lượng muối c a phân tử NaCl cũng nhỏ hơn đáng kể so với muối c a ba axit còn lại.
Hàm lượng tro (%
1.8
HCl
HNO3
H2SO4 H3PO4
1.5
1.2
0.9
0.6
0.3
0
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36
Thời gian (giờ)
Hình 3.11. Ảnh hưởng của loại axit và thời gian đến hàm lượng tro của tinh bột sắn biến tính
Cũng tương tự như độ nhớt, từ hình .12 có thể thấy độ tan trong nước (ở 50C) c a tinh bột biến tính tăng dần theo thời gian và mạnh nhất đối với axit HCl, sau đó giảm dần từ axit HNO3 đến H2SO4 và cuối cùng là H3PO4. Sự giảm khối lượng phân tử trung bình c a các mẫu tinh bột biến tính theo thời gian là nguyên nhân chính làm tăng độ tan c a chúng trong nước. Sau 16 giờ thuỷ phân bằng HCl hoặc HNO3 độ tan c a tinh bột sắn tăng lên trên 20 %, đây là độ tan cần thiết để tinh bột có thể được ứng dụng làm thành phần kết dính hoặc dã trong ngành công nghiệp dược phẩm.
120
Độ tan (%)
100
80
60
40
20
0
HCl
HNO3
H2SO4
H3PO4
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36
Thời gian (giờ)
Hình 3.1 . Ảnh hưởng của loại axit và thời gian đến độ tan của tinh bột sắn biến tính
Từ các kết quả nghiên cứu ở trên chúng tôi lựa chọn axit HCl làm tác nhân thuỷ phân tinh bột bột sắn cho các nghiên cứu tiếp theo và thời gian thuỷ phân thích hợp là 16 giờ.
3.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ axit/tinh bột
Để nghiên cứu ảnh hưởng c a hàm lượng axit HCl đến quá trình thuỷ phân, phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ 30oC, thời gian phản ứng là 16 giờ, tỷ lệ nước/tinh bột là 2/1. Ảnh hưởng c a hàm lượng axit đến hiệu suất thu hồi và độ nhớt c a tinh bột thuỷ phân được trình bày trong bảng 3.6.
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ axit/tinh bột đến quá trình thuỷ phân
Hiệu suất thu hồi, % | Độ nhớt, Cp | |
0 | 100 | > 500 |
0,02 | 99.07 | 193,5 |
0,04 | 98.23 | 104,7 |
0,06 | 97.62 | 65,3 |
0,08 | 96.34 | 39,7 |
0,10 | 91.21 | 7,4 |
Có thể bạn quan tâm!
-
Tiến Hành Oxi Hóa Tinh Bột Bằng Hypoclorit -
Ảnh Hưởng Của Thời Gian Phản Ứng Đến Quá Trình Photphat Hoá -
Ảnh Hưởng Của Độ Thế Tới Độ Bền Lạnh Đông - Tan Giá -
Giản Đồ Phân Tích Nhiệt Của Tb Sắn Tự Nhiên (1) Và Tb Biến Tính Với Tỷ Lệ Axit/tinh Bột Lần Lượt Là: 0,04 ( ); 0,06 (3); 0,08 (4) Và 0,10 (5). -
Sự Phụ Thuộc Của Trọng Lượng Phân Tử Trung Bình Vào Thời Gian Phản Ứng Ở Các Nhiệt Độ Khác Nhau -
Ảnh Sem Của Tinh Bột Sắn (A,b) Và Tinh Bột Oxy Hoá Với Hàm Lượng Clo Hoạt Động 1% (C,d), % (E,f) Và 4% (G,h)
Xem toàn bộ 190 trang tài liệu này.
Các kết quả cho thấy việc tăng hàm lượng axit làm giảm rất nhanh độ nhớt c a tinh bột cũng như hiệu suất thu hồi sản phẩm, khi tăng hàm lượng axit lên 10% so với tinh bột thì độ nhớt giảm xuống rất thấp (~ 7 cps). Việc giảm độ nhớt ở trên có thể được giải thích là khi tăng tác nhân axit 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. Ngoài ra khi tăng hàm lượng axit lên quá cao có thể tạo ra sự phân cắt triệt để các phân tử tinh bột thành monome – là thành phần tan hoàn toàn trong nước, do đó làm giảm mạnh
hiệu suất thu hồi c a sản phẩm. Do đó chúng tôi chọn tỷ lệ axit/ tinh bột là 0,08 để tiến hành cho những thí nghiệm tiếp theo.
3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Để khảo sát ảnh hưởng c a nhiệt độ đến quá trình th y phân chúng tôi tiến hành thí nghiệm với tỷ lệ xúc tác axit so với tinh bột là 0,08, tỷ lệ nước/tinh bột là 2/1, trong thời gian phản ứng là 16 giờ. Ảnh hưởng c a nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu hồi và độ nhớt c a tinh bột được trình bày ở bảng 3.7:
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng tới tốc độ thuỷ phân
Hiệu suất thu hồi, % | Độ nhớt (Cp) | |
25 | 97.82 | 46,7 |
30 | 96.34 | 39,7 |
35 | 94.77 | 34,1 |
40 | 92.21 | 26,9 |
Kết quả bảng 3.7 cho thấy thấy nhiệt độ có ảnh hưởng rõ ràng tới quá trình thuỷ phân tinh bột, khi nhiệt độ phản ứng tăng thì mức độ thuỷ phân tăng lên đáng kể dẫn đến độ nhớt c a tinh bột bị giảm mạnh. Điều này có thể giải thích là do khi tăng nhiệt độ làm tăng độ tan c a tinh bột trong nước, sự chuyển động nhiệt c a xúc tác H+ và các phân tử tinh bột tăng dẫn tới việc xúc tác 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 thì nhiệt độ có ảnh hưởng đến hằng số tốc độ thuỷ phân. Khi tăng nhiệt độ phản ứng thì dẫn tới tăng hằng số tốc độ phản ứng và tăng tốc độ thuỷ phân.
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 c a sản phẩm. Ở đây chúng tôi chọn nhiệt độ phản ứng là 30oC để khảo sát cho các phản ứng sau này.
3.2.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước/tinh bột
Để khảo sát ảnh hưởng c a tỷ lệ H2O/tinh bột đến quá trình thuỷ phân chúng tôi tiến hành phản ứng ở 30oC, với tỷ lệ axit/tinh bột là 0,08 trong thời gian phản ứng là 16 giờ. Ảnh hưởng c a tỉ lệ H2O/tinh bột đến hiệu suất thu hồi và độ nhớt c a tinh bột được trình bày trong bảng 3.8:
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của tỷ lệ H2O/ tinh bột tới tốc độ thuỷ phân
Hiệu suất thu hồi, % | Độ nhớt (Cp) | |
0.5:1 | 99,23 | 121,7 |
1.0:1 | 98,52 | 72,4 |
1.5:1 | 97,38 | 49,2 |
2.0:1 | 96,34 | 39,7 |
2.5:1 | 94,42 | 37,8 |
3.0:1 | 91,67 | 41,3 |
Với kết quả trên chúng ta có thể nhận thấy rằng tỷ lệ H2O/tinh bột có ảnh hưởng đáng kể tới quá trình thuỷ phân. Khi tỷ lệ H2O/tinh bột thấp thì khả năng phân tán c a các hạt tinh bột không cao kèm theo việc độ nhớt c a hệ cao, sự phân tán c a xúc tác H+ vào mạch tinh bột sẽ không đồng đều và gặp nhiều khó
khăn do đó tốc độ thuỷ phân thấp. Tuy nhiên nếu tăng tỷ lệ H2O/tinh bột lên quá cao sẽ làm giảm nồng độ xúc tác, điều này dẫn tới làm giảm mật độ tiếp xúc c a H+ với mạch tinh bột và quá trình phân cắt mạch tinh bột giảm đi, mặt khác khi tỷ lệ H2O/tinh bột lớn thì hiệu suất thu hồi giảm, hiệu quả kinh tế không cao. Từ kết quả trên chúng tôi chọn tỷ lệ H2O/tinh bột là 2/1.
3.2.5. Ảnh hưởng của tác nhân trung hoà
Trong phần này chúng tôi sử dụng tác nhân trung hoà khác nhau là NaOH, KOH và Na2CO3. Quá trình thuỷ phân tinh bột bằng axit HCl được tiến hành ở 30oC, với tỷ lệ axit/tinh bột là 0,08, thời gian phản ứng là 16 tiếng và tỷ
lệ H2O/tinh bột là 2/1. Ảnh hưởng c a loại chất trung hoà đến độ nhớt và hàm lượng tro c a sản phẩm tinh bột biến tính được trình trong bảng 3.9.
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của tác nhân trung hoà đến độ nhớt và hàm lượng tro của tinh bột biến tính
Hàm lượng tro, % | Độ nhớt, cps | |
NaOH | 0,46 | 39,7 |
KOH | 0,62 | 40,1 |
Na2CO3 | 0,39 | 39,6 |
Kết quả bảng 3.9 cho thấy thay đổi tác nhân trung hoà hầu như không ảnh hưởng đến độ nhớt c a sản phẩm tinh bột biến tính. Tuy nhiên khi sử dụng KOH làm tác nhân trung hoà sẽ làm tăng hàm lượng tro trong tinh bột, kết quả này ch yếu là do trọng lượng phân tử muối kali cao hơn c a muối natri. Trong khi đó Na2CO3 lại làm giảm hàm lượng tro trong sản phẩm so với NaOH, điều có thể được giải thích là do quá trình trung hoà axit trong tinh bột chưa diễn ra triệt để bởi các ion CO32- có thể do cấu trúc cồng kềnh và ít hòa tan nên khó thâm nhập
vào cấu trúc tinh bột hơn các ion OH-. Do những ưu điểm về mặt giá thành, tốc
độ thuỷ phân và độ an toàn c a sản phẩm mà chúng tôi lựa chọn NaOH làm tác
nhân trung hoà.
3.2.6. Nghiên cứu quá trình tinh chế sản phẩm đạt tiêu chuẩn dược dụng
Sau quá trình th y phân tinh bột, chúng ta cần xử lý loại bỏ tạp chất cũng như sự thay đổi pH c a tinh bột bằng cách ngâm rửa sản phẩm để cho tinh bột có màu trắng, sáng và pH trung tính.
Để có tinh bột có màu trắng sáng cũng như loại bỏ được phần axit dư, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm làm sạch tinh bột bằng cách loại tạp chất đơn giản nhất nhằm nâng cao chất lượng, giảm hao hụt bằng phương pháp dùng nước sạch để rửa tinh bột. Dung dịch bột được hòa với nước, khuấy đều trong khoảng 10 phút, sau đó ngâm để lắng và loại bỏ nước bằng cách ly tâm. ột được rửa như vậy nhiều lần cho đến khi đạt độ cảm quan sau đó đánh giá chất lượng.
Bảng 3.10. Ảnh hưởng số lần rửa đến sự thay đổi pH
Lượng nước rửa (%) | pH | |
1 | 300 | 1,49 |
2 | 300 | 2,1 |
3 | 300 | 2,7 |
4 | 300 | 3,3 |
5 | 300 | 5,7 |
6 | 300 | 6,2 |
7 | 300 | 6,9 |
Bảng 3.11. Ảnh hưởng lượng nưc rửa đến sự thay đổi pH
Lượng nước rửa (%) | pH | |
1 | 400 | 3,2 |
2 | 400 | 5,8 |
3 | 400 | 6,4 |
4 | 400 | 7,0 |
Qua kết quả thử nghiệm chúng tôi thấy rửa sản phẩm 4 lần với tỷ lệ rắn/lỏng là 1:4 thì sản phẩm đạt pH trung tính, tiết kiệm được nước và công lao động trong các lần thay nước và lắng bột. Sau các lần thay nước và lắng bột, quan sát thấy tinh bột lắng xuống dưới và các tạp chất nổi lên trên bề mặt được loại bỏ. Sau đó lọc sản phẩm sấy khô đến độ ẩm 5% và xác định tiêu chuẩn thông qua việc đo độ nhớt.
3.2.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy lên độ nhớt của sản phẩm
Sản phẩm tinh bột sau khi lọc có độ ẩm là 2,7 % được đưa vào thiết bị sấy. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng c a nhiệt độ sấy lên độ nhớt c a tinh bột được trình bày trong hình .1 .
39.95
Độ nhớt sản phẩm (cP)
39.9
39.85
39.8
39.75
39.7
39.65
39.6
50,0 51,0 52,0 53,0 54,0 55,0
Nhiệt độ sấy (0C)
Hình 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến độ nhớt sản phẩm
Kết quả cho thấy khi tăng nhiệt độ sấy từ 50-55C thì giá trị độ nhớt c a sản phẩm là không thay đổi và đạt giá trị 39,7Cp trong khoảng nhiệt độ từ 50- 53C. Nhưng khi nhiệt độ tiếp tục tăng thì độ nhớt có xu hướng tăng lên. Vì vậy nhiệt độ sấy tối ưu được lựa chọn là 52C.
Ảnh hưởng c a thời gian sấy đến độ nhớt c a sản phẩm được trình bày trong hình .14.
39.76
39.75
39.74
Độ nhớt của sản phẩm (cP)
39.73
39.72
39.71
39.7
39.69
39.68
39.67
9,0 10,0 11,0 12,0
Thời gian sấy (giờ)
Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian sấy đến độ nhớt sản phẩm
Kết quả cho thấy khi thời gian sấy tăng từ 7 giờ tới 12 giờ thì độ nhớt c a sản phẩm sấy không thay đổi và có giá trị là ,7Cp, nhưng khi thời gian tăng lên quá 11 giờ độ nhớt sản phẩm bắt đầu tăng. Vì vậy thời gian sấy để thu được sản phẩm có độ nhớt đạt yêu cầu là 10 giờ.
3.2.8. Cấu trúc và tính chất nhiệt của tinh bột biến tính bằng axit
3.2.8.1. Hình thái học
Ảnh kính hiển vi điện tử quét c a tinh bột sắn tự nhiên và biến tính axit được trình bày trên hình .15. Quá trình thuỷ phân tinh bột bằng axit HCl được tiến hành ở 30oC, thời gian phản ứng là 16 tiếng, tỷ lệ H2O/tinh bột là 2/1 ) với tỷ lệ axit/tinh bột biến đổi từ 0,02 đến 0,10.
Từ ảnh kính hiển vi điện tử quét có thể nhận thấy rằng bề mặt các hạt tinh bột sắn tự nhiên rất nhẵn và hầu như không xuất hiện các lỗ xốp. Sau 16 tiếng thuỷ phân bằng HCl với tỷ lệ axit/tinh bột là 0,02 và 0,04 thì bề mặt hạt tinh bột bị bào mòn nhẹ, và trên bề mặt đã xuất hiện các lỗ xốp. Sự bào mòn bề mặt trở nên rõ ràng hơn khi tăng tỷ lệ axit/tinh bột lên 0,06 và phần lớn lớp ngoài cùng c a hạt tinh bột bị ăn mòn khi tỷ lệ này là 0,10. Các kết quả này cho thấy quá trình thuỷ phân diễn ra ch yếu trên bề mặt các hạt tinh bột, các tác nhân axit phá