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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

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

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

Tháng 08/2011


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

Tác giả

VÕ HOÀNG HƯNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành
Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn:
PGS. TS. TRƯƠNG VĨNH


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

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

the

corn

starch

to

tapioca

starch

increased

the

rate

of

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

DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ xiv 
Chương 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................1 
1.1.  Đặt vấn đề ..........................................................................................................1 
1.2.  Mục đích của đề tài ............................................................................................2 
1.3.  Nội dung của đề tài ............................................................................................2 
1.4.  Yêu cầu của đề tài ..............................................................................................2 
Chương 2 TỔNG QUAN ................................................................................................3 
2.1.  Tổng quan về bao bì ..........................................................................................3 
2.1.1.  Khái niệm bao bì .......................................................................................... 3 
2.1.2.  Chức năng của bao bì ................................................................................... 3 
2.1.3.  Yêu cầu kỹ thuật đối với bao bì ................................................................... 3 
2.1.4.  Một số vấn đề về việc sử dụng bao bì nylon hiện nay ................................. 4 
2.2.  Polymer tự hủy sinh học ....................................................................................7 
2.2.1.  Khái niệm ..................................................................................................... 7 
2.2.2.  Một số tiêu chuẩn mà các nhà khoa học đưa ra để định nghĩa
polymer có khả năng phân hủy sinh học ................................................................ 7 
2.2.3.  Các loại polymer tự phân hủy sinh học ....................................................... 8 
2.2.4.  Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về các loại
polymer tự phân hủy sinh học................................................................................. 8 
2.2.5.  Ứng dụng của polymer sinh học ................................................................ 11 
2.3.  Nguyên liệu dùng làm bao bì sinh học ............................................................11 
2.3.1.  Tinh bột sắn................................................................................................ 11 
vii 
 


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

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

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

viii 
 


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


amylose/amylopectin

TCVN:

Tiêu chuẩn Việt Nam

AKD:

Alkyl Ketene Dimer: keo chống thấm trong ngành giấy

ASA:

Alkenyl Succinic Anhydride: keo chống thấm trong ngành giấy

ASTM:

American Standard Testing Method

ISO:

International Standard Oganization

PLA:

Polylactic acid

PBS:

Polybutylene succinate


polybutylene succinate

PBAT:

polybutylene adipate terephtalate

PHB:

polyhydroxybutyrate

PHV:

polyhydroxyvalerate

PCL:

polycaprolactone

EVOH:

ethylene vinylalcohol

ctv:

cộng tác viên

xi 
 


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

Hình 3.13. 

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

Hình 3.14. 

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

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

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

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

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

Hình 3.17. 

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

 


Hình 3.18. 



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

Hình 4.12. 

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

Hình 4.13. 

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

Hình 4.14. 

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

Hình 4.15. 

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

Hình 4.16. 

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

Hình 4.17. 

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

Hình 4.18. 

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


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

Bảng 3.2.

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

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

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

Bảng 3.4.

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

Bảng 3.5.

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

Bảng 3.6.

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

 

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


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

xv 
 


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.

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

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


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

ngành giấy AKD.


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

bao gói thực phẩm.


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

nghiệp.
1.3.

Nội dung của đề tài



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



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

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

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


Màng tạo thành có khả năng ứng dụng làm bao bì thực phẩm.
2 

 


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1.

Tổng quan về bao bì

2.1.1.

Khái niệm bao bì

Theo Tổng cục Tiêu chuẩn – Đo lường – Chất lượng số 23 TĐC/QĐ ngày 20
tháng 02 năm 2006:
“Bao bì là vật chứa đựng, bao bọc thực phẩm thành đơn vị để bán (bán lẻ và bán
sỉ). Bao bì có thể bao gồm nhiều lớp bao bọc, có thể phủ kín hoàn toàn hay chỉ bao bọc
một phần sản phẩm”.
Theo Wikipedia:
“Bao bì là một ngành khoa học, nghệ thuật và kỹ thuật của việc chứa đựng và bảo
vệ sản phẩm để phân phối, tồn trữ, buôn bán và sử dụng”.
2.1.2.

Chức năng của bao bì
 Tập hợp, chứa đựng
 Bảo vệ

tấn/ngày, lượng rác còn lại một phần dân tự xử lý bằng cách đốt, phần còn lại bị thải
phát tán vào đất, kênh rạch, ao hồ, ... Đây chính là nguồn gây ô nhiễm môi trường và
là mầm mống lan truyền, phát sinh dịch bệnh.
Đặc điểm hàm lượng rác thải sinh hoạt ở các đô thị Việt Nam được phân tích cụ
thể qua bảng 2.1.
Bảng 2.1. Hàm lượng rác thải sinh hoạt ở đô thị Việt Nam
(Nguồn: công ty Công trình đô thị - thị xã Sóc Trăng)
STT

Hàm lượng

Tỷ lệ trung bình, %

1

Rác hữu cơ

80 %

2

Bao bì nhựa, nylon

5–7%

3

Hàm lượng khác

11 – 13 %

Hàm lượng của các loại nhựa này không chứa chất độc, nhưng những chất phụ
gia làm cho nhựa mềm, dẻo lại có khả năng gây độc cho người. Những phụ gia này có
thể phản ứng ở nhiệt độ 70 – 80oC, trong khi đó nhiều người dân lại có thói quen sử
dụng túi nylon đựng đồ ăn nóng tới gần 100oC.
Ở những tình huống như vậy, khả năng đồ ăn đựng trong túi bị nhiễm độc là rất
cao, đặc biệt là nhiễm chất độc DOP. DOP là một hóa chất dẻo, có tác dụng giống như
hormone nữ, rất có hại cho nam giới và trẻ em khi cơ quan sinh dục chưa hoàn chỉnh.
Nếu bị nhiễm chất này lâu dài, các bé trai có thể bị nữ tính hóa, vô sinh nam, còn trẻ
5 
 


em nữ thì có nguy cơ dậy thì sớm. DOP tồn tại 5 – 10 % trong các hóa chất dẻo đang
được sử dụng.
Túi nylon rất khó tái sử dụng, nếu thải ra mà không được thu gom sẽ gây tắc
nghẽn cống rãnh, làm ứ đọng nước thải, phát sinh ruồi, muỗi, dịch bệnh, phá hủy mỹ
quan và hệ sinh thái đô thị. Nằm lẫn trong đất, sẽ cản trở sự sinh trưởng và phát triển
của cây trồng bởi vì nylon rất khó phân hủy, ...

Hình 2.2. Một dòng kênh đầy bao nylon, một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm
môi trường ở TP. Hồ Chí Minh
(Nguồn: http://www.tin247.com)
Nguy hiểm hơn, nếu đốt không đúng cách, nylon sẽ phát thải nhiều loại khí độc,
đặc biệt là dioxin – thứ chất độc mà nhân loại đang tiến hành loại trừ theo Công ước
Stockholm về bảo vệ môi trường.
Người ta tính rằng, vứt bỏ một túi nylon chỉ tốn 1 giây, nhưng nếu không có sự
tác động bởi nhiệt độ cao của ánh sáng mặt trời thì phải mất từ 500 năm đến 1000 năm
mới có thể phân hủy được. Tuy nhiên, nếu đốt nylon không đúng cách sẽ gây ô nhiễm
môi trường, nguy hại đến sức khỏe con người, động vật.
Theo các nhà khoa học, trong một số loại túi nylon có lẫn lưu huỳnh, dầu hỏa

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


2.2.3.

Các loại polymer tự phân hủy sinh học

2.2.3.1.

Các polymer tự phân hủy sinh học tự nhiên

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


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


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