1. Trang Chủ
  2. Hoá dầu
  3. Ảnh hưởng của nồng độ sodium chloride lên sự thay đổi cấu trúc và tính chất hóa lý của tinh bột sắn biến tính bằng kỹ thuật điện phân

Ảnh hưởng của nồng độ sodium chloride lên sự thay đổi cấu trúc và tính chất hóa lý của tinh bột sắn biến tính bằng kỹ thuật điện phân

Tinh bột oxy hóa có ứng dụng rộng rãi và đa dạng trong nhiều ngành thực phẩm và phi thực phẩm hiện nay. Trong báo cáo này, nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ Sodium chloride (0,5; 0,75; 1,0; 2,0; 3,0 và 5,0%) lên cấu trúc và tính chất hóa lý của tinh bột sắn biến tính bằng kĩ thuật điện phân. Đồng thời, mức độ oxy hóa (hàm lượng carbonyl/carboxyl), màu sắc tinh bột sau biến tính, độ trương nở, khả năng hòa tan, độ trong, độ nhớt và quan sát hình thái, cấu trúc hạt thông qua SEM, FTIR, X-ray đượ

Thể loại Tài liệu miễn phí Hoá dầu

Số trang 6

Ngày tạo 4/6/2023 2:44:34 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 0.86 M

Tên tệp

Tải Ảnh hưởng của nồng độ sodium chloride lên sự thay ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ SODIUM CHLORIDE LÊN SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA TINH BỘT SẮN BIẾN TÍNH BẰNG KỸ THUẬT ĐIỆN PHÂN Mạch Ngọc Xuân Trà*, Hoàng Ngọc Tân, Ngô Thị Hồng Son Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh *Tác giả liên lạc: khanhson96@gmail.com TÓM TẮT Tinh bột oxy hóa có ứng dụng rộng rãi và đa dạng trong nhiều ngành thực phẩm và phi thực phẩm hiện nay. Trong báo cáo này, nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ Sodium chloride (0,5; 0,75; 1,0; 2,0; 3,0 và 5,0%) lên cấu trúc và tính chất hóa lý của tinh bột sắn biến tính bằng kĩ thuật điện phân. Đồng thời, mức độ oxy hóa (hàm lượng carbonyl/carboxyl), màu sắc tinh bột sau biến tính, độ trương nở, khả năng hòa tan, độ trong, độ nhớt và quan sát hình thái, cấu trúc hạt thông qua SEM, FTIR, X-ray được khảo sát. Tại nồng độ NaCl là 2,0; 3,0 và 5,0% thì các giá trị về hàm lượng carbonyl/carboxyl có xu hướng bão hòa. Giá trị hệ số L được dùng để mô tả độ trắng của tinh bột cùng với độ trong và độ hòa tan của mẫu tinh bột oxy hóa cao hơn so với tinh bột sắn tự nhiên. Trong khi độ trương nở, nhiệt độ hồ hóa, lại có xu hướng giảm so với tinh bột gốc khi tăng nồng độ NaCl xử lý. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy giá trị độ nhớt cũng như khối lượng phân tử trung bình giảm khi tinh bột bị oxy hóa. Từ khóa: Tinh bột oxy hóa, hàm lượng carbonyl/carboxyl, SEM, FTIR, XRD. INFLUENCE OF SODIUM CHLORIDE CONCENTRATIONS ON PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES OF CASSAVA STARCH OXIDIZED BY ELECTROLYSIS Mach Ngoc Xuan Tra*, Hoang Ngoc Tan, Ngo Thi Hong Son Ho Chi Minh City University of Technology and Education *Corresponding Author: khanhson96@gmail.com ABSTRACT Oxidized starches are widely and widely used in many food and nonfood industries today. In this report, study on the effect of Sodium chloride concentrations (0.5, 0.75, 1.0, 2.0, 3.0 and 5.0%) on the structure and physicochemical properties of Cassava starch modified by electrolysis. At the same time, oxidation levels (carbonyl/carboxyl content), starch color after denaturation, swelling, solubility, clarity, viscosity and morphological observation, FTIR, X-ray surveyed. The carboxyl group and carbonyl content in the oxidation starch increased as the concentration of NaCl increased. At a concentration of NaCl 2.0; 3.0 and 5.0%, the values for carbonyl/carboxyl content tend to be saturated. The coefficient L is used to describe the whiteness of the starch together with the clarity and solubility of the oxidized starch sample compared to natural cassava starch. While the swelling, the gelatinization temperature tends to decrease compared to the original starch when the treated NaCl concentration increases. The results also showed that the viscosity value as well as the average molecular weight decreased when the starch was oxidized. Keywords: Oxidized starch, carbonyl/carboxyl content, SEM, FTIR, XRD. 210
  2. Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học TỔNG QUAN sang cực dương để cho các electron và Tinh bột là thành phần chính của ngũ trở thành khí oxy (O2), khí clo (Cl2), cốc, rễ và củ chẳng hạn như sắn, khoai ion hypoclorit (OCl-), axit tây… Trong ngành công nghệ thực hypochlorous (HClO) và axit phẩm, tinh bột đã được sử dụng rất phổ clohydric (HCl), trong khi các ion tích biến và đa dạng, nguyên liệu chính điện dương như H+ và Na+ di chuyển trong bánh mì, các loại mì ống, bổ sung đến cực âm để lấy electron và trở thành vào nước sốt, súp cũng như sữa, bánh khí hydro (H2) và natri hydroxit kẹo… Giấy, dệt may, dược phẩm, sinh (NaOH) (Hsu, 2005). Có hai loại nước học, vi sinh, vật liệu xây dựng là các điện phân được sử dụng, tùy theo yêu ngành công nghiệp phi thực phẩm phổ cầu: Nước điện phân có tính acid biến có sử dụng tinh bột vào sản phẩm. (AEW) và nước điện phân trung tính Dù được ứng dụng rộng rãi trong thực (NEW). phẩm và các ngành công nghiệp khác, nhưng các tính chất của tinh bột tự VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP nhiên vẫn không đáp ứng đủ các yêu NGHIÊN CỨU cầu về mặt kỹ thuật trong sản xuất công Vật liệu nghiệp. Do đó, các nhà khoa học thực Nguyên liệu: Tinh bột sắn của công ty phẩm đã không ngừng nỗ lực trong GOODPRICE VIET NAM được sử việc điều chỉnh các thuộc tính của tinh dụng trong nghiên cứu này. Nguồn gốc bột tự nhiên sao cho phù hợp với đặc nguyên liệu: Việt Nam, đảm bảo các tính kỹ thuật của từng loại sản phẩm. yêu cầu về chỉ tiêu hóa lý theo TCVN Trong đó tinh bột oxy hóa được biết 10546:2014. đến với các tính chất quan trọng như độ Hóa chất: Sodium hydroxide (NaOH, nhớt thấp, độ trong và tính ổn định cao, Trung Quốc); Hydrochloric acid (HCl, cùng tính chất tạo màng và tính kết Trung Quốc); Potassium hydroxide dính tốt. Trước đây, có rất nhiều (KOH, Trung Quốc); Hydroxylamine phương pháp tạo ra tinh bột oxy hóa hydrochloride (HONH2.HCl, Trung như sử dụng hypochlorite, hyderogen Quốc); Sodium chloride (NaCl, Trung peroxide, permanganat, dicromat... tuy Quốc). nhiên mức độ sử dụng của các hợp chất Phương pháp nghiên cứu này trong phản ứng là quá thấp để thay Oxy hóa tinh bột bằng kỹ thuật điện đổi tính chất tinh bột (Cui, 2005). Do phân đó trong nghiên cứu này, phương pháp Quá trình oxy hóa tinh bột bằng kĩ tạo tinh bột oxy hóa sử dụng kỹ thuật thuật điện phân được thực hiện trong điện phân được lựa chọn vì một số ưu một bể nước hình trụ tròn với kích điểm như rẻ tiền, độ ổn định của quá thước (d= 12cm). Hai bản điện cực trình cao, dễ kiểm sóa t, và có thể sản được chế tạo bằng kim loại Titan (Ti) xuất liên tục. được phủ lớp hợp chất trơ gồm một số Trong nghiên cứu này, nước điện phân oxit RuO2, IrO2, TiO2 để chống ăn mòn được sử dụng để biến tính tinh bột. điện hóa. Tinh bột sắn thô (400g, khối Nguyên lý của quá trình điện phân là lượng khô) và muối NaCl (0,5; 0,75; sử dụng dòng điện ở 2 đầu điện cực để 1,0; 2,0; 3,0 và 5,0%) được bổ sung thúc đẩy phản ứng xảy ra. Các ion tích vào bể cùng với 4 lít nước cất để tạo hệ điện âm như clorua (Cl-) và hydroxit huyền phù 10% (w/v). Điện cực Ti2O (OH-) trong dung dịch muối chuyển được nhúng chìm trong huyền phù, 211
  3. Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học khoảng cách giữa hai điện cực là 10cm, từ 400 cm-1 - 4500 cm-1 (Kizil. R, nguồn điện được cố định ở mức điện 2002). áp 10V và cường độ dòng điện 3A. Tán xạ tia X (XRD) Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ Mẫu tinh bột trước và sau khi oxy hóa phòng (30oC) trong thời gian 1 giờ. được đo tán xạ tia X (XRD) bằng Trong quá trình phản ứng, huyền phù phương pháp bột, góc quét từ 5 -300 tinh bột được đảo trộn liên tục bằng theo Nara (1983). khuấy từ. Kết thúc phản ứng, điều Kính hiển vi điện tử quét (SEM) chỉnh pH về mức pH = 7,0 bằng HCl Hình thái của hạt tinh bột được kiểm 1M. Sau đó các mẫu tinh bột được rửa tra bằng kính hiển vi điện tử tại Viện sạch 3 lần với nước cất và ly tâm 2300 Công nghệ Hóa học (VAST). Thông số × g trong 10 phút, thu lấy phần tinh bột cơ bản tiến hành quét: Điện áp gia tốc lắng và sấy khô trong tủ sấy 48h ở nhiệt 15Kv, độ phóng đại 1000×(10μm) và độ 50oC. Các mẫu tinh bột CN0, 3000×(10μm). CN0.5, CN0.75, CN1, CN2, CN3, CN5 lần lượt là tinh bột tự nhiên và các KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN mẫu tinh bột được xử lý theo các nồng Hàm lượng nhóm carbonyl và độ muối NaCl (0,5; 0,75; 1,0; 2,0; 3.0 carboxyl và 5,0%). Hàm lượng carbonyl và carboxyl của Hàm lượng Carbonyl và Carboxyl mẫu tinh bột tự nhiên và tinh bột oxy Hàm lượng Carbonyl có trong tinh bột hóa được hiển thị trong hình 1a. Nhìn xác định dựa theo phương pháp của chung cả hai hàm lượng carbonyl và Smith (1967) và hàm lượng Carboxyl carboxyl của các mẫu tinh bôt biến tính hình thành trong quá trình biến tính đều tăng khi tăng mức độ xử lý nồng tinh bột được xác định dựa theo mô tả độ muối NaCl trong quá trình điện của Chattopadhyay et al (1997). phân. Tuy nhiên khi xử lý với nồng độ Độ hòa tan (SI) và độ trương nở (SP) dung dịch muối NaCl ≥ 2% thì quá Độ hòa tan và độ trương nở được xác trình oxy hóa đạt mức tối đa. Hàm định theo phương pháp của Leach, lượng carbonyl tăng dần từ mẫu CN0.5 McCowen và Schoch (1959). đến mẫu CN1, trong khi giữa các mẫu Độ trong CN1, CN2, CN3 và CN5 thì hàm lượng Độ trong được xác định bằng phương carbonyl có xu hướng đạt cân bằng. pháp của Singhal và Kulkarni (1990). Đối với hàm lượng carboxyl trong các Đọ nhớt nội tại mẫu thì cũng tương tự như với Dựa theo phương pháp đo của carbonyl, tuy nhiên chúng có xu hướng Anastasiades (2002). tăng nhanh hơn so với carbonyl. Điều Độ ổn định đông-rã đông này có thể được giải thích là do các Độ ổn định nhiệt của tinh bột được xác nhóm hydroxyl trên các phân tử tinh định theo phương pháp của Singhal bột ban đầu bị oxy hóa thành nhóm (1990). carbonyl như một chất trung gian và Quang phổ hồng ngoại Fourier (FTIR) sau đó đến các nhóm carboxyl như sản Các mẫu tinh bột oxy hóa sẽ được đo phẩm chính sau cùng (Fengchao Zhou, phổ hồng ngoại FTIR bằng thiết bị đo 2016; Kunruedee Sangseethong, phổ hồng ngoại FTIR-8400S ở số sóng 2010). 212
  4. Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học Hình 1. (a). Hàm lượng carbonyl và carboxyl; (b). Độ trong các mẫu tinh bột Trong nghiên cứu này, tại các nồng độ tinh bột oxy hóa được thể hiện trong muối NaCl xử lý (2, 3 và 5%) thì hàm Hình 2. lượng carbonyl và carboxyl hình thành Từ kết quả SEM cho thấy, các hạt tinh không có sự thay đổi lớn, duy trì ở mức bột sắn có nguồn gốc tự nhiên và qua carbonyl (0.098%) và carboxyl biến tính oxy hóa đều là hình cầu, bao (0.16%). Tại điều kiện oxy hóa (10V, gồm các hạt lớn và nhỏ, đặc trưng của 3A, thời gian 1giờ) thì cường độ dòng tinh bột sắn. Cấu trúc bề mặt hạt tinh điện không đủ để tiếp tục điện phân bột sắn tự nhiên không có vết nứt cũng dung dịch tạo các chất điện ly oxy hóa, như hiện tượng lõm bề mặt. Tuy nhiên, mặc dù nồng độ muối tăng (định luật quá trình oxy hóa đã làm ảnh hưởng Faraday). đến hình thái của hạt tinh bột sắn, cấu Kính hiển vi điện tử quét (SEM) trúc bề mặt hạt tinh bột CN khác biệt Ảnh SEM của hạt tinh bột tự nhiên và rõ ràng với hạt tinh bột tự nhiên. Hình 2. Ảnh quét kính hiển vi điện tử (SEM) của các mẫu tinh bột 213
  5. Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học Độ trong định hình thóa t ra ngoài môi trường, Độ trong gel tinh bột oxy hóa CN đươc dẫn đến nồng độ tinh bột hòa tan tăng. thể hiên trong hình 1b. Từ kết quả trên, Độ ổn định đông-rã đông nhận thấy rằng, khi nồng độ NaCl sử Độ ổn định đông-rã đông là chỉ số để dụng tăng lên thì khả năng truyền sáng đánh giá mức độ thóa i hóa của gel tinh qua dịch gel tinh bột oxy hóa tăng. Giá bột khi bảo quản ở nhiệt độ thấp. Sau 9 trị độ truyền suốt các mẫu tinh bột ngày lưu trữ, độ tách nước của mẫu CN0.5, CN0.75 và CN1 tăng không tinh bột tự nhiên và các mẫu tinh bột đáng kể so với mẫu tinh bột tự nhiên, CN có xu hướng tăng theo ngày lưu tuy nhiên ở các mẫu CN2, CN3 và CN5 trữ. Có thể thấy, độ tách nước của gel thì độ trong tăng rất mạnh. Điều này có tinh bột tự nhiên thấp hơn nhiều so với thể giải thích rằng, sự gia tăng truyền gel tinh bột oxy hóa và giữa các mẫu suốt của dịch tinh bột sau quá trình oxy CN với nhau thì độ tách nước tăng dần hóa là do sự thay thế hóa học nhóm theo nồng độ NaCl khảo sát. Tuy chức hydroxyl trong phân tử tinh bột nhiên, độ tách nước của các mẫu CN2, bằng nhóm carbonyl/carboxyl và lực CN3 và CN5 không có sự khác biệt về đẩy giữa các phân tử tinh bột lân cận mặt thống kê, điều này tương tự với gây ra bởi các nhóm carboxyl/carbonyl hàm lượng carbonyl/carboxyl hình tích điện âm làm giảm liên kết trong thành trong quá trình oxy hóa. phân tử tinh bột. Các thay đổi về hình Tán xạ tia X (X-Ray diffraction, dạng hạt và cấu trúc phân tử tinh bột XRD) tạo điều kiện cho sự xâm nhập và hấp Kết quả nhiễu xạ cho thấy có sự tương thụ nước trên hạt tinh bột dẫn đến sự đồng giữa các mẫu tinh bột oxy hóa và trương nở nhiều hơn trên tinh bột và tinh bột tự nhiên, không có đỉnh mới kết quả là khả năng truyền sáng nhiều hình thành hay mất đi trong quá trình hơn đối với tinh bột oxy hóa (Kawaljit xử lý. Đỉnh nhiễu xạ tinh thể xuất hiện Singh Sandhua, 2008; S. LIM, 1992). ở 15.1o, 17.44o, 18.12o và 23.08o, nên Độ trương nở (SP), hòa tan ( SI) có thể chỉ ra rằng các mẫu tinh bột đều Độ trương nở (SP) thể hiện khả năng có cấu trúc tinh thể loại A, bao gồm cả hydrat hóa của tinh bột trong điều kiện phiến tinh thể và pha vô định hình. Các nhiệt độ cụ thể và độ hòa tan (SI) cho mẫu tinh bột oxy hóa CN có độ kết tinh biết tỷ lệ phần trăm hạt tinh bột thóa t tương đối khác so với mẫu tinh bột gốc. ra sau trương nở (Fonseca, 2014). Kết Vị trí đỉnh nhiễu xạ của mẫu tinh bột quả độ trương nở và hòa tan của tinh CN vẫn phù hợp với vị trí đỉnh của tinh bột oxy hóa được trình bày trong hình bột tự nhiên. Giá trị cường độ tại bốn 3. Ở các nhiệt độ thấp như 30, 40, 50 đỉnh 15.1o, 17.44o, 18.12o và 23.08o và 60oC thì giá trị SP thu được thay đổi của tinh bột CN thấp hơn so với tinh không nhiều. Từ nhiệt độ 60oC trở lên, bột chưa xử lý và có xu hướng giảm đi hạt tinh bột bắt đầu trương nở và kích khi tăng dần mức độ xử lý NaCl. thước hạt tinh bột tăng lên đáng kể. Theo Chinachoti (1990), hạt tinh bột KẾT LUẬN có thể hấp thụ 40g nước/g tinh bột Nghiên cứu này cung cấp thông tin về trong khi trương nở trước khi hạt bị vỡ. tính chất hóa lý, cấu trúc và hình thái Khi hạt tinh bột trương nở, các của tinh bột sắn oxy hóa bằng kĩ thuật polymer có cấu trúc đơn giản như điện phân dung dịch Sodium chloride. amylose, chủ yếu nằm trong vùng vô Quá trình oxy hóa bằng kĩ thuật điện 214
  6. Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học phân dung dịch NaCl với các nồng độ cao hơn so với tinh bột tự nhiên. muối khác nhau ảnh hưởng đến các đặc Những thay đổi trong các đặc tính này điểm khác nhau của tinh bột sắn. Sự gia góp phần làm cho tinh bột sắn oxy hóa tăng nồng độ NaCl sử dụng trong điện ứng dụng tốt hơn trong nhiều loại thực phân làm tăng cường mức độ oxy hóa phẩm. trong quá trình biến tính tinh bột, hàm Nội dung nghiên cứu này là những lượng carbonyl/carboxyl, độ hòa tan và bước đầu tiên về việc áp dụng kỹ thuật độ trong của tinh bột sắn oxy hóa tăng điện phân trong phương pháp biến tính lên và độ trương nở, độ ổn định nhiệt tinh bột. Vì vậy, để phương pháp này đông-rã đông, độ nhớt và khối lượng được ứng dụng rộng rãi và hiểu một phân tử tương đối giảm. Thông qua cách toàn diện cần có nhiều công trình đánh giá cấu trúc tinh bột bằng FTIR, nghiên cứu chuyên sâu và mở rộng X-ray và kính hiển vi điện tử quét hơn. Chúng tôi có một số kiến nghị để SEM, cho thấy quá trình oxy hóa có thể hoàn thiện hơn cho đề tài như: thực ưu tiên diễn ra trên pha vô định hình hiện các phân tích chuyên sâu hơn về amorphous. ảnh hưởng của pH, nhiệt độ, hàm Phiến tinh thể đóng vai trò quan trọng lượng amylose/amylopectin trong quá trong việc duy trì tính toàn vẹn cho hạt trình xử lý mẫu, từ đó có thể đưa ra một tinh bột. Cả amylose và amylopectin phương pháp biến tính tinh bột bằng kĩ đều bị suy thóa i nhưng amylose dễ bị thuật điện phân dung dịch sodium oxy hóa hơn. Tinh bột CN có độ trắng chloride một cách toàn diện hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO ANASTASIADES A., T. S. (2002). Rheological and Physical Characterization of Pregelatinized Maize Starches. In Journal of Food Engineering, 52 (pp. 57-66). CHATTOPADHYAY, S. S. (1997). Optimisation of conditions of synthesis of oxidized starch from corn and amaranth for use in film-forming applications. In Carbohydrate Polymers, 34 (pp. 203–212). CUI, S. W. (2005). In Food Carbohydrates: Chemistry, Physical Properties and Applications. 411. FENGCHAO ZHOU, Q. L. (2016). Potato starch oxidation induced by sodium hypochlorite and its effect. In International Journal of Biological Macromolecules 84 (pp. 410–417). HSU, S. Y. (2005). Effects of flow rate, temperature and salt concentration on chemical and physical properties of electrolyzed oxidizing water. In Journal of Food Engineering (pp. 66, 171–176.). 215
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học