

107

- Các hạt OS vẫn giữ nguyên cấu trúc kết tinh như tinh bột tự nhiên nhưng hình

thái hạt đã thay đổi rất nhiều, bề mặt bị bào mòn và xuất hiện những mảnh vỡ nhỏ khi tăng nồng độ tác nhân oxy hóa.

- Độ hòa tan, khả năng trương nở của OS đều tăng so với tinh bột tự nhiên cùng loại

ở cùng một nhiệt độ, hai giá trị này đều tăng khi nhiệt độ tăng. Độ nhớt và nhiệt độ hồ hóa của OS giảm so với tinh bột tự nhiên và khi tăng nồng độ tác nhân oxy hóa.

3.5. Thăm dò ứng dụng tinh bột biến tính từ các nguồn không phổ biến làm tá dược trong bào chế thuốc viên nén

Tá dược là thành phần dược phẩm trơ về mặt dược lý hoặc sinh học được sử dụng trong công thức bào chế cùng với các thành phần hoạt chất khác của thuốc. Tùy

thuộc vào các thành phần hoạt chất có tác dụng dược lý mà công thức bào chế thuốc

cần phải có các loại tá dược phục vụ một mục đích cụ thể (ví dụ, chất kết dính, chất

phân hủy, điều chỉnh độ pH...) để có hiệu quả thích hợp của dạng thuốc. Tá dược cũng

có thể ảnh hưởng tới khả năng giải phóng và hấp thu của dược chất trong cơ thể tức

là ảnh hưởng đến đáp ứng lâm sàng của thuốc. Tá dược cũng có ích cho các quá trình

sản xuất, pha chế thuốc như làm tăng độ hòa tan của thuốc, làm tăng tính chất trơn chảy của hạt thuốc (dập viên, đóng nang), tá dược còn đóng vai trò quan trọng trong

độ ổn định của thuốc (dược chất, dạng bào chế) giúp thuốc đạt được tuổi thọ như mong muốn [167].

3.5.1. Thăm dò ứng dụng HMS làm tá dược độn

Trong bào chế thuốc viên nén, tinh bột biến tính ứng dụng làm tá được độn chủ

yếu là tinh bột ngô thủy phân dưới tên thương phẩm là maltodextrin hoặc lycatab.

Dựa trên tiêu chuẩn dược điển Việt Nam V cho thấy các sản phẩm HJS và HMS tạo

thành trong dung môi etanol có sự tương đồng gần với tinh bột ngô thủy phân làm tá

dược độn về mức độ hòa tan, khả năng trương nở và độ nhớt. Tuy nhiên, do HMS có

kích thước hạt tinh bột gần với tinh bột ngô thủy phân hơn nên HMS tạo thành trong dung môi etanol được lựa chọn để tiến hành thử nghiệm thay thế một phần tá dược độn trong thuốc viên nén paracetamon.

3.5.1.1. Đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của HMS

Sau khi nghiên cứu xác định được điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp tinh bột thủy phân từ tinh bột đậu xanh, tiến hành tổng hợp mẫu với khối lượng 1kg/mẻ phản ứng và phân tích chất lượng HMS tạo thành theo các tiêu chuẩn tá dược độn cho bào chế dược phẩm. Kết quả kiểm tra một số chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của HMS được trình bày trong Bảng 3.14 cho thấy HMS có độ ẩm thấp, hàm lượng clorua và tro sunfat rất nhỏ, đặc biệt

108

là kim loại nặng và các vi khuẩn hoàn toàn không có. Điều này chứng tỏ HMS đạt tiêu chuẩn sử dụng làm tá dược trong thuốc viên nén.

Bảng 3.14. Kết quả xác định một số chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của HMS

STT Chỉ tiêu áp dụng Kết quả Yêu cầu cần đạt(*)

Bột màu trắng ngà Bột màu trắng ngà 1 Cảm quan

2 pH 6,7 2,0 - 8,0

3 Clorua (%) 0,08 < 0,2

4 Độ ẩm (%) 7,8 < 13,0

5 Kim loại nặng (ppm) - < 20

6 Tro sunfat (%) 0,14 < 0,5

7 Salmonella - -

(-): Không phát hiện

(*): Theo Dược điển Việt Nam V

8 Escherichia coli - -

3.5.1.2. Thiết lập công thức bào chế và đánh giá chất lượng viên nén

Trên cơ sở công thức bào chế viên nén paracetamol thành phẩm trên thị trường,

thay thế tá dược độn Lycatab DSH bằng HMS. Tiến hành bào chế viên nén theo phương pháp tạo hạt khô với công thức tính cho một viên được trình bày trong Bảng 3.15.

Bảng 3.15. Công thức bào chế viên nén paracetamol thay thế tá dược độn

Paracetamol thương phẩm Paracetamol thay thế HMS STT Thành phần Hàm lượng (mg) Thành phần Hàm lượng (mg)

500 Paracetamol 500 1 Paracetamol

2 Explotab 30 Explotab 30

3 Lycatab DSH 15 HMS 15

4 Kollidon R 90F 30 Kollidon R 90F 30

5 Etanol (96%) Vừa đủ Etanol (96%) Vừa đủ

6 Talc 12 Talc 12

7 Magie stearat 1 Magie stearat 1

Tất cả các viên nén được đánh giá chất lượng theo tiêu chuẩn và phương pháp thử của Dược điển Việt Nam V bao gồm đánh giá cảm quan, độ đồng đều khối lượng, độ hoà tan, độ cứng. Kết quả được trình bày trong Bảng 3.16.

109

Bảng 3.16. Kết quả đánh giá chất lượng viên nén sử dụng HMS làm tá dược độn

Đặc điểm, giá trị viên nén paracetamol

Đánh giá(*)

STT

Tính chất

HMS

Lycatab DSH

Cảm quan

Đạt

Viên có màu trắng kem, bề mặt viên đồng nhất, cạnh thành viên lành lặn

96,5 ± 0,6

95,8 ± 0,4

Độ cứng của viên (N)

Độ cứng tương đương với Lycatab thương phẩm

600,08 ± 12,21

603,72 ± 11,39

Đạt (<5% so với khối lượng trung bình)

Độ đồng đều khối lượng (%)

(Lệch 2,03% so với khối lượng trung bình)

(Lệch 1,89% so với khối lượng trung bình)

Độ hoà tan

Tan hoàn toàn

Tan hoàn toàn Đạt ( 75% số viên tan hoàn tàn trong 45 phút)

(*): Đạt yêu cầu của Dược điển Việt Nam V

Kết quả đánh giá chất lượng viên nén paracetamol cho thấy: 2 mẫu viên nén

paracetamol đều đạt yêu cầu Dược điển Việt Nam về đánh giá cảm quan, các tiêu chí về

độ cứng, độ đồng đều khối lượng và độ hòa tan có chất lượng tương đương và đều đạt yêu

cầu của Dược điển Việt Nam V. Do đó, có thể kết luận rằng HMS có thể dùng thay thế Lycatab DHS nhập ngoại trong kỹ thuật bào chế viên nén.

3.5.2. Thăm dò ứng dụng CMJS làm tá dược rã

Trong bào chế thuốc viên nén, tinh bột biến tính ứng dụng làm tá dược rã chủ

yếu là carboxymetylat tinh bột khoai tây dưới tên thương phẩm là Explotab. Dựa trên

tiêu chuẩn dược điển Việt Nam V cho thấy trong ba sản phẩm CMS có CMJS tương đồng nhiều nhất với carboxymetylat tinh bột khoai tây về độ thế DS, mức độ hòa tan, khả năng trương nở, độ nhớt và kích thước hạt. Do đó, CMJS được lựa chọn để tiến

hành nghiên cứu thử nghiệm thay thế một phần tá dược rã trong thuốc viên nén paracetamon.

3.5.2.1. Đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của CMJS

Sau khi nghiên cứu xác định được điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp carboxymetyl tinh bột từ tinh bột hạt mít, tiến hành tổng hợp mẫu với khối lượng 1kg/mẻ

phản ứng và phân tích chất lượng CMJS tạo thành theo các tiêu chuẩn tá dược rã cho bào

110

chế dược phẩm. Kết quả kiểm tra một số chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của CMJS được trình bày trong Bảng 3.17.

Bảng 3.17. Kết quả xác định một số chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của CMJS

STT Chỉ tiêu Yêu cầu cần đạt(*) Hàm lượng

Độ ẩm (%) 1 9,87 ± 0,31 < 13

Natri (%) 2 3,812 ± 0,012 < 4,2

Sắt (ppm) 3 1,218 ± 0,0014 < 20

4 Kim loại nặng (ppm) - < 20

5 Mất khi nung (%) 2,20 ± 0,12 <10

6 Escherichia coli - -

(-): không phát hiện

(*): Theo Dược điển Việt Nam V

7 Salmonella species - -

Kết quả trong Bảng 3.17 cho thấy CMJS có độ ẩm thấp đặc biệt là kim loại nặng

và vi khuẩn hoàn toàn không có. Điều này chứng tỏ CMJS đạt tiêu chuẩn sử dụng làm tá dược trong thuốc viên nén.

3.5.2.2. Đánh giá một số tính chất của tá dược

CMJS được sử dụng thay thế tá dược rã trong bào chế viên nén paracetamol. Mẫu

tá dược thương phẩm nhập khẩu được sử dụng để so sánh là carboxymetyl tinh bột của

Nhật Bản (CMNS) và tá dược explotab thương phẩm (BASF Pharma). Kết quả xác định độ trơn chảy, chỉ số Carr, độ thấm ướt của ba loại tá dược được trình bày ở Bảng 3.18.

Bảng 3.18. Kết quả xác định một số tính chất chính của CMS làm tá dược

STT

Tính chất

CMJS

Explotab

CMNS

Độ trơn chảy (g/s)

Chỉ số Carr

22,14

20,98

23,59

Độ thấm ướt (giây)

Khả năng trương nở (%)

5,25

4,82

5,18

Kết quả cho thấy CMJS có độ trơn chảy kém hơn so với tá dược explotab nhưng

lại tốt hơn mẫu CMNS của Nhật. Kết quả xác định chỉ số Carr cho thấy cả ba mẫu đều nằm trong giới hạn cho phép (21 - 25). Độ thấm ướt và khả năng trương nở của CMJS tương đương với 2 mẫu đối chứng. Các chỉ tiêu chất lượng cơ bản cho thấy mẫu CMJS đáp ứng yêu cầu sử dụng làm tá dược rã.

111

3.5.2.4. Thiết lập công thức bào chế và đánh giá chất lượng viên nén

Trên cơ sở công thức bào chế viên nén paracetamol thành phẩm trên thị trường,

thay thế tá dược rã Explotab bằng CMJS và tá dược thương phẩm CMNS. Tiến hành

bào chế viên nén theo phương pháp tạo hạt khô với công thức tính cho một viên được

trình bày trong Bảng 3.19. Tất cả các viên nén được đánh giá chất lượng theo tiêu chuẩn và phương pháp thử của Dược điển Việt Nam V bao gồm đánh giá cảm quan, độ đồng

đều khối lượng, độ đồng đều hàm lượng và độ rã. Kết quả được trình bày trong Bảng 3.20.

Bảng 3.19. Công thức viên nén paracetamol thay thế tá dược rã

Paracetamol thương phẩm

Paracetamol thay thế CMS

STT

Thành phần

Hàm lượng (mg)

Thành phần

Hàm lượng(mg)

Paracetamol

500

Paracetamol

500

2 Explotab

30 CMS

30

Lycatab DSH

Kollidon R 90F

Etanol (96%)

Vừa đủ

Etanol (96%)

Vừa đủ

Talc

Magie stearat

Bảng 3.20. Kết quả đánh giá chất lượng viên nén sử dụng CMJS làm tá dược rã

Đặc điểm, giá trị viên nén paracetamol

STT

Chỉ tiêu

Đánh giá(*)

CMJS

Explotab

CMNS

Viên có màu trắng kem, bề mặt viên đồng

Cảm quan

Đạt

nhất, cạnh thành viên lành lặn

Đạt (<5% so

Độ đồng đều

602,65 ± 10,99

600,28 ± 8,34

590,77 ± 11,46

(Lệch 1,82%)

(Lệch 1,39%)

(Lệch 1,94%)

khối lượng (mg)

với khối lượng trung bình).

98,40 - 102,83 94,25 - 109,11 92,96 - 105,42

Độ đồng đều hàm lượng (%)

Đạt (85 - 115% hàm lượng trung bình)

8'25'' - 13'48'' 8'86'' - 12'75'' 9'83'' - 13'54''

4 Độ rã (phút)

Đạt (tan hoàn toàn)

(*): Đạt yêu cầu của DĐVN

Kết quả đánh giá chất lượng viên nén paracetamol cho thấy: 3 mẫu viên nén paracetamol đều đạt yêu cầu Dược điển Việt Nam về đánh giá cảm quan, các tiêu chí về độ đồng đều khối lượng, độ đồng đều hàm lượng và độ rã có chất lượng tương đương và

112

đều đạt yêu cầu của Dược điển Việt Nam V. Do đó, có thể kết luận rằng CMJS có chất

lượng tương đương với hai tá dược thương phẩm CMNS và explotab, đồng thời có thể thay thế các loại tá dược rã này trong kỹ thuật bào chế viên nén.

Kết luận tiểu mục

- Kết quả phân tích và đánh giá các chỉ tiêu chất lượng chủ yếu theo tiêu chuẩn tá dược độn (đối với HMS) và tá dược rã (đối với CMJS) cho thấy cả hai loại tinh bột này đều đạt tiêu chuẩn sử dụng làm tá dược trong thuốc viên nén.

- Sản phẩm HMS có chất lượng tương đương Lycatab DHS và có thể dùng thay

thế Lycatab DHS trong kỹ thuật bào chế viên nén.

- Sản phẩm CMJS có chất lượng tương đương với hai tá dược thương phẩm là

CMNS và Explotab, đồng thời có thể thay thế các loại tá dược rã nhập ngoại trong kỹ thuật bào chế viên nén.

113

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

I. CÁC KẾT QUẢ CHÍNH CỦA LUẬN ÁN

1. Hiệu suất tách và thu hồi tinh bột từ các nguồn không phổ biến là hạt mít, đậu xanh và

khoai môn lần lượt là 36,26 % (JS), 32,60 % (MS) và 49,57 % (TS). Ba loại tinh bột thu nhận có tính tương đồng cao với nguyên liệu tinh bột sắn truyền thống.

2. Carboxymetyl hóa tinh bột từ một số nguồn không phổ biến

(CMJS); 0,67 (CMTS); 0,56 (CMMS).

- Các hạt CMS đã thay đổi rất nhiều so với các hạt tinh bột tự nhiên, kích thước hạt

tăng theo giá trị độ thế DS. Độ hòa tan của CMS tăng mạnh so với tinh bột tự nhiên và

tỷ lệ thuận với DS, còn khả năng trương nở thì ngược lại. Độ nhớt và nhiệt độ hồ hóa của

các CMS giảm khi DS tăng.

3. Thủy phân tinh bột hạt mít và đậu xanh bằng axit HCl

- Các hạt HS vẫn giữ nguyên hình dạng, nhưng bề mặt bị bào mòn và trở nên thô

ráp hơn, cấu trúc kết tinh không thay đổi (loại A). Nhiệt độ hồ hóa và khoảng nhiệt độ

hồ hóa của HS tăng và mở rộng hơn so với tinh bột tự nhiên cùng loại. So với tinh bột tự nhiên, độ hòa tan của HS tăng trong khi khả năng trương nở và độ nhớt giảm mạnh.

4. Oxy hóa tinh bột bằng NaClO và H2O2

- Oxy hóa JS bằng tác nhân NaClO cho hiệu suất thu hồi cao nhất là 98,23% ở điều

kiện tối ưu (nhiệt độ 40°C; thời gian 60 phút; nồng độ clo hoạt động 3%; hàm lượng tinh bột 40%; pH 9), hàm lượng carbonyl và carboxyl trong sản phẩm OS thu được lần lượt là 0,37% và 0,98%. Oxy hóa JS và MS bằng tác nhân H2O2 cho hiệu suất thu hồi tốt nhất là 92,23% (đối với MS) và 95,79% (đối với JS) ở điều kiện tối ưu (nhiệt độ 40°C;

thời gian 90 phút; nồng độ H2O2 2%; hàm lượng tinh bột 20%; pH 9), hàm lượng carbonyl - carboxyl trong sản phẩm OS thu được lần lượt là 0,96% - 0,083% (OMSH) và 1,06% - 0,29% (OJSH).

- Các hạt OS vẫn giữ nguyên cấu trúc kết tinh như tinh bột tự nhiên nhưng bề mặt hạt bị bào mòn và xuất hiện những mảnh vỡ nhỏ khi tăng nồng độ tác nhân oxy

hóa. Độ hòa tan, khả năng trương nở của OS đều tăng so với tinh bột tự nhiên cùng loại

114

5. Hai loại tinh bột biến tính HMS và CMJS được phân tích và đánh giá các chỉ tiêu chất

lượng chủ yếu theo tiêu chuẩn Dược điển châu Âu đều đạt tiêu chuẩn sử dụng làm tá

dược trong thuốc viên nén. Kết quả thăm dò thử nghiệm HMS và CMJS làm tá dược cho thấy hai loại tinh bột này có chất lượng tương đương với tá dược thương phẩm và có thể dùng thay thế tá dược nhập ngoại trong kỹ thuật bào chế viên nén.

II. KIẾN NGHỊ

Với mục tiêu nâng cao giá trị nguồn nguyên liệu tinh bột không phổ biến vốn rất

nhiều tiềm năng, những nội dung cần được tiếp tục nghiên cứu trong thời gian tới:

- Tiếp tục nghiên cứu các tính năng khác của tinh bột biến tính từ các nguồn

không phổ biến như: độ hấp thụ dầu, độ bền gel, độ bền lạnh đông tan giá, độ phồng

nở… làm cơ sở để ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, vật liệu cho công nghệ giấy và keo dán…

- Xây dựng và hoàn thiện quy trình công nghệ chế tạo một số sản phẩm tinh bột

biến tính từ nguồn không phổ biến (như carboxymetyl tinh bột hạt mít, tinh bột đậu xanh

thủy phân axit) quy mô pilot để sản xuất tá dược thay thế cho tá dược thương phẩm nhập ngoại.

115

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

1. Tinh bột từ một số nguyên liệu không phổ biến là hạt mít, đậu xanh, khoai môn đã

được thu nhận với độ tinh khiết cao, chất lượng tương đương với tinh bột sắn là một nguồn nguyên liệu truyền thống.

2. Nghiên cứu một cách có hệ thống quá trình biến tính hóa học (carboxymetyl hóa, thủy

phân, oxy hóa) ba loại tinh bột ít phổ biến là hạt mít, đậu xanh và khoai môn bao gồm các nội dung: tách và thu nhận, tìm điều kiện tối ưu, nghiên cứu các đặc trưng lý hóa,

tính năng và thăm dò ứng dụng. Các kết quả thu được cho thấy các loại tinh bột này là những nguồn nguyên liệu tiềm năng có thể thay thế các loại tinh bột truyền thống (tinh

bột sắn, ngô, gạo...) để ứng dụng trong các ngành công nghiệp như thực phẩm, dược phẩm, giấy, keo dán,...

3. Tinh bột hạt mít carboxymetyl và tinh bột đậu xanh thủy phân axit được nghiên cứu trong luận án đã chứng minh được khả năng thay thế tá dược độn và tá dược rã thương

phẩm trong bào chế thuốc viên nén. Đặc biệt, nâng cao giá trị nguồn nguyên liệu hạt mít – vốn chỉ được coi là phế phụ phẩm thải loại.

116

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. Lê Thị Hồng Thuý, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Văn Khôi, Vũ Thị Hường, Nguyễn Thị Anh Thư, Nguyễn Thị Lương (2019), “Một số đặc tính hóa lý của tinh bột carboxymethyl tổng hợp từ tinh bột hạt mít”, Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, 9, p.75-80.

2. Nguyen Thanh Tung, Le Thi Hong Thuy, Giang Đinh Trung, Hoang Thi Van An, Nguyen Van Khoi (2019), “Some physicochemical and functional properties of native and modified starch isolated from jackfruit seeds”, Vietnam J. Chem, 57(4e3,4), p.410- 415.

3. Lê Thị Hồng Thuý, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Văn Khôi, Lê Nguyễn Phương Thanh, Nguyễn Quỳnh Như, Nguyễn Thị Thảo, Hồ Thị Thu Thảo (2019), “Ảnh hưởng của nồng độ natri hydroxide đến đặc trưng tính chất tinh bột hạt mít cacboxymethyl”, Tạp chí Hóa học, 57(6E1,2), p.108-112.

4. Lê Thị Hồng Thúy, Giang Đình Trung, Hoàng Thị Vân An, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Văn Khôi (2019), ”Biến tính tinh bột đậu xanh bằng axit trong dung môi ancol”, Tạp chí Hóa học, 57(6E1,2), p.431-435.

5. Le Thi Hong Thuy, Nguyen Hoc Thang, Nguyen Van Khoi, Nguyen Thi Luong, Nguyen Thanh Tung (2020), “Effect of HCl-Alcoholic Treatment on the Modification of Jackfruit (Artocarpus heterophyllus Lam) Seed Starch”, Materials Science Forum, 991, p.150-156, Scopus, Q3, IF 0.48.

6. Lê Thị Hồng Thuý, Nguyễn Thị Huệ Chi, Huỳnh Thị Anh Thư , Bùi Vương Thịnh, Nguyễn Thị Lương, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn Thanh Tùng (2020), “Oxy hóa tinh bột hạt mít sử dụng tác nhân natri hypochlorite: ảnh hưởng của điều kiện phản ứng”, Tạp chí Khoa học công nghệ và Thực phẩm, 20(2), p.120-130.

7. Le Thi Hong Thuy, Le Nguyen Phuong Thanh, Nguyen Quynh Nhu, Nguyen Thi Thao, Ho Thi Thu Thao, Nguyen Thi Luong, Nguyen Van Khoi, Nguyen Thanh Tung (2020), Evaluation of reaction conditions for carboxymethylation of mung bean starch using monochloroacetic acid, Journal of Science Technology & Food, 20(3), p.37-46. 8. Nguyen Thanh Tung, Le Thi Hong Thuy, Nguyen Thi Luong, Nguyen Van Khoi, Pham Thi Thu Ha, Nguyen Hoc Thang (2021), “The molecular structural transformation of jackfruit seed starch in hydrogen peroxide oxidation condition”, Journal of the Indian Chemical Society, 98(11), 100192, SCIE, Q4, IF 0.243.

117

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Ádina L. Santana M.A.A.M. (2014), "New starches are the trend for industry

applications: A Review", Food and Public Health, 4, 229–241.

2. Bello Perez L. A, Agama–Acevedo E. (2017), Starch–Based materials in food

packaging – Chapter 1: Starch, Academic Press publishing, London, p. 1–18.

3. Jack Preiss (2018), Starch in food – Chapter 1: Plant starch synthesis, Andre´Gerhard

Wolff Publishing, United States, p. 1–15.

4. Research and Markets (2020), Food starch market by raw material type and end user: Global opportunity analysis and industry forecast: 2019–2026. https://www. researchandmarkets. com/reports/5019905

5. Starch Europe (2020), European starch industry. https://starch.eu/the-european-starch-

industry.

6. Reportlinker (2020), Global Starch Industry. https://www.reportlinker.com/p05485

911/?utm_source=GNW.

7. FAO (2020), Value of Agricultural Production, http://www.fao.org/faostat/en/?#

data/QV

8. Nguyễn Hồng Tín (2017), Tổng quan về Ô nhiễm Nông nghiệp ở Việt Nam: Ngành

trồng trọt, Ban Môi trường và Nông nghiệp của Ngân hàng thế giới, tr. 10–12.

9. Nguyễn Văn Khôi (2007), Polyme ưa nước hóa học và ứng dụng - Chương 6. Tinh bột

biến tính,. NXB Hà Nội, tr. 167–200.

10. Yongfeng Ai, Jay-lin Jane (2018), Starch in food – Chapter 3: Understanding starch

structure and functionality, Andre´Gerhard Wolff Publishing, United States, p. 153– 159.

11. Lê Ngọc Tú (2007), Hóa học thực phẩm,. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

12. Olayinka O.O., Adebowale K.O., Olu-Owolabi I.B. (2013), "Physicochemical properties, morphological and X-ray pattern of chemically modified white sorghum starch. (Bicolor-Moench)", Journal of Food Science and Technology, 50, 70–77.

13. Wei C., Qin F., Zhou W., Yu H., Xu B., Chen C, Zhu L., Wang Y., Gu M., Lui Q. (2010), "Granule structure and distribution of allomorphs in C-type high-amylose rice starch granule modified by antisense RNA inhibition of starch branching enzyme", J. Agric. Food Chem., 58, 11946–11954.

118

14. Barron C., Buleon A., Colonna P., della Valle G. (2020), "Structural modifications of

to high thermomechanical processing",

low hydrated pea starch subjected Carbohydrate Polymers, 43, 171–181.

15. Braga M.E.M., Moreschi S.R.M., Meireles M.A.A. (2006), "Effects of supercritical

fluid extraction on Curcuma longa L. and Zingiber officinale R. starches", Carbohydrate Polymers, 63(3), 340–346.

16. Sebio L., Chang Y. K. (2000), “Effects of selected process parameters in extrusion of

yam flour (Dioscorea rotundata) on physicochemical properties of the extrudates”, Die Nahrung, 44(2), 96–101.

17. Yuan Y., Zhang L., Dai Y., Yu J. (2007), "Physicochemical properties of starch obtained from Dioscorea nipponica Makino comparison with other tuber starches", Journal of Food Engineering, 82(4), 436–442.

18. Tran Phuong Lan, Nguyen Dang Hai Dang, Do Viet Ha, Kim Young-Lim, Park Sung

Hoon, Yoo Sang-Ho, Leee Suyong, Kim Yong-Ro (2015), "Physicochemical

properties of native and partially gelatinized high-amylose jackfruit (Artocarpus

heterophyllus Lam.) seed starch", LWT - Food Science and Technology, 62(2),1091– 1098.

19. Waghmare R., Memon N., Gat Y., Gandhi S., Kumar V., Panghal A. (2018), "Jackfruit

seed: an accompaniment to functional foods", Brazilian Journal of Food Technology, 22, 2018207.

20. Ornanong S. Kittipongpatana., Nisit Kittipongpatana (2011), "Preparation and

physicochemical properties of modified jackfruit starches", LWT – Food Science and Technology, 44(8), 1766–1773.

21. Rengsutthi K., Charoenrein S. (2011), "Physico-chemical properties of jackfruit seed

starch (Artocarpus heterophyllus) and its application as a thickener and stabilizer in chilli sauce", LWT - Food Science and Technology, 44,1309–1313

22. Naknaen P., Tobkaew W., Chaichaleom S. (2016), "Properties of jackfruit seed starch

oxidized with different levels of sodium hypochlorite", International Journal of Food Properties, 20,979–996.

23. Tulyathan V., Tananuwong K., Songjinda P., Jaiboon N. (2002), "Some physicochemical properties of jackfruit (Artocarpus heterophyllus Lam) seed flour and starch", ScienceAsia, 28(1), 37–41.

24. Dutta H., Paul S.K., Kalita D., Mahanta C.L. (2011), "Effect of acid concentration and treatment time on acid–alcohol modified jackfruit seed starch properties", Food Chemistry, 128(2), 284–291.

119

25. Phrukwiwattanakul P., Wichienchotand S., Sirivongpaisal P. (2014), "Comparative

studies on physico-chemical properties of starches from jackfruit seed and mung bean", International Journal of Food Properties, 17(9), 1965–1976.

26. Nisit Kittipongpatana, Janta Suwakon, Ornanong Kittipongpatana (2011), “Preparation

of cross–linked carboxymethyl jackfrui starch and evaluation as a tablet disintegrant”, Pakistan Journal of Pharmaceutical Sciences, 24(4), 415–420.

27. Trinh Thi My Duyen, Nguyen Thi Mai Huong, Nguyen Thi Lan Phi, Pham Van Hung

(2020), "Physicochemical properties and in vitro digestibility of mung-bean starches varying amylose contents under citric acid and hydrothermal treatments", International Journal of Biological Macromolecules, 164, 651–658.

28. Nguyen Thi Mai Huong, Phan Ngoc Hoa, Pham Van Hung (2021), "Effects of

microwave treatments and retrogradation on molecular crystalline structure and in vitro digestibility of debranched mung-bean starches", International Journal of Biological Macromolecules, 190, 904–910.

29. Abdel-Rahman E.S.A., El-Fishawy F.A., El-Geddawy M.A., Kurz T., El–Rify M. N.

(2008), "Isolation and physico-chemical characterization of mung bean starches", International Journal of Food Engineering, 4(1), 1–9.

30. Hoover R., Li Y.X., Hynes G., Senanayake N. (1997), "Physicochemical

characterization of mung bean starch", Food Hydrocolloids, 11(4), 401–408.

31. Liu W., Shen Q. (2007), "Studies on the physicochemical properties of mung bean

starch from sour liquid processing and centrifugation", Journal of Food Engineering, 79(1), 358–363.

32. Israkarn K., Hongsprabhas P. (2007), "Influences of granule-associated proteins on

physicochemical properties of mungbean and cassava starches", Carbohydrate Polymers, 68(2), 314–322.

33. Sitanggang A.B., Sani P., Mastuti T.S. (2000), Modification of mung bean starch by annealing treatment and acetylation. In Proceedings of the 2nd SEAFAST International Seminar – 2nd SIS, ISBN 978–989–758–466–4, p. 10–19.

34. Nagar C.K., Dash S.K., Rayaguru K., Pal U. S., Nedunchezhiyan M. (2021), "Isolation,

characterization, modification and uses of taro starch: A review", International Journal of Biological Macromolecules, 192, 574–589.

35. Pachuau L., Dutta R.S., Devi T. B., Deka D., Hauzel L. (2018), "Taro starch (Colocasia esculenta) and citric acid modified taro starch as tablet disintegrating agents", International Journal of Biological Macromolecules, 118(Pt A), 397–405.

120

36. Zeng F.K., Liu H., Liu G. (2014), "Physicochemical properties of starch extracted from

Colocasia esculenta (L.) Schott (Bun-long taro) grown in Hunan, China", Starch - Stärke, 66(1), 142–148.

37. Sweedman M.C., Tizzotti M.J., Schäfer C., Gilbert R.G. (2013), "Structure and

physicochemical properties of octenyl succinic anhydride modified starches: A review", Carbohydrate Polymers, 92(1), 905–920.

38. Shujun W., Jinglin Y., Wenyuan G. (2007), "Granule structural changes in native

Chinese Yam (Dioscorea opposita Thunb var. Anguo) starch during acid hydrolysis", Carbohydrate Polymers, 69(2), 286–292.

39. Chen Y.F., Kaur L., Singh J. (2018), "Chemical Modification of Starch", Starch in

Food: Structure, Function and Applications: Second Edition, 283–321

40. Singh V., Ali S.Z. (2000), "Acid degradation of starch. The effect of acid and starch

type", Carbohydrate Polymers, 41(2), 191–195.

41. Thirathumthavorn D., Charoenrein S. (2005), "Thermal and pasting properties of acid-

treated rice starches", Starch - Stärke, 57,217–222.

42. Atichokudomchai N., Varavinit S., Chinachoti P. (2002), Gelatinization

transitions of acid–modified tapioca starches by differential scanning calorimetry (DSC), Starch – Stärke, 54(7), 296–302.

43. Chang Y.H., Lin J.H., Pan C.L. (2010), "Type and concentration of acid on solubility

and molecular size of acid-methanol-treated rice starches differing in amylose content", Carbohydrate Polymers, 79(3), 762–768.

44. Chung Y.L., Lai H.M. (2006), "Molecular and granular characteristics of corn starch modified by HCl-methanol at different temperatures", Carbohydrate Polymers, 63(4), 527–534.

45. Stojanović Ž., Jeremić K., Jovanović S., Lechner M.D. (2005), "A comparison of some

methods for the determination of the degree of substitution of carboxymethyl starch", Starch - Stärke, 57(2), 79–83.

46. Chang Y., Lin J., Lii C. (2004), "Effect of ethanol concentration on the

physicochemical properties of waxy corn starch treated by hydrochloric acid",. Carbohydrate Polymers, 57(1), 89–96.

47. Atichokudomchai N., Shobsngob S., Varavinit S. (2000), "Morphological properties

of acid- modified tapioca starch", Starch – Stärke, 52(8-9), 283–289.

121

48. Lin J.H., Chang Y.H. (2006), "Molecular degradation rate of rice and corn starches

during acid-methanol treatment and its relation to the molecular structure of starch", Journal of Agricultural and Food Chemistry, 54(16), 5880–5886.

49. Mukerjea R., Slocum G., Robyt J.F. (2007), "Determination of the maximum water

solubility of eight native starches and the solubility of their acidic-methanol and - ethanol modified analogues", Carbohydrate Research, 342, 103–110.

50. Yiu P.H., Loh S.L., Rajan A., Wong S. C. (2008), "Physiochemical properties of sago

starch modified by acid treatment in alcohol", American Journal of Applied Sciences, 5(4), 307–311.

51. Ngô Tiến Hiển, Nguyễn Thị Minh Hạnh (2007), "Sản xuất maltooligosacharit giàu maltotrioza từ tinh bột sắn bằng phương pháp enzyme", Viện Công nghiệp thực phẩm.

52. Singh S. K., Singh N., Lim S. (2007), "A comparison of native and acid thinned

normal and waxy corn starches: Physicochemical, thermal, morphological and pasting properties", Food Science and Technology, 40(9), 1527–1536.

53. Puchongkavarin H., Bergthaller W., Shobsngob S., Varavinit S. (2003),

"Characterization and utilization of acid-modified rice starches for use pharmaceutical tablet compression", Starch - Staerke, 55(10), 464–475.

54. Kerfa M.D., Mondelaersb W., Lahorteb P., Vervaet C., Remon J. P. (2019),

"Characterization and disintegration properties of irradiated starch", International Journal of Pharmaceutics, 221(1-2), 69–76.

55. Li B., Wang L. Li D., Chiu Y. L., Zhang Z., Shi J., Chen X. D., Mao Z. (2009),

"Physical properties and loading capacity of starch-based microparticles crosslinked with trisodium trimetaphosphate", Journal of Food Engineering, 92(3), 255–260.

56. Atichokudomchai N., Varavinit S. (2003), "Characterization and utilization of acid-

modified cross-linked tapioca starch in pharmaceutical tablets", Carbohydrate Polymers, 53(3), 263–270.

57. Chattopadhyay S., Singhal R.S., Kulkarni P.R. (1997), "Optimisation of conditions of synthesis of oxidised starch from corn and amaranth for use in film-forming applications", Carbohydrate Polymers, 34(4), 203–212.

58. Kuakpetoon D., Wang Y.J. (2001), "Characterization of different starches oxidized by

hypochlorite", Starch - Staerke, 53(5), 211–218.

59. Kuakpetoon D., Wang Y.J. (2008), "Locations of hypochlorite oxidation in corn

starches varying in amylose content", Carbohydrate Research, 343(1), 90–100.

122

60. Wang Y.-J., Wang L. (2003), "Physicochemical properties of common and waxy corn

starches oxidized by different levels of sodium hypochlorite", Carbohydrate Polymers, 52, 207–217.

61. Tolvanen P., Sorokin A., Mäki-Arvela P., Murzin D. U., Salmi T. (2013), "Oxidation of starch by H2O2 in the presence of iron tetrasulfophthalocyanine catalyst: The effect of catalyst concentration, ph, solid–liquid ratio, and origin of starch”, Industrial And Engineering Chemistry Research, 52, 9351–9358.

62. Zhang S.D., Zhang Y.R., Wang X.L., Wang Y.Z. (2009), "High carbonyl content oxidized starch prepared by hydrogen peroxide and its thermoplastic application", Starch - Stärke, 61(11), 646–655.

63. Tolvanen P., Mäki-Arvela P., Sorokin A.B., Salmi T., Murzina D. Y. (2009), "Kinetics

of starch oxidation using hydrogen peroxide as an environmentally friendly oxidant and an iron complex as a catalyst", Chemical Engineering Journal, 154(1-3), 52–59.

64. Yu Y., Wang Y. nan, Ding W., Zhou J., Shi B. (2017), "Preparation of highly-oxidized

starch using hydrogen peroxide and its application as a novel ligand for zirconium tanning of leather", Carbohydrate Polymers, 174, 823–829.

65. El-Sheikh M.A., Ramadan M.A., El-Shafie A. (2010), "Photo-oxidation of rice starch.

Part I: Using hydrogen peroxide", Carbohydrate Polymers, 80(1), 266–269.

66. Sangseethong K., Termvejsayanon N., Sriroth K. (2010), "Characterization of

physicochemical properties of hypochlorite and peroxide-oxidized cassava starches", Carbohydrate Polymers, 82, 446–453.

67. Wongsagon R., Shobsngob S., Varavinit S. (2005), "Preparation and physicochemical

properties of dialdehyde tapioca starch", Starch - Starke, 57(3-4), 166–172.

68. Chan H.T., Bhat R., Karim A.A. (2009), "Physicochemical and functional properties

of ozone-oxidized starch", Journal of Agricultural and Food Chemistry, 57(13), 5965– 5970.

69. Klein B., Vanier N.L., Moomand K., Pinto V. Z., Colussi R., Zavareze E. R, Dias A. R. G. (2014), "Ozone oxidation of cassava starch in aqueous solution at different pH", Food Chemistry, 155, 167–173.

70. Oladebeye A.O., Oshodi A.A., Amoo I.A., Karim A.A. (2013), "Functional, thermal and molecular behaviours of ozone-oxidised cocoyam and yam starches", Food Chemistry, 141(2), 1416–1423.

71. An H.J., King J.M. (2009), "Using Ozonation and Amino Acids to Change Pasting

Properties of Rice Starch", Journal of Food Science, 74(3), 278–283.

123

72. Sandhu K.S., Kaur M., Singh N., Lim S.T. (2008), "A comparison of native and

oxidized normal and waxy corn starches: Physicochemical, thermal, morphological and pasting properties", LWT - Food Science and Technology, 41(6), 1000–1010.

73. Jansson A., Järnström L. (2005), "Barrier and mechanical properties of modified

starches", Cellulose, 12, 423–433.

74. Sánchez-Rivera M.M., García-Suárez F.J.L., Velázquez Del Valle M. (2005), "Partial

characterization of banana starches oxidized by different levels of sodium hypochlorite", Carbohydrate Polymers, 62(1), 50–56.

75. Mathew S., Adlercreutz P. (2009), "Mediator facilitated, laccase catalysed oxidation of granular potato starch and the physico-chemical characterisation of the oxidized products", Bioresource Technology, 100(14), 3576–3584.

76. Fonseca L. M , Gonçalves J. R., Halal S. L. M., Pinto V. Z., Dias A. R. G., Jacques A.

C., Zavareze E. (2015), "Oxidation of potato starch with different sodium hypochlorite

concentrations and its effect on biodegradable films", LWT - Food Science and Technology, 60(2), 714–720.

77. Akarsu S., Dolaz M. (2009), “Synthesis, characterization and application of

carboxymethyl potato starch obtained from waste”, Cellulose Chemistry and Technolog, 53(1-2), 35–45.

78. Zhang X., Liu X., Li W. (2003), "Synthesis and applied properties of carboxymethyl

cornstarch", Journal of Applied Polymer Science, 89(11), 3016–3020.

79. Volkert B., Loth F., Lazik W., Engelhardt J. (2004), "Highly substituted carboxymethyl

starch", Starch - Staerke, 56(7), 307–314.

80. Wang L.F., Pan S.Y., Hu H., et al (2010), "Synthesis and properties of carboxymethyl

kudzu root starch", Carbohydrate Polymers, 80(1), 174–179.

81. Tijsen C.J., Voncken R.M., Beenackers A.A.C.M. (2001), "Design of a continuous

process for the production of highly substituted granular carboxymethyl starch", Chemical Engineering Science, 56(2), 411–418.

82. Bi Y., Liu M., Wu L., Cui D. (2008), "Synthesis of carboxymethyl potato starch and

comparison of optimal reaction conditions from different sources", Polymers for Advanced Technologies, 19(9), 1185–1192.

83. Lawal O.S., Lechner M.D., Hartmann B., Kulicke W.M. (2007), "Carboxymethyl cocoyam starch: Synthesis, characterisation and influence of reaction parameters", Starch - Staerke, 59(5), 224–233.

124

84. Yanli W., Wenyuan G., Xia L. (2009), "Carboxymethyl Chinese yam starch: synthesis,

characterization, and influence of reaction parameters", Carbohydrate Research, 344(113), 1764–1769.

85. Kooijman L.M., Ganzeveld K.J., Manurung R.M., Heeres H.J. (2003), "Experimental

studies on the carboxymethylation of arrowroot starch in isopropanol-water media", Starch - Staerke, 55(11), 495–503.

86. Tijsen C.J., Kolk H.J., Stamhuis E.J., Beenackers A.A.C.M. (2001), "An experimental

study on the carboxymethylation of granular potato starch in non-aqueous media", Carbohydrate Polymers, 45(3), 219–226.

87. Bi Y., Liu M., Wu L., Cui D. (2009), "Optimization of preparation conditions of carboxymethyl potato starch through orthogonal experimental design", Journal of Applied Polymer Science, 113(1), 24–33.

88. Heß C., Hartmann B., Lechner M.D., Nierling W. (2007), "Influence of soluble

polymer residues in crosslinked carboxymethyl starch on some physical properties of its hydrogels", Starch - Staerke, 59(9), 423–429.

89. Sangseethong K., Ketsilp S., Sriroth K. (2005), "The Role of reaction parameters on

the preparation and properties of carboxymethyl cassava starch", Starch - Stärke, 57(2), 84–93.

90. Sitohy M., Hassanien M.F.R. (2001), "Granular Properties of different starch

phosphate monoesters", Starch - Starke, 53(1), 27–34.

91. Nakano T., Salvador A.S., Tamochi J., et al (2003), "Phosphorylation of starch and

dextrin by dry-heating in the presence of phosphate, and their calcium phosphate- solubilizing ability", Nahrung, 47(4), 274–278.

92. Sung J. H., Park D. P., Park B. J., Sugimoto Y., Ibrahim H. R., Toba Y., Aoe S.,

its

Kawakami H., Aoki T. (2005), "Phosphorylation of potato starch and electrorheological suspension", Biomacromolecules, 6(4), 2182–2188.

93. Lawal O.S., Adebowale K.O. (2005), "Physicochemical characteristics and thermal properties of chemically modified jack bean (Canavalia ensiformis) starch", Carbohydrate Polymers, 60(3), 331–341.

94. Lawal O.S. (2004), "Succinyl and acetyl starch derivatives of a hybrid maize: physicochemical characteristics and retrogradation properties monitored by differential scanning calorimetry", Carbohydrate Research, 339(16), 2673–2682.

95. Xu Y., Miladinov V., Hanna M.A. (2004), "Synthesis and characterization of starch

acetates with high substitution", Cereal Chemistry, 81(6), 735–740.

125

96. Garcia M.A.V.T., Garcia C.F., Faraco A.A.G. (2020), "Pharmaceutical and biomedical

applications of native and modified starch: A Review", Starch - Stärke, 72(7-8, 1900270.

97. Paul J. Sheskey, Bruno C. Hancock, Gary P. Moss, David J. Goldfarb. (2020), Handbook of pharmaceutical excipients Ninth edition, Pharmaceutical Press, London

98. Adetunji O.A. (2019), Chemical properties of starch – Chapter: Chemically modified

starches as excipients in pharmaceutical dosage forms, Licensee Intech Open publishing.

99. Builders P.F., Arhewoh M.I. (2016), "Pharmaceutical applications of native starch in

conventional drug delivery", Starch/Staerke, 68(9-10), 864–873.

100. Khalid G. M. (2017), “Modified starch and its potentials as excipient in pharmaceutical formulations”, Novel Approaches in Drug Designing & Development, 1(1), 1–4.

101. Lefnaoui S., Moulai-Mostefa N. (2015), "Synthesis and evaluation of the structural and

physicochemical properties of carboxymethyl pregelatinized starch as a pharmaceutical excipient", Saudi Pharmaceutical Journal, 23(6), 698–711.

102. Hoàng Ngọc Hùng (2003), "Nghiên cứu khả năng ứng dụng làm tá dược viên nén của

tinh bột biến tính", Tạp chí Dược học, 12,19–22

103. Sarmin M., Chowdhury A.R. (2014), "Isolation of starch from a non-conventional

source (Jackfruit seeds ) as an alternative to conventional starch for pharmaceutical and food industries, Biology, 10(4), 117-121.

104. Alcázar-Alay S.C., Meireles M.A.A. (2015), "Physicochemical properties,

modifications and applications of starches from different botanical sources", Food Science and Technology, 35(2), 215–236.

105. Ashwar B.A., Gani A., Shah A., Wani I. S., Masoodi F. A. (2016), "Preparation, health

benefits and applications of resistant starch - A review", Starch - Stärke, 68(3-4), 287– 301.

106. Ortega-Toro R., Bonilla J., Talens P., Chiralt A. (2018), Starch - Based materials in food packaging - Chapter 9: Future of Starch-Based Materials in Food Packaging Starch, Academic Press publishing, London, p. 257-285.

107. Trương Thi Minh Hạnh, Nguyễn Thị Hoài Tâm (2005), "Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến hình tinh bột bằng phương pháp acid", Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 2, 64–72.

108. Nguyen Van Khoi, Nguyen Kim Hung, Nguyen Quang Huy (2008), "Modification of

tapioca starch by hydrochloric acid for pharmaceutical applications", Proceedings of

126

International Scienctific Conference on Chemistry for Development and Integration, p. 909–915.

109. Trương Thị Minh Hạnh, Tạ Thị Tố Quyên (2006), "Nghiên cứu ứng dụng tinh bột biến

hình bằng phương pháp oxy hoá vào sản xuất bánh phồng tôm", Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn, 2, 35–37.

110. Nguyen Quang Huy, Pham Thi Thu Ha, Hoang Tuan Hung, Nguyen Thanh Tung

(2003), "Oxidation of tapioca starch by sodium hypochlorite", Vietnamese Journal of Chemistry, 41, 127–140.

111. Nguyễn Phương (2010), Nghiên cứu tính chất, công nghệ sản xuất bột, tinh bột khoai môn sọ (Colocasia Esculenta (L.) Schott) và khả năng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, Luận án Tiến sỹ, Đại học Bách khoa Hà Nội.

112. Lương Hồng Nga (2010), Nghiên cứu thu nhận, một số tính chất của tinh bột đậu xanh (Vigna radiata) và khả năng ứng dụng, Luận án Tiến sỹ,. Đại học Bách khoa Hà Nội.

113. Trương Thi Minh Hạnh, Nguyễn Thị Hoài Tâm (2006), "Nghiên cứu các yếu tố ảnh

hưởng đến quá trình biến hình tinh bột bằng phương pháp phosphoryl hoá", Hội nghị

Khoa học lần thứ 20- Đại học Bách khoa Hà Nội, Phân ban: Công nghệ Sinh học- Thực phẩm, tr.75–79.

114. Hồ Sĩ Tráng (2006), ""Khả năng phản ứng đồng trùng hợp ghép acrylonitril và

acrylonitril- comonome/tinh bột sắn", Hoá học và ứng dụng, 8, 38–41.

115. Hồ Sĩ Tráng, Nguyễn Ngọc Thắng (2006), "Ảnh hưởng của quá trình xử lý sơ bộ tinh

bột lên phản ứng đồng trùng hợp ghép metyl acrylat và hỗn hợp acrylonitril- metyl acrylat/ tinh bột", Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 57, 119–122.

116. Ngô Đại Quang, Trương Thị Tố Chinh, Trần Tuấn Anh (2007), "Nghiên cứu điều chế

tinh bột acetate từ tinh bột sắn làm tá dược", Tuyển tập các công trình Hội nghị Khoa

học và Công nghệ hoá học hữu cơ toàn quốc lần thứ tư - Hội Hoá học Việt Nam, tr.184- 190.

117. Vũ Thị Ngọc Bích (2013), Nghiên cứu biến tính tinh bột từ dong riềng, khoai lang và ứng dụng trong sản xuất một số thực phẩm, Luận án Tiến sỹ, Đại học Bách khoa Hà Nội

118. Trần Hữu Dũng (2012), Nghiên cứu chế biến khẩu phần ăn chứa tinh bột củ mài trong hỗ trợ điều trị bệnh nhân đái tháo đường tại Quảng Bình, Đề tài NCKH cấp tỉnh, Quảng Bình.

119. Pham Van Hung, Nguyen Thi Huyen My, Nguyen Thi Lan Phi (2014), "Impact of acid and heat–moisture treatment combination on physicochemical characteristics and

127

resistant starch contents of sweet potato and yam starches", Starch - Stärke, 66(11-12), 1013–1021.

120. Chang Y.H., Lin C.L., Chen J.C. (2006), "Characteristics of mung bean starch isolated

by using lactic acid fermentation solution as the steeping liquor", Food Chemistry, 99(4), 794–802.

121. Chang Y.H., Lin J.H., Chang S.Y. (2006), "Physicochemical properties of waxy and

normal corn starches treated in different anhydrous alcohols with hydrochloric acid", Food Hydrocolloids, 20(2-3), 332–339.

122. Zhang Y.R., Wang X.L., Zhao G.M., Wang Y.Z. (2012), "Preparation and properties of oxidized starch with high degree of oxidation", Carbohydrate Polymers, 87(4), 2554–2562.

123. Kim S., Willett J.L. (2004), "Isolation of amylose from starch solutions by phase

separation", Starch - Stärke, 56(1), 29–36.

124. Spychaj T., Zdanowicz M., Kujawa J., Schmidt B. (2013), "Carboxymethyl starch with

high degree of substitution: Synthesis, properties and application", Polymers, 58(7-8), 501–511.

125. Schirmer M., Höchstötter A., Jekle M., Arendt E., Beckera T. (2013), "Physicochemical

characterization of different starches with variable

and morphological amylose/amylopectin ratio", Food Hydrocolloids, 32(1), 52–63.

126. Cano A., Jiménez A., Cháfer M., Gónzalez C., Chiralt C. (2014), "Effect of

amylose:amylopectin ratio and rice bran addition on starch films properties", Carbohydrate Polymers, 111, 543–555.

127. Souza A.C., Benze R., Ferrão E.S., Ditchfield C., Vieira-Coelho A., Tadini C. C.

(2012), "Cassava starch biodegradable films: Influence of glycerol and clay

tensile and barrier properties and glass transition

nanoparticles content on temperature", LWT - Food Science and Technology, 46(1), 110–117.

128. Phrukwiwattanakul P., Wichienchotand S., Sirivongpaisal P. (2014), "Comparative studies on physico-chemical properties of starches from jackfruit seed and mung bean", International Journal of Food Properties, 17(9), 1965–1976.

129. Trinh Thi My Duyen, Nguyen Thi Mai Huong, Nguyen Thi Lan Phi, Pham Van Hung (2020), "Physicochemical properties and in vitro digestibility of mung-bean starches varying amylose contents under citric acid and hydrothermal treatments", Macromolecules, 164(1), 651 – 658.

128

130. Tattiyakul J., Asavasaksakul S., Pradipasena P. (2006), "Chemical and physical

properties of flour extracted from taro Colocasia esculenta (L.) Schott grown in different regions of Thailand", ScienceAsia, 32(3), 279–284

131. Martins A., Beninca C., Bet C.D.(2020), "Ultrasonic modification of purple taro starch

(Colocasia esculenta B. Tini): structural, psychochemical and thermal properties", Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 142, 819–828.

132. Andrade L.A., Barbosa N.A., Pereira J. (2017), "Extraction and properties of starches from the non-traditional vegetables Yam and Taro", Polimeros, 27(2), 151–157.

133. Lindeboom N., Chang P.R., Tyler R.T. (2004), "Analytical, biochemical and physicochemical aspects of starch granule size, with emphasis on small granule starches: A Review", Starch - Stärke, 56(3-4), 89–99.

134. Wei M., Andersson R., Xie G., Salehi S., Boström D., Xiong S. (2018), "Properties of Cassava Stem Starch Being a New Starch Resource", Starch - Stärke, 70(5-6), 1700125

135. Warren F.J., Gidley M.J., Flanagan B.M. (2016), "Infrared spectroscopy as a tool to

characterise starch ordered structure - A joint FTIR-ATR, NMR, XRD and DSC study", Carbohydrate Polymers, 139, 35–42.

136. Chauhan G.S., Sharma P., Bains G.S. (2007), "Effect of extrusion cooking on X-ray

diffraction characteristics of rice and rice–legume blends", International Journal of Food Properties, 6(1), 127–133.

137. Pratiwi M., Faridah D.N., Lioe H.N. (2018), "Structural changes to starch after acid

hydrolysis, debranching, autoclaving-cooling cycles, and heat moisture treatment (HMT): A review", Starch - Stärke, 70(1-2), 1700028.

138. Tattiyakul J., Naksriarporn T., Pradipasena P. (2012), "X-ray diffraction pattern and

functional properties of dioscorea hispida dennst starch hydrothermally modified at different temperatures", Food and Bioprocess Technology, 5, 964–971.

139. Ho Minh Thao, Noomhorm A. (2011), "Physiochemical properties of sweet potato and mung bean starch and their blends for noodle production”, Journal of Food Processing and Technology, 2(1), 105- 131.

140. Genkina N.K., Kiseleva V.I., Noda T. (2009), "Comparative investigation on acid hydrolysis of sweet potato starches with different amylopectin chain-length", Starch - Stärke, 61(6), 321–325.

141. Singh N., Singh J., Kaur L., Kaur L., Sodhi N. S., Gill B. S. (2003), "Morphological, thermal and rheological properties of starches from different botanical sources", Food Chemistry, 81(2), 219–231.

129

142. Kusumayanti H., Handayani N.A., Santosa H. (2015), "Swelling power and water

solubility of cassava and sweet potatoes flour", Procedia Environmental Sciences, 23, 164–167

143. Kumoro A.C., Retnowati D.S., Budiyati C.S. (2012), "Water solubility, swelling and

gelatinization properties of raw and ginger oil modified gadung (Dioscorea hispida dennst) flour", Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, 4(17), 2854–2860.

144. Song C.G., Baik M.Y., Kim B.Y. (2013), "Rheological properties of native maize, waxy maize, and acetylated maize starches, and applications in the development of

food products", Journal of the Korean Society for Applied Biological Chemistry, 56, 63–68.

145. Lawal O.S., Lechner M.D., Kulicke W.M. (2008), "The synthesis conditions, characterizations and thermal degradation studies of an etherified starch from an unconventional source", Polymer Degradation and Stability, 93(8), 1520–1528.

146. Zhang B., Tao H., Wei B., Jin Z., Xu X., Tian Y. (2014), "Characterization of Different

Substituted Carboxymethyl Starch Microgels and Their Interactions with Lysozyme", Plos one, 9(12), e114634.

147. Rachtanapun P., Simasatitkul P., Chaiwan W., Watthanaworasakun Y. (2012), "Effect

of sodium hydroxide concentration on properties of carboxymethyl rice starch", International Food Research Journal, 19(3), 923–931.

148. Tatongjai J., Lumdubwong N. (2010), "Physicochemical properties and textile

utilization of low- and moderate-substituted carboxymethyl rice starches with various amylose content", Carbohydrate Polymers, 81(2), 377–384.

149. Kittipongpatana O.S., Sirithunyalug J., Laenger R. (2006), "Preparation and

physicochemical properties of sodium carboxymethyl mungbean starches", Carbohydrate Polymers, 63(1), 105–112.

150. Travalini A.P., Farias F.O., Granza A.G., Figueroa A. M. (2017), "Effect of acid-

alcohol treatment on physicochemical properties of Carioca bean (Phaseolus vulgaris L.) starch", Carpathian Journal of Food Science and Technology, 9(3), 50–58.

151. Chen P., Xie F., Zhao L., Qiao Q., Liu X. (2017), "Effect of acid hydrolysis on the multi-scale structure change of starch with different amylose content", Food Hydrocolloids, 69, 359–368.

152. Yiu P.H., Loh S.L., Rajan A. (2008), "Physiochemical properties of sago starch modified by acid treatment in alcohol", American Journal of Applied Sciences, 5, 307– 311.

130

153. Wang S., Copeland L. (2015), "Effect of acid hydrolysis on starch structure and

functionality: a review", Crit Rev Food Sci Nutr, 55(8), 1081–1097.

154. Espinosa-Solis V., Sanchez-Ambriz S.L., Hamaker B.R., Bello-Pérez L.A. (2011),

"Fine structural characteristics related to digestion properties of acid-treated fruit starches", Starch - Stärke, 63, 717–727.

155. Omojola M. O Manu N., Thomas S. A. (2012), "Effect of cross linking on the

physicochemical properties of cola starch", African Journal of Food Science, 6(4), 307–315.

156. Beninca C., Demiate I.M., Lacerda L.G., Carvalho Filho M. A. S., Ionashiro M., Schnitzler E (2008), "Thermal behavior of corn starch granules modified by acid treatment at 30 and 50°C", Ecletica Quimica, 33(3), 13–17.

157. Lin J.H., Lee S.Y., Chang Y.H. (2003), "Effect of acid–alcohol treatment on the

molecular structure and physicochemical properties of maize and potato starches", Carbohydrate Polymers, 53, 475–482.

158. Olatunde G.O., Arogundade L.K., Orija O.I. (2017), "Chemical, functional and pasting

properties of banana and plantain starches modified by pre-gelatinization, oxidation and acetylation", Cogent Food and Agriculture, 3(1), 1283079.

159. Yuniar, Margaretty E., Fadarina, et al (2019), "The Effect of Reaction Time and pH on

the Process of Sago Starch”, 2nd Forum in Research, Science, and Technology, IOP Publishing, 1167, 1–8.

160. Karić N., Rusmirović J., Dolić M., et al (2020), "Preparation and properties of hydrogen peroxide oxidized starch for industrial use", Hemijska Industrija, 74(1), 25–36.

161. Vanier N.L., el Halal S.L.M., Dias A.R.G., Zavareze E. R. (2017), "Molecular

structure, functionality and applications of oxidized starches: A review", Food Chemistry, 221(15), 1546–1559.

162. Parovuori P., Hamunen A., Forssell P., et al (2002), "Oxidation of Potato Starch by

Hydrogen Peroxide", Starch - Stärke, 47(1), 19–23.

163. Dao Phi Hung (2017), " Oxidized maize starch: characterization and its effect on the

biodegradable films - Part II. Infrared spectroscopy and solubility", Vietnam Journal of Science and Technology, 55(4), 395–402.

164. Sánchez-Rivera M.M., Méndez-Montealvo G., Núñez-Santiago C., et al (2009), "Physicochemical properties of banana starch oxidized under different conditions", Starch/Staerke, 61(3-4), 206–213.

131

165. Thewlis B.H. (2007), "Oxidation of wheat starch", Journal of Applied Chemistry,

13(10), 464–466.

166. Halal S.L.M., Colussi R., Pinto V.Z., Bartz J., Radunz M., Carreño N.L.V., Dias

A.R.G., Zavarezea E.R. (2015), "Structure, morphology and functionality of acetylated and oxidised barley starches", Food Chemistry, 168, 247–256.

167. Cha J., Gilmor T., Lane P., Ranweiler J.S. (2011), "Stability Studies: A review",

Separation Science and Technology, 10, 459–505.

132

PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 1. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM TÁCH VÀ THU HỒI TINH BỘT

1.1. Bảng kết quả xác định độ hòa tan và khả năng trương nở của tinh bột

STT

MS 2,69 ± 0,58 6,36 ± 0,72

TS 1,83 ± 0,44 2,94 ± 0,63 5,02 ± 1,80 7,37 ± 2,04

1 2 3 4 5

Nhiệt độ (ºC) 50 60 70 80 90

SP (g/g) WS (%) JS MS JS TS 2,52 ± 1,03 2,07 ± 0,22 1,93 ± 0,61 5,34 ± 0,32 5,06 ± 1,87 2,24 ± 0,21 3,16 ± 0,78 6,96 ± 0,55 19,36 ± 2,63 21,27 ± 0,95 12,52 ± 1,21 9,63 ± 0,60 9,86 ± 1,73 22,81 ± 2,43 20,74 ± 2,53 18,33 ± 1,32 42,84 ± 5,21 49,93 ± 1,84 30,00 ± 3,10 28,06 ± 3,71 22,71 ± 1,84 10,15 ± 2,56 61,79 ± 7,33 69,05 ± 2,54

1.2. Bảng kết quả xác định độ nhớt của tinh bột tự nhiên tại 40ºC

STT

Tinh bột

Độ nhớt (cP)

1 2 3

TS MS JS

647 1156 835

PHỤ LỤC 2. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM THỦY PHÂN TINH BỘT

2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid đến độ nhớt và hiệu suất thu hồi tinh bột

Tinh bột đậu xanh

Tinh bột hạt mít

Ethanol

Methanol

Ethanol

Methanol

Nồng độ HCl (%)

Độ nhớt (cP) 1156

Hiệu suất thu hồi (%)

Độ nhớt (cP) 1156

Hiệu suất thu hồi (%)

Độ nhớt (cP) 835

Hiệu suất thu hồi (%)

Độ nhớt (cP) 835

Hiệu suất thu hồi (%)

98,25 ± 0,53

97,63 ± 0,56

90,51 ± 1,04

98,60  

94,60 ± 0,75

96,45 ± 0,71

84,51 ± 0,23

97,97 ± 0,17

89,70 ± 0,90

94,28 ± 0,72

81,42 ± 0,36

97,36 ± 0,31

75,60 ± 0,91

83,73 ± 0,85

72,81 ± 0,57

84,81 ± 0,04

68,17 ± 0,65

72,78 ± 0,65

33,68 ± 0,13

81,06 ±0,09

51,28 ± 0,99

65,49 ± 1,03

27,28 ± 0,53

77,35 ± 0,05

2.2. Khảo sát ảnh hưởng của dung môi/tinh bột đến độ nhớt và hiệu suất thu hồi tinh bột

Tinh bột đậu xanh

Tinh bột hạt mít

Ethanol

Methanol

Ethanol

Methanol

Dung môi/ Tinh bột (mL/g)

Độ nhớt (cP)

Hiệu suất thu hồi (%)

Độ nhớt (cP)

Hiệu suất thu hồi (%)

Độ nhớt (cP)

Hiệu suất thu hồi (%)

Độ nhớt (cP)

Hiệu suất thu hồi (%)

95,15 ± 0,92

97,75 ± 0,86

97,27 ± 0,36

99,47 ± 0,47

89,70 ± 0,87

98,28 ± 0,78

81,42 ± 0,42

97,27 ± 0,52

83,23 ± 0,73

95,53 ± 0,51

79,36 ± 0,09

97,25 ± 0,25

82,70 ± 0,90

90,28 ± 0,72

77,03 ± 0,91

89,95± 0,75

133

2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt và hiệu suất thu hồi tinh bột

Tinh bột đậu xanh

Tinh bột hạt mít

Ethanol

Methanol

Ethanol

Methanol

Nhiệt độ (ºC)

Độ nhớt (cP)

Hiệu suất thu hồi (%)

Độ nhớt (cP)

Hiệu suất thu hồi (%)

Độ nhớt (cP)

Hiệu suất thu hồi (%)

Độ nhớt (cP)

Hiệu suất thu hồi (%)

135

99,50 ± 0,27

97,95 ± 1,09

120

94,89 ± 0,15

98,10 ± 0,50

89,70 ± 0,39

94,28 ± 0,65

81,42 ± 0,45

97,37 ± 0,50

72,70 ± 0,90

82,53 ± 0,51

79,90 ± 0,30

90,35 ± 0,80

66,15 ± 0,97

74,80 ± 0,60

69,49 ± 0,75

76,33 ± 0,65

2.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến độ nhớt và hiệu suất thu hồi tinh bột

Tinh bột đậu xanh

Tinh bột hạt mít

Ethanol

Methanol

Ethanol

Methanol

Thời gian (phút)

Độ nhớt (cP)

Hiệu suất thu hồi (%)

Độ nhớt (cP)

Hiệu suất thu hồi (%)

Độ nhớt (cP)

Hiệu suất thu hồi (%)

Độ nhớt (cP)

Hiệu suất thu hồi (%)

96,03±0,47

97,03±0,89

97,27 ± 0,42

99,40 ± 0,05

89,70±0,90

95,53±0,51

89,9 ± 0,10

97,27 ± 0,05

89,05±0,66

92,45±0,74

81,43 ± 0,26

97,25 ± 0,50

120

81,65±0,74

82,65±0,87

77,03 ± 0,12

89,95 ± 0,20

150

2.5. Bảng kết quả xác định độ hòa tan và khả năng trương nở của tinh bột thủy phân

STT

Nhiệt độ (oC)

HJS/MeOH

HJS/EtOH

HMS/MeOH

HMS/EtOH

WS (%)

28,48 ± 0,53

18,95 ± 0,82

11,01 ± 0,43

9,37 ± 0,35

56,72 ± 0,83

44,91 ± 1,22

25,67 ± 1,54

22,75 ± 0,93

78,95 ± 1,96

66,91 ± 3,19

37,52 ± 2,02

33,28 ± 1,49

93,18 ± 3,16

59,38 ± 2,37

50,21 ± 2,04

96,37 ± 4,21

99,25 ± 3,65

97,23 ± 3,22

85,10 ± 2,93

76,53 ± 2,56

SP (g/g)

2,75 ± 0,02

3,02 ± 0,05

3,79 ± 0,04

4,26 ± -,07

4,23 ± 0,95

5,52 ± 0,03

7,13 ± 0,36

8,18 ± 0,48

6,11 ± 0,24

6,45± 0,08

11,56 ± 0,27

12,32 ± 0,52

6,88 ± 0,53

7,51 ± 0,07

17,76 ± 0,32

19,01 ± 0,61

7,65 ± 0,38

8,98 ± 0,09

20,10 ± 0,41

22,50 ± 0,65

134

PHỤ LỤC 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CARBOXYMETYL HÓA TINH BỘT

3.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng

CMJS

CMTS

CMMS

STT

DS

RE

DS

RE

DS

RE

Thời gian (phút) 30 60 90 120 150

1 2 3 4 5

0,126±0,003e 0,223±0,026d 0,412±0,026c 0,497±0,022b 0,507±0,010a 0,518±0,023a

180

3,17±1,08d 0,048±0,013d 11,38±0,76e 8,39±0,23d 0,171±0,009d 0,144±0,013c 9,59±1,09c 17,68±1,58d 14,83±2,16c 0,265±0,019c 0,379±0,011b 25,30±0,95b 28,67±1,31c 27,48±2,16b 0,430±0,016b 33,15±1,82a 0,541±0,005a 36,05±0,44ab 0,462±0,012a 30,80±1,04a 0,467±0,020a 31,11±1,66a 37,62±1,16a 33,81±0,86a 0,564±0,014a 0,471±0,015a 31,41±1,26a 38,42±1,27a 34,55±1,88a 0,576±0,015a * Các chữ cái a, b, c.. thể hiện sự khác nhau của các giá trị trong cùng một cột với mức ý nghĩa 95%.

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng

CMJS

CMTS

CMMS

STT

Nhiệt độ (oC)

DS

RE

DS

RE

DS

RE

0,264±0,010c 17,60±0,69d 0,315±0,016d 20,98±1,57e 0,201±0,012d 13,40±0,80d 0,497±0,022b 33,15±1,82b 0,541±0,005b 36,05±0,44b 0,462±0,012b 30,80±1,04b 0,533±0,026a 35,55±1,73a 0,560±0,026a 37,36±2,63a 0,511±0,015a 34,06±1,22a 0,469±0,019b 31,28±1,24c 0,517±0,014c 34,44±1,39c 0,413±0,013c 27,51±1,08c

30 40 50 60

1 2 3 4

* Các chữ cái a, b, c… thể hiện sự khác nhau của các giá trị trong cùng một cột với mức ý nghĩa 95%.

3.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ MCA/AGU

CMJS

CMTS

CMMS

STT

MCA/ AGU

DS

RE

DS

0.5 1.0 1.5

1 2 3

DS RE 66,13±2,24a 76,11±1,79a 0,423±0,009c 84,63±1,82a 0,331±0,011c 0,381±0,009c 0,539±0,013a 53,93±1,30b 0,571±0,014a 57,10±1,39b 0,480±0,022b 48,00±2,25b 0,533±0,026a 34,06±1,22c 35,55±1,73c 0,560±0,026a 37,36±2,63c 0,511±0,015a 0,529±0,019a 26,46±0,95d 0,556±0,026a 27,82±1,31d 0,501±0,023a 25,06±1,15d 0,501±0,025b 25,07±0,99e 0,512±0,026b 25,58±1,05e 0,475±0,018b 23,74±0,73e

2.0 2.5

4 5

* Các chữ cái a, b, c… thể hiện sự khác nhau của các giá trị trong cùng một cột với mức ý nghĩa 95%.

3.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ IPA/tinh bột

CMJS

CMTS

CMMS

STT

IPA/tbột (mL/g)

DS

RE

DS

46,00±1,89e 0,394±0,010e 55,8±2,62c 0,487±0,013c 62,11±1,39a 0,543±0,010a 59,1±1,39b

6.5 7.0 7.5 8.0 8.5

1 2 3 4 5

RE DS 26,28±1,54e 0,46±0,019d 0,433±0,013d 43,34±1,27e 32,43±1,48c 0,527±0,01c 52,69±1,04c 0,558±0,026b 36,20±1,32a 0,583±0,014a 58,32±1,37a 0,621±0,014a 0,549±0,013b 54,93±0,16b 0,591±0,014b 0,511±0,015b 34,06±0,98b 0,476±0,019d 47,64±1,87d 0,512±0,014c 51,25±1,39d 0,454±0,022d 30,24±1,32d 20,09±0,53f 0,424±0,01e

0,301±0,018f

45,22±1,82e

9.0

42,39±1,03e 0,452±0,018d * Các chữ cái a, b, c… thể hiện sự khác nhau của các giá trị trong cùng một cột với mức ý nghĩa 95%.

135

3.5. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol NaOH/AGU

CMJS

CMTS

CMMS

STT

NaOH/ AGU

DS

RE

DS

RE

DS

RE

0,583±0,05c

1 2 3 4

1,2 1,6 2,0 2,4

5 6

2,8 3,2

0,350±0,138e 35,00±0,25e 0,388±0,014d 38,77±1,39e 0,330±0,014e 27,50±1,14d 58,26±5,00c 0,412±0,015d 27,48±1,00d 0,490±0,170d 49,00±0,42d 0,583±0,014b 58,32±1,37b 0,621±0,014b 62,11±1,39b 0,543±0,010b 36,20±1,32b 0,611±0,043a 61,12±0,73a 0,668±0,030a 66,83±3,00a 0,560±0,013a 37,33±1,12a 0,572±0,080b 57,22±0,97b 0,611±0,090b 61,08±9,00b 0,544±0,010b 36,26±0,82b 0,524±0,090c 52,36±1,22c 0,548±0,020c 54,79±2,00d 0,459±0,017c 30,58±1,42c

* Các chữ cái a, b, c thể hiện sự khác nhau của các giá trị trong cùng một cột với mức ý nghĩa 95%.

3.6. Kết quả khảo sát sự thay đổi WS và SP của CMS theo nhiệt độ

STT

Nhiệt độ (oC)

JS

CMJS

TS

CMTS

30 40 50 60 70 80

3,48 ± 0,16 4,87 ± 0,21 7,47 ± 0,32 15,34 ± 1,05 24,53 ± 1,28 38,31 ± 2,75

6,88 ± 0,31 7,93 ± 0,45 10,43 ± 0,63 23,34 ± 1,29 36,15 ± 2,16 61,01 ±3,82

5,34 ± 0,46 6,96 ± 0,24 8,52 ± 0,52 18,81 ± 0,96 27,74 ± 1,78 43,96 ± 2,83

8,71 ± 0,34 10,32 ± 0,72 12,08 ± 0,95 26,80 ± 1,38 35,18 ± 1,57 68,45 ± 2,95

WS (%) 1 2 3 4 5 6 SP (g/g)

2,52 ± 0,06

5,97 ± 0,06

1,83 ± 0,08

3,56 ± 0,07

4,39 ± 0,32

6,79 ± 0,15

2,94 ± 0,17

6,12 ± 0,10

6,45 ± 0,34

10,03 ± 0,23

5,02 ± 0,23

8,22 ± 0,12

9,58 ± 0,67

16,89 ± 0,87

7,37 ± 0,31

11,31 ± 0,53

14,87 ± 1,04

22,08 ± 1,32

10,15 ± 0,67

17,93 ± 1,01

16,89 ± 1,22

28,24 ± 1,56

13,36 ± 1,09

20,58 ± 1,32

PHỤ LỤC 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM OXY HÓA TINH BỘT

4.1. Kết quả thực nghiệm oxy hóa tinh bột hạt mít bằng tác nhân NaClO

4.1.1. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chlor hoạt động

Nồng độ chlor hoạt động (%)

Hiệu suất thu hồi (%)

Hàm lượng carboxyl (%)

Hàm lượng carbonyl (%)

92,78 ± 0,41e 95,83 ± 0,25c 98,22 ± 0,24a 96,62 ± 0,17b 95,23 ± 0,29c

0,23 ± 0,00c 0,45 ± 0,01b 0,98 ± 0,01a 0,98 ± 0,01a 0,99 ± 0,01a

0,12 ± 0,02c 0,27 ± 0,01b 0,37 ± 0,01a 0,37 ± 0,01a 0,37 ± 0,01a

* Các chữ cái a, b, c thể hiện sự khác nhau của các giá trị trong cùng một cột với mức ý nghĩa 95%.

136

4.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ huyền phù

N. độ huyền phù (%) Hiệu suất thu hồi (%) Hàm lượng carboxyl (%) Hàm lượng carbonyl (%)

20 25 30

35 40 45

92,11 ± 0,41d 93,64 ± 0,82c 94,79 ± 0,52c 96,24 ± 0,30b 98,23 ± 0,22a 96,18 ± 0,34b

0,45 ± 0,00f 0,52 ± 0,01e 0,68 ± 0,01d 0,82 ± 0,02c 0,98 ± 0,00a 0,91 ± 0,01b

0,19 ± 0,01e 0,26 ± 0,01d 0,29 ± 0,01c 0,33 ±0,00b 0,37 ± 0,01a 0,35 ± 0,01b

* Các chữ cái a, b, c thể hiện sự khác nhau của các giá trị trong cùng một cột với mức ý nghĩa 95%.

4.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH

pH 7 8 9

10 11

Hiệu suất thu hồi (%) 93.23 ± 0.36c 95,38 ± 0,38b 98,39 ± 0,28a 96,30 ± 0,17b 95,61 ± 0,49b

Hàm lượng carboxyl (%) 0.57 ± 0.00e 0,83 ± 0,01d 0,98 ± 0,00a 0,93 ± 0,00b 0,87 ± 0,02c

Hàm lượng carbonyl (%) 0.26 ± 0.01d 0,33 ± 0,01c 0,37 ± 0,00a 0,34 ± 0,01b 0,33 ± 0,01c

* Các chữ cái a, b, c thể hiện sự khác nhau của các giá trị trong cùng một cột với mức ý nghĩa 95%.

4.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Thời gian (phút)

Hàm lượng carboxyl (%) Hàm lượng carbonyl (%)

120

180

Hiệu suất thu hồi (%) 94,88 ± 0,22c 98,02 ± 0,22a 98,63 ± 0,33a 97,23 ± 0,25b 96,60 ± 0,25b

0,88 ± 0,01b 0,98 ± 0,01a 0,99 ± 0,01a 0,99 ± 0,01a 0,99 ± 0,01a

0,38 ± 0,01a 0,37 ± 0,00a 0,37 ± 0,00 a 0,35 ± 0,01b 0,35 ± 0,01b

* Các chữ cái a, b, c thể hiện sự khác nhau của các giá trị trong cùng một cột với mức ý nghĩa 95%.

4.2. Kết quả thực nghiệm oxy hóa tinh bột hạt mít và đậu xanh bằng tác nhân H2O2

4.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2

JS

MS

Nồng độ H2O2 (%)

Hàm lượng carboxyl (%)

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Hiệu suất thu hồi (%) 88.42  0.65d 90.12  0.86c 92.36  0.36b 94.02  0.38a 92.46  0.36b 90.20  0.71c

0.02  0.00d 0.07  0.00c 0.18  0.01b 0.26  0.01a 0.27  0.00a 0.28  0.01a

Hàm lượng carbonyl (%) 0.37  0.02d 0.62  0.02c 0.86  0.01b 0.97  0.01a 0.97  0.01a 0.98  0.01a

Hiệu suất thu hồi (%) 88.58  0.6d 90.12  0.15c 91.13  0.01b 92.44  0.27a 89.83  0.27c 87.31  0.33e

0.05  0.01d 0.07  0.01c 0.07  0.01b 0.08  0.00a 0.08  0.00a 0.09  0.00a

Hàm lượng carbonyl (%) 0.45  0.00d 0.54  0.00c 0.65  0.01b 0.96  0.00a 0.97  0.00a 0.98  0.01a

* Các chữ cái a, b, c thể hiện sự khác nhau của các giá trị trong cùng một cột với mức ý nghĩa 95%.

137

4.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ huyền phù

Hàm lượng carbonyl (%)

Nồng độ huyền phù (%)

10 15 20 25* 30*

Hiệu suất thu hồi (%) 89.43 ± 0.09e 92.30 ± 0.66d 93.41 ± 0.41c 94.01 ± 0.71c 97.35 ± 0.56b 98.74 ± 0.33b

Hạt mít Hàm lượng carboxyl (%) 0.12 ± 0.00e 0.20 ± 0.01d 0.26 ± 0.01c 0.26 ± 0.01b 0.27 ± 0.01a,b 0.29 ± 0.00a

0.76 ± 0.02d 0.87 ± 0.01c 0.92 ± 0.01b 0.98 ± 0.01a 0.99 ± 0.01a 1.01 ± 0.01a

Hiệu suất thu hồi (%) 85.00 ± 0.2f 88.33 ± 0.2e 89.94 ± 0.1d 92.29 ± 0.1c 97.79 ± 0.2b 98.73 ± 0.3a

Đậu xanh Hàm lượng carboxyl (%) 0.02 ±0.001d 0.04 ±0.001c 0.06 ±0.000b 0.08 ±0.001a 0.08 ±0.000a 0.08 ±0.001a

0.55 ± 0.01d 0.67 ± 0.00c 0.87 ± 0.00b 0.96 ± 0.01a 0.97 ± 0.01a 0.99 ± 0.00a

* Các chữ cái a, b, c thể hiện sự khác nhau của các giá trị trong cùng một cột với mức ý nghĩa 95%.

4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH

Hạt mít

Đậu xanh

pH

5 6 7 8 9

Hiệu suất thu hồi (%) 88,18 ± 0,79e 90,37 ± 0,64d 92,10 ± 0,67c 93,98 ± 0,49b 95,62 ± 0,57a 92,17 ± 0,35c

Hàm lượng carboxyl (%) 0,04 ± 0,00f 0,06 ± 0,00e 0,10 ± 0,00d 0,26 ± 0,01b 0,29 ± 0,00a 0,20 ± 0,01c

Hàm lượng carbonyl (%) 0,81 ± 0,02d 0,85 ± 0,02d 0,92 ± 0,00c 0,98 ± 0,00b 1,06 ± 0,00a 1,00 ± 0,02b

Hiệu suất thu hồi (%) 86,86 ± 0,4e 89,17 ± 0,2d 90,09 ± 0,1c 91,61 ± 0,1a 92,23 ± 0,2a 90,86 ± 0,1b

Hàm lượng carboxyl (%) 0,033 ± 0,001f 0,046 ± 0,001e 0,057 ± 0,001d 0,066 ± 0,001b 0,083 ± 0,000a 0,062 ± 0,000c

Hàm lượng carbonyl (%) 0,47 ± 0,01e 0,59 ± 0,01d 0,75 ± 0,04c 0,87 ± 0,02b 0,96 ± 0,00a 0,90 ± 0,00b

* Các chữ cái a, b, c thể hiện sự khác nhau của các giá trị trong cùng một cột với mức ý nghĩa 95%.

4.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng

Nhiệt độ (oC)

Hàm lượng carbonyl (%)

Hiệu suất thu hồi (%)

30 40 50 60 70

Hiệu suất thu hồi (%) 90,04 ± 0,67c 95,78 ± 0,78a 93,54 ± 0,61b 88,14 ± 0,56d 86,23 ± 0,81e

Hạt mít Hàm lượng carboxyl (%) 0,20 ± 0,01c 0,29 ± 0,00a 0,23 ± 0,04b 0,19 ± 0,01d 0,17 ± 0,01e

0,98 ± 0,02b 1,06 ± 0,01a 0,88 ± 0,01c 0,83 ± 0,00d 0,76 ± 0,01e

90,64 ± 0,3b 92,20 ± 0,3a 89,35 ± 0,1c 88,55 ± 0,2d -

Đậu xanh Hàm lượng carboxyl (%) 0,068 ± 0,000c 0,083 ± 0,000a 0,079 ± 0,001b 0,064 ± 0,000d -

Hàm lượng carbonyl (%) 0,72 ± 0,01b 0,96 ± 0,01a 0,66 ± 0,01c 0,63 ± 0,00c -

* Các chữ cái a, b, c thể hiện sự khác nhau của các giá trị trong cùng một cột với mức ý nghĩa 95%.

4.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Thời gian (phút)

30 60 90 120 150 180

Hiệu suất thu hồi (%) 90,64 ± 0,75c 93,72 ± 0,28b 95,79 ± 0,31a 93,72 ± 0,30b 92,96 ± 0,79b 92,21 ± 0,83c

Hạt mít Hàm lượng carboxyl (%) 0,15 ± 0,01c 0,23± 0,01b 0,29 ± 0,01a 0,30 ± 0,00a 0,30 ± 0,01a 0,31 ± 0,01a

Hàm lượng carbonyl (%) 0,76 ± 0,01d 0,91 ± 0,01c 1,06 ± 0,01a 1,04 ± 0,00b 1,03 ± 0,01b 1,03 ± 0,01b

Hiệu suất thu hồi (%) 89,72 ± 0,1c 91,59 ± 0,1b 92,23 ± 0,2a 91,15 ± 0,1b 90,12 ± 0,3c 89,96 ± 0,2c

Đậu xanh Hàm lượng carboxyl (%) 0,068 ± 0,001c 0,077 ± 0,002b 0,083 ± 0,003a 0,083 ± 0,001a 0,084 ± 0,001a 0,085 ± 0,001a

Hàm lượng carbonyl (%) 0,77 ± 0,03e 0,88 ± 0,00c 0,96 ± 0,01a 0,92 ± 0,00b 0,85 ± 0,00d 0,83 ± 0,00d

* Các chữ cái a, b, c thể hiện sự khác nhau của các giá trị trong cùng một cột với mức ý nghĩa 95%.

138

PHỤ LỤC 5. KẾT QUẢ ĐO PHÂN BỐ KÍCH THƯỚC HẠT

5.1. Phân bố kích thước hạt tinh bột hạt mít

139

5.2. Phân bố kích thước hạt tinh bột khoai môn

140

5.3. Phân bố kích thước hạt tinh bột đậu xanh

141

5.4. Phân bố kích thước hạt tinh bột hạt mít thủy phân trong etanol

142

143

144

5.5. Phân bố kích thước hạt tinh bột hạt mít thủy phân trong metanol

145

146

147

5.6. Phân bố kích thước hạt tinh bột đậu xanh thủy phân trong etanol

148

149

150

5.7. Phân bố kích thước hạt tinh bột đậu xanh thủy phân trong metanol

151

152

153

5.8. Phân bố kích thước hạt tinh bột đậu xanh carboxymethyl

154

155

156

5.9. Phân bố kích thước hạt tinh bột hạt mít carboxymethyl

157

158

159

PHỤ LỤC 6. KẾT QUẢ ĐO DSC

6.1. Giản đồ DSC của tinh bột hạt mít

6.2. Giản đồ DSC của tinh bột khoai môn

160

6.3. Giản đồ DSC của tinh bột đậu xanh

161

PHỤ LỤC 7. KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM THUỐC VIẾN NÉN

7.1. Phiếu kiểm nghiệm mẫu CMJS

162

7.2. Phiếu kiểm nghiệm mẫu HMS

163

7.3. Phiếu kiểm nghiệm mẫu viên nén thay thế CMJS làm tá dược rã

164

7.4. Phiếu kiểm nghiệm mẫu viên nén thay thế HJS làm tá dược độn

165