BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
vectorstock.com/24597468
Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection
BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ỨNG DỤNG SẢN XUẤT HỘP ĐỰNG THỨC ĂN, CỐC, ĐĨA LÀM TỪ CELLULOSE TRONG VỎ QUẢ SẦU RIÊNG KẾT HỢP CHẤT KẾT DÍNH TỰ NHIÊN TỪ TINH BỘT VÀ SÁP ONG WORD VERSION | 2023 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM
Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594
L
LỜI CẢM ƠN
FI CI A
Trong quá trình nghiên cứu đề tài này em đã nhận được nhiều sự quan tâm,
giúp đỡ, hướng dẫn, dìu dắt tạo điều kiện về học tập cũng như kinh phí cho dự án từ Ban Giám Hiệu nhà trường, quý thầy cô giáo trong trường THCS – THPT Đông Du.
Trước tiên em chân thành cảm ơn các cấp lãnh đạo, sở giáo dục và đào tạo
OF
tỉnh Đăk Lăk đã tạo cho chúng em có cơ hội để thể hiện năng lực của bản thân, có cơ hội để giao lưu học hỏi, mở mang tầm nhìn, từ đó tạo động cơ học tập, phấn đấu vươn lên.
ƠN
Em xin gửi đến cô Trần Thị Thu Hà lời cảm ơn chân thành nhất. Cô là người đã hướng dẫn khoa học cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài với lòng nhiệt
NH
tình, chu đáo để em có thể làm tốt công việc nghiên cứu của mình. Em cũng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến BGH, quý thầy cô giáo trong trường THCS - THPT Đông Du.
QU Y
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, đã tạo điều kiện cũng như đóng góp những ý kiến có giá trị để em có được kết quả như hôm nay. Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên đề tài này không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý Em xin chân thành cảm ơn!
DẠ
Y
KÈ
M
kiến của các quý thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
www.instagram.com/daykemquynhon
3
L
DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng
Trang
Bảng 1.1
Thành phần các chất có trong sáp ong
25
Bảng 3.2.2
Thời gian phân hủy sản phẩm hộp cơm
35
DẠ
Y
KÈ
M
QU Y
NH
ƠN
OF
FI CI A
Số hiệu bảng
www.instagram.com/daykemquynhon
4
L
DANH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒ
Tên hình, biểu đồ
1.1
Đơn vị lặp lại chuỗi Cellulose cho thấy định hướng của liên kết β-(1-4)- Glycozit và liên kết hydro trong phân tử.
13
1.2
Sơ đồ cấu tạo của chuỗi Cellulose: (a) sợi Cellulose, (b) vi sợi Cellulose, (c) sợi sơ cấp, (d) cấu trúc hóa học của Cellulose cơ bản.
14
1.3
Liên kết hydro trong và ngoài mạch Cellulose
15
1.4
Cây sầu riêng
2.1
Quy tình chế tạo Cellulose từ vỏ sầu riêng
29
2.2
Băm nhỏ và phơi khô vỏ sầu riêng
30
2.2.a
Ảnh hưởng của khối lượng NaOH đến % Lignin bị loại.
31
2.2.b
Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu đến % Lignin bị loại.
31
QU Y
NH
ƠN
OF
FI CI A
Số hiệu hình, biểu đồ
Trang
18
Nấu vỏ sầu riêng với NaOH
32
2.4
Xay nhuyễn vỏ sầu riêng
32
2.5
Cellulose mịn
33
2.6
Bột để làm hồ tinh bột
33
2.7
Hồ tinh bột
34
KÈ
M
2.3
Bột làm đồ đựng thực phẩm làm từ Cellulose sầu riêng
34
2.9
Thành phẩm
35
DẠ
Y
2.8
www.instagram.com/daykemquynhon
5
L
MỤC LỤC
FI CI A
DANH MỤC CÁC BẢNG ..........................................................................................4 DANH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒ ...................................................................................5 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ............................................8 ĐẶT VẤN ĐỀ ...........................................................................................................11 1. Lý do chọn đề tài....................................................................................................11
OF
2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................................11 3. Thời gian nghiên cứu. ............................................................................................12 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU. .....................................................................................13
ƠN
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CELLULOSE VÀ TÍNH CHẤT CỦA CELLULOSE. ..........13 1.1.1. Nguồn gốc và cấu trúc của Cellulose. .............................................................13 1.1.2. Tính chất hóa lý của Cellulose.........................................................................15
NH
1.2. TỔNG QUAN VỀ CÂY SẦU RIÊNG..............................................................17 1.2.1. Đặc điểm sinh học của cây sầu riêng. ..............................................................17 1.2.2. Thực trạng sử dụng vỏ sầu riêng ở Việt Nam..................................................19
QU Y
1.2.3. Phương pháp chiết tách Cellulose từ vỏ quả sầu riêng. ...................................21 1.3. TINH BỘT. .........................................................................................................22 1.4 . SÁP ONG...........................................................................................................24 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................28 2.1. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM ..........................................................28
M
2.1.1. Hóa chất:..........................................................................................................28 2.1.2. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm: ...........................................................................28
KÈ
2.2. QUY TRÌNH CHẾ TẠO CELLULOSE TỪ VỎ SẦU RIÊNG: ......................29 2.2.1. Tách Cellulose từ vỏ sầu riêng.........................................................................29 2.2.2. Cách tiến hành. ................................................................................................30
Y
3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ. .......................................................................35
DẠ
3.1. QUY TRÌNH THỰC NGHIÊM: .......................................................................35 3.1.1. Kiểm nghiệm độ an toàn bằng phương pháp hóa học .....................................35 3.1.2. Kiểm nghiệm độ an toàn tại trung tâm kiểm nghiệm. .....................................35 www.instagram.com/daykemquynhon
6
Kết Quả.
......................................................................................................36
FI CI A
3.2.
L
3.1.3. Tiến hành thực nghiệm. ...................................................................................35 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ........................................................................................37 1. KẾT LUẬN ............................................................................................................37 2. Kiến nghị
............................................................................................................37
DẠ
Y
KÈ
M
QU Y
NH
ƠN
OF
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................38
www.instagram.com/daykemquynhon
7
L
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
FI CI A
1. Thông tin chung
- Tên đề tài: Ứng dụng sản xuất hộp đựng thức ăn, cốc, đĩa làm từ Cellulose trong vỏ quả sầu riêng kết hợp chất kết dính tự nhiên từ tinh bột và sáp ong. - Nhóm tác giả: Họ và tên
Năm sinh
Chủ nhiệm/tham gia
Lớp
1
Lê Văn Huy
2005
Nhóm trưởng
10A1
2
Nguyễn Thị Thảo Nguyên
2005
Thành viên
10A1
ƠN
NH
- Giáo viên hướng dẫn: Trần Thị Thu Hà
OF
TT
2. Mục tiêu đề tài: Sản xuất được hộp đựng thức ăn, ly, đĩa làm từ cellulose trong vỏ quả sầu riêng
QU Y
3. Tính mới và sáng tạo:
- Tận dụng phế phẩm vỏ sầu riêng tạo hộp, cốc, đĩa dùng trong thực phẩm. - Sử dụng chất kết dính hữu cơ, an toàn và dễ phân hủy. khuẩn.
M
- Màng chống thấm làm từ sáp ong trên sản phẩm chống thấm tốt, an toàn, kháng
KÈ
- Sản phẩm này đáp ứng điều kiện sử dụng nguyên liệu tự nhiên, an toàn, thân thiện với môi trường.
4. Kết quả nghiên cứu:
Y
⁃ Tạo bột được Cenlulose chiết xuất từ vỏ sầu riêng,
DẠ
⁃ Tạo hình sản phẩm hộp, cốc, đĩa từ bột Cenlulose và chất kết dính tự nhiên. ⁃ Tạo ra màng chống thấm sáp ong. ⁃ Sản phẩm có thể ứng dụng thực tế và rộng rãi. www.instagram.com/daykemquynhon
8
L
FI CI A
5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: - Nguyên liệu dễ tìm, chi phí thấp (nguyên liệu là những phế phẩm nông nghiệp) dẫn đến thành phẩm giá cả hợp lý.
OF
- Giải quyết được một phế phẩm nông nghiệp dễ gây ô nhiễm, tăng thu nhập cho nông dân. Khả năng ứng dụng vào thực tiễn: Cao
ƠN
6. Công bố khoa học của học sinh từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):............................................................................................................................
NH
..................................................................................................................................
Đăk Lăk, ngày…….tháng…….năm……. Học sinh chịu trách nhiệm chính (Ký và ghi rõ họ tên)
KÈ
M
QU Y
..................................................................................................................................
DẠ
Y
Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi): ......................................................................................................................................
...................................................................................................................................... www.instagram.com/daykemquynhon
9
L
......................................................................................................................................
FI CI A
......................................................................................................................................
Đăk Lăk, ngày 30 tháng 12 năm 2020. Xác nhận của Nhà trường
Giảng viên hướng dẫn
DẠ
Y
KÈ
M
QU Y
NH
ƠN
OF
(Ký và ghi rõ họ tên)
www.instagram.com/daykemquynhon
10
L
ĐẶT VẤN ĐỀ
FI CI A
1. Lý do chọn đề tài
Sẩu riêng là cây ăn trái của nông nghiệp Việt Nam. Lượng phế phẩm nông nghiệp sau thu hoạch như vỏ sầu riêng... hàng năm có khối lượng rất lớn. Đến nay, việc xử lý triệt để vỏ sầu riêng vẫn chưa đạt hiệu quả tối đa, gây ra nhiều vấn đề về môi trường và
OF
kinh tế- xã hội.
Thành phần chính trong vỏ sầu riêng là Cellulose và Lignin. Các chất trên là những hợp chất cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên có tiềm năng to lớn thay thế cho một số
ƠN
sản phẩm công nghiệp được sản xuất từ dầu mỏ, khí đốt hoặc các nguồn nguyên liệu, nhiên liệu không tái tạo. Mặt khác, các vật liệu có nguồn gốc thiên nhiên có khả năng phân huỷ sinh học, dễ xử lý, thu hồi, tránh gây ô nhiễm môi trường và làm giảm giá thành
NH
sản phẩm. Đây chính là xu hướng phát triển vật liệu mới trong tương lai đang được chú ý.
Hiện nay có nhiều phương pháp tách Lignin và Cellulose như phương pháp axit,
QU Y
phương pháp kiềm, phương pháp dung môi hữu cơ... Tuy nhiên, số công trình nghiên cứu liên quan đến Cellulose và Lignin tách từ vỏ sầu riêng ở Việt Nam còn rất ít, . Với tiềm năng to lớn của Cellulose từ vỏ sầu riêng trong tương lai, đề tài “Ứng
M
dụng sản xuất hộp đựng thức ăn, cốc, đĩa làm từ Cellulose trong vỏ quả sầu riêng kết hợp chất kết dính tự nhiên từ tinh bột và sáp ong” đã được đặt ra nghiên cứu nhằm
KÈ
mục đích giải quyết các vấn đề nêu ra ở trên. 2. Mục tiêu của đề tài
Y
Nghiên cứu chế tạo ra sản phẩm hộp đựng thức ăn, cốc, dĩa từ vỏ sầu riêng dễ
DẠ
thực hiện, giá thành rẻ, đảm bảo an toàn thực phẩm và thân thiện với môi trường. Ở Việt Nam – là 1 nước trồng nhiều sầu riêng hạt và múi sầu riêng được sử dụng
nhiều nhưng vỏ lại chưa được sử dụng rộng rãi, là phế phẩm thải gây ô nhiễm môi
trường. www.instagram.com/daykemquynhon
11
L
Chế tạo ra chất kết dính tự nhiên từ tinh bột để thay thế các chất dính công nghiệp.
FI CI A
Ý tưởng “Ứng dụng sản xuất hộp đựng thức ăn, cốc, đĩa làm từ Cellulose trong vỏ quả sầu riêng kết hợp chất kết dính tự nhiên từ tinh bột và sáp ong” ra đời giúp phần nào giải quyết nguồn nguyên liệu dư thừa tại chỗ. Đồng thời sản phẩm hộp đựng thức ăn, cốc, dĩa cũng góp phần thay thế các sản phẩm sản xuất từ hóa chất bằng các 3. Thời gian nghiên cứu. Từ tháng 11 năm 2020 đến tháng 1 năm 2021
OF
sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, góp phần bảo vệ môi trường.
- Từ ngày 1/11/2020-15/11/2020 tiến hành lên kế hoạch nghiên cứu, tra cứu
ƠN
thông tin và tìm nguyên liệu vỏ sầu riêng.
- Từ ngày 16/11/2020 – 15/12/2020 tiến hành thí nghiệm tách Cellulose từ vỏ
NH
sầu riêng.
- Từ 16/12/2020 – 25/12/2020 tiến hành làm bột giấy từ Cellulose từ vỏ sầu riêng và chất kết dính hữu cơ và tiến hành ép định hình sản phẩm - Từ 26/12/2020 – 31/12/2020 tiến hành phủ màng chống thấm lên sản phẩm
DẠ
Y
KÈ
M
QU Y
ép định hình và tiến hành thực nghiệm tại nhà ăn của trường.
www.instagram.com/daykemquynhon
12
L
1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.
FI CI A
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CELLULOSE VÀ TÍNH CHẤT CỦA CELLULOSE.
1.1.1. Nguồn gốc và cấu trúc của Cellulose. Cellulose là thành phần chính của sợi thực vật và được bổ sung liên tục thông qua quá trình quang hợp của thực vật [1]. Nó là một loại polyme thiên nhiên mạch thẳng (công thức phân tử là [C6H7O2(OH)3]x) với đơn vị mắt xích là Anhydro-β-
OF
Glucopyranozo (AGU) liên kết với nhau bằng liên kết β-(1-4)- Glycozit (hình 1.1). Mỗi một mắt xích AGU có các nhóm Hydroxyl (OH) ở các vị trí C2, C3 và C6, có khả năng tham gia nhiều phản ứng đặc trưng cho các nhóm Hydroxyl bậc 1 và bậc
ƠN
2. Các nhóm Hydroxyl ở cuối mạch phân tử Cellulose tức là ở vị trí C1 và C4 có tính chất khác nhau: nhóm OH ở vị trí C1 có tính chất khử còn nhóm OH ở C4
NH
không có tính chất này. Các nguyên tử Oxy của các nhóm Hydroxyl cũng như các nguyên tử oxy trong các vòng AGU tham gia tạo các tương tác nội và ngoại phân
KÈ
M
QU Y
tử tạo cầu hydro và tham gia các phản ứng thủy phân khác[2] .
Hình 1.1. Đơn vị lặp lại chuỗi Cellulose cho thấy định hướng của liên kết
Hoạt tính của Cellulose phụ thuộc vào khả năng phản ứng của các nhóm
DẠ
Y
β-(1-4)- Glycozit và liên kết hydro trong phân tử. [3]
Hydroxyl bậc 1 và bậc 2 trên các vòng Glycozit. Thông thường, các nhóm
Hydroxyl bậc 1 có khả năng phản ứng cao hơn nhóm Hydroxyl bậc 2, nguyên nhân
là do chúng ít bị cản trở không gian hơn. Tỷ lệ vùng tinh thể và vô định www.instagram.com/daykemquynhon
13
L
hình trong cấu trúc của Cellulose cũng ảnh hưởng tới sự tiếp cận các nhóm chức
FI CI A
trên trong các phản ứng [4] .
Các nhóm Hydroxyl của gốc Glucose ở mạch này tạo liên kết hydro với nguyên tử Oxy của mạch khác giữ cho các mạch ở bên cạnh nhau một cách vững chắc, hình thành nên các vi sợi (microfibril) với độ bền cao.
Bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, người ta xác định được Cellulose có
OF
những nét đặc trưng của vật liệu tinh thể, trong đó tinh thể định hướng theo trục của sợi, mật độ tinh thể có thể lên tới 1.588g/cm3. Ngược lại, vùng vô định hình có khoảng cách giữa các chuỗi phân tử lớn hơn do sự sắp xếp không đồng đều các [5,6]
KÈ
M
QU Y
NH
.
ƠN
đại phân tử, do đó mật độ Cellulose trong vùng vô định hình thấp hơn, chỉ 1.5g/cm3
Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo của chuỗi Cellulose: (a) sợi Cellulose, (b) vi sợi
Y
Cellulose, (c) sợi sơ cấp, (d) cấu trúc hóa học của Cellulose cơ bản. [4] Trong mạng tinh thể, các đoạn đầu mạch xếp theo hướng song song với
DẠ
nhau. Các phân tử Cellulose có cấu trúc trật tự cao do độ cứng của vòng
Anhydroglucose và lực hấp dẫn mạnh liên hợp với liên kết Hydro của các nhóm Hydroxyl. Các liên kết hydro có thể tạo thành trong và ngoài mạch Cellulose www.instagram.com/daykemquynhon
14
NH
ƠN
OF
FI CI A
L
(hình 1.3) hoặc giữa các lớp Cellulose. [2]
Hình 1.3. Liên kết hydro trong và ngoài mạch Cellulose Do cấu trúc thẳng, khá cân đối và nhiều nhóm Hydroxyl trong phân tử, các
QU Y
Polyme Cellulose có thể hình thành cấu trúc tinh thể cùng với nhau từ các liên kết hydro. Vùng tinh thể đóng vai trò quan trọng đến tính cơ lý của của sợi Cellulose. Các nhóm Hydroxyl trong polyme Cellulose có thể hình thành liên kết hydro với các polyme Cellulose khác (liên kết hydro ngoại phân tử) hoặc trong chính polyme
M
(liên kết hydro nội phân tử). Liên kết nội phân tử tạo tính cứng của chuỗi polyme
KÈ
trong khi liên kết ngoại phân tử cho phép các polyme mạch thẳng hình thành các cấu trúc tấm.
Các liên kết hydro trong sợi Cellulose liên kết với nhau rất chặt chẽ tạo thành
Y
một hệ thống mạng liên kết dày đặc và bền vững, điều này khiến cho sợi Cellulose
DẠ
không tan trong nước và hầu hết các dung môi hữu cơ thông thường.
1.1.2. Tính chất hóa lý của Cellulose. Cellulose là polyme vừa phân cực mạnh vừa kết tinh cao, không tan trong
nước và chỉ hòa tan trong một số ít dung môi đặc biệt có khả năng làm trương 15 www.instagram.com/daykemquynhon
L
Cellulose. Sự trương nở này xảy ra khi dung môi lọt vào vùng vô định hình của
FI CI A
phân tử, ở đó các phân tử liên kết lỏng lẻo với nhau. Vùng vô định hình có thể hấp
thụ nước và trương lên, còn vùng kết tinh mạng lưới liên kết hydro ngăn cản sự trương này.
Sự trương trong tinh thể xảy ra khi có mặt dung môi gây trương có ái lực mạnh hơn tương tác giữa các phân tử Cellulose và gây ra hiện tượng phá vỡ liên
OF
kết giữa các phân tử Cellulose. Các dung môi thường được sử dụng để gây trương nở Cellulose là NaOH đậm đặc, dung dịch Cu(OH)2 trong Amoniac…[7] . Cellulose có thể bị thủy phân thành glucose khi đun nóng trong môi trường axit hoặc kiềm.
ƠN
Liên kết Glicozit trong phân tử không bền với axit, và dưới tác dụng của axit chúng bị phân hủy tạo thành các sản phẩm thủy phân.
NH
Xử lý bằng kiềm là một phương pháp gây trương khá hiệu quả và tiết kiệm thường được áp dụng. Trong quá trình này, kiềm không chỉ gây trương mà còn hòa tan và loại bỏ các thành phần Hemicellulose và Lignin có trong sợi thực vật.
QU Y
Quá trình hòa tan các thành phần này tạo ra lỗ trống trong cấu trúc của sợi. • Tính chất vật lý:
Cellulose là chất rắn dạng sợi, có màu trắng, không mùi, không vị. Có tính bền vững cơ học cao, chịu được nhiệt độ đến 200oC mà không bị phân hủy. Tỷ trọng lúc khô là 1.45, khi khô Cellulose dai và khi thẩm nước nó mềm đi. Cellulose không tan trong
M
nước và các dung môi hữu cơ nhưng tan trong dung dịch Schweizer (dung dịch
KÈ
Cu(OH)2 tan trong ammoniac NH3),axit vô cơ mạnh như: HCl, HNO3…và một số dung dịch muối: ZnCl2,PbCl2… • Tính chất hóa học:
Y
+ Phản ứng thủy phân: Cellulose được cấu tạo bởi các mắc xích β-D-glucose liên kết
DẠ
với nhau bằng liên kết 1,4 glucocid, do vậy liên kết này thường không bền. Đun nóng Cellulose trong dung dịch acid vô cơ đặc thu được Glucose. Phương trình phản ứng : www.instagram.com/daykemquynhon
16
L
,
+ ⎯⎯
FI CI A
+ Phản ứng với acid vô cơ:
Đun nóng Cellulose trong hỗn hợp Acid Nitric đặc và Acid Sunfuric đặc thu được Cenlulose Nitrat. đ ,
OF
+ 3 đ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
+3
Cellulose là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật, tạo nên bộ khung của cây.
ƠN
Cellulose là hợp chất hữu cơ nhiều nhất trong tự nhiên, chiếm khoảng 50% Cacbon hữu cơ của khí quyển.
+ Lignin là nhựa nhiệt dẻo, mềm đi dưới tác dụng của nhiệt độ và bị hòa tan trong
NH
một số hợp chất hóa học. Trong gỗ, bản thân Lignin có màu trắng. Lignin có cấu trúc phức tạp, là một Polyphenol có mạng không gian mở. Thành phần thay đổi theo từng loại gỗ, tuổi cây hoặc vị trí của nó trong gỗ. Cấu trúc đơn vị cơ bản là Phenyl Propan.
QU Y
Từ đơn vị cơ bản là Phenyl Propan và cấu trúc điển hình được đề nghị cho Lignin là Guaicyl propan (G), Syringyl propan (S) và Parahydroxylphenyl propan (P). Lignin là hợp chất có hoạt tính cao, trong phân tử có các nhóm chức đáng chú ý: nhóm –OH của phenol, nhóm –OH ancol bậc 1 và bậc 2, nhóm – OCH3 (metoxy), nhóm
M
cacbonyl và khả năng enol hóa cho sản phẩm có 1 liên kết đôi và một nhóm –OH.
KÈ
Lignin rất dễ bị oxi hóa trong điều kiện trung bình, cho sản phẩm là axit thơm như axit benzoic, protocacheuic. Lignin bị oxi hóa trong điều kiện mạnh hơn cho sản phẩm là axit như Axetic, Oxalic, Succinic.
Y
1.2. TỔNG QUAN VỀ CÂY SẦU RIÊNG.
DẠ
1.2.1 Đặc điểm sinh học của cây sầu riêng. Sầu riêng là loại cây ăn quả thuộc chi Durio (chi sầu riêng) được biết đến rộng
rãi tại Đông Nam Á, người Khmer gọi là turen và người Mã Lai - Nam Dương gọi là www.instagram.com/daykemquynhon
17
L
Djoerian (về sau viết là Doerian). Ngày nay hầu hết các quốc gia trên thế giới gọi loài
FI CI A
cây này là Durian.
Cây sầu riêng có thể cao tới 40 mét. Lá luôn xanh, đối xứng hình êlip đến hình thuôn dài từ 10-18 cm. Hoa nở từng chùm từ 3-30 trên cành lớn và thân, mỗi hoa có đài hoa và 5 (ít khi 4 hay 6) cánh hoa. Trái sầu riêng chín sau 3 tháng sau khi thụ phấn. Trái có thể dài tới 40 cm và đường kính 30 cm, nặng từ 1 đến 5 kg. Trái có thể
OF
mọc trên thân cây, cành. Sầu riêng có thể có trái sau khi trồng 4 tới 5 năm. Màu của trái có thể từ xanh sang nâu, hình dạng thuôn đến tròn. Bên ngoài có lớp vỏ cứng bao với gai nhọn, và mùi nồng đặc trưng tỏa từ thịt bên trong. Nhiều người xem đó là
ƠN
thơm, nhưng có người cho đó là thối. Cả hai kết quả phẩm bình, tuy mâu thuẫn nhưng đều có lý. Trong trái sầu riêng chín, theo các chuyên gia hóa học, có hơn 100 chất,
NH
trong đó có một số thuộc ête (ether) thơm, và một số ête thối, có thành phần lớn lưu huỳnh. Thơm hay thối là kết quả của khứu giác cá nhân: tiếp nhận ête thơm trước tiên,
DẠ
Y
KÈ
M
QU Y
hay tiếp nhận ête thối trước tiên mà thôi.
Hình 1.4: Cây sầu riêng
www.instagram.com/daykemquynhon
18
L
- Quả có màu xanh lợt đầy gai bên ngoài, gai rất nhọn nhưng ngắn khi chín thì vỏ nứt
FI CI A
ra có mùi thơm sực nức. Mỗi ngăn có chứa từ hai đến ba múi hạt lép lớp cơm rất dày khi ăn vào có vị béo, ngọt, thơm, xơ dính vào hạt.
- Vỏ sầu riêng là phần bỏ đi từ quả sầu riêng. Trong 1 quả sầu riêng phần vỏ chiếm tới 60 – 70% khối lượng quả. -Công dụng của vỏ quả sầu riêng:
OF
+ Trong y học: Theo Đông y vỏ quả sầu riêng có vị đắng, tính ấm, có tác dụng ích khí, tiêu thực, cầm mồ hôi, làm ấm phổi để chữa ho, thường được dùng làm thuốc bổ khí, chữa đầy bụng, khó tiêu, ho do hàn, cảm sốt. Ngày dùng 15 - 20g, thái nhỏ nấu
ƠN
nước uống.
+ Ngoài ra vỏ sầu riêng còn có thế ứng dụng phần Cellulose trong vỏ để chế tạo các
NH
hộp đựng thức ăn, cốc đĩa.
1.2.2. Thực trạng sử dụng vỏ sầu riêng ở Việt Nam. Nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm mưa nhiều tạo điều kiện cho
QU Y
cây sầu riêng phát triển mạnh và có năng xuất khá cao. Lượng sầu riêng sản xuất ra lớn tuy nhiên phần được sử dụng chỉ có múi thịt và hạt sầu riêng. Trong khi đó vỏ sầu riêng chiếm phần lớn khối lượng, nhưng không được sử dụng do đó tạo ra một lượng lớn phế phẩm nông nghiệp.
Ở nước ta, theo số lượng thống kê năm 2016, diện tích trồng sầu riêng ở Việt Nam
M
khoảng 32,3 nghìn ha, sản lượng 336,9 nghìn tấn là thời điểm sầu riêng có giá nhất.
KÈ
Từ năm 2016, các hộ nông dân bắt đầu có xu hướng phá tiêu, cà phê để trồng sầu riêng. Các sản phẩm chủ yếu từ sầu riêng như sầu riêng đông lạnh, bột sầu riêng, sầu riêng sấy, nguyên liệu làm bánh, chè,... Hạt sầu riêng để ươm cây, ngoài ra còn được
Y
dùng trong thực phẩm.
DẠ
Vỏ sầu riêng là phế phẩm nông nghiệp chiếm phần lớn quả sầu riêng. Nó vừa làm ô nhiễm môi trường, vừa chưa được tận dụng về mặt giá trị kinh tế. Do đó, nghiên cứu
này được thực hiện nhằm đưa ra quy trình sản xuất hộp đựng thực phẩm, chén đĩa và www.instagram.com/daykemquynhon
19
L
công dụng của nó. Kết quả ban đầu này sẽ góp phần giúp phổ biến sản phẩm này hơn
FI CI A
và góp phần sử lí phế phẩm nông nghiệp mang lại một phần hiệu quả trong kinh tế.
Hộp đựng thực phẩm rất phổ biến trên thị trường thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Với giá thành rẻ và tiện lợi, hộp xốp, túi nilon được sử dụng phổ biến để đựng thức ăn, đồ uống. Đặc biệt, trong xã hội hiện đại bận rộn, nhiều người đã chọn ăn ở hàng quán hoặc mua đồ ăn sẵn mang về, hộp xốp, ly xốp lại càng được dùng nhiều.
OF
Tại nhiều quán ăn, cơm canh nóng được đựng trong túi hộp xốp, cầm tay trên nửa tiếng mà vẫn thấy nóng bỏng. Các loại hộp nhựa, hộp xốp, túi nilon chỉ được sử dụng để đựng thực phẩm nguội. Bên cạnh đó, không dùng các vật liệu này để chứa thực
ƠN
phẩm có tính axit như: dưa muối, các thực phẩm ngâm chua. Hộp xốp tuy rẻ, khá tiện dụng nhưng trong đó lại chứa nhiều chất độc hại ảnh hưởng đến sức khỏa người tiêu
NH
dùng. Và đặc biệt với ý thức của người dân xả rác bừa bãi thì hộp xốp sẽ là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường:
Thống kê về thực trạng rác thải nhựa trên toàn thế giới lượng rác thải đổ ra môi
QU Y
trường: Đến nay thế giới đã sản xuất ra 8,3 tỉ tấn nhựa, trong đó có 6,3 tỷ tấn là rác thải nhựa. Trung bình mỗi năm thế giới thải ra môi trường khoảng 300 triệu tấn rác thải nhựa, trong đó có khoảng 8 triệu tấn bị thải ra biển. Ước tính riêng Việt Nam lượng rác thải nhựa đổ ra biển mỗi năm khoảng 0,28– 0,73 triệu tấn/năm (chiếm gần 6% tổng lượng rác thải nhựa xả ra biển của thế giới). ... Nhưng 10% số lượng
KÈ
trường.
M
chất thải nhựa và túi nilon không được tái sử dụng mà thải bỏ hoàn toàn ra ngoài môi Theo tìm hiểu thực tế, trên thị trường đã có các sản phẩm vận dụng bã mía để làm hộp xốp sản xuất đại trà. Tuy nhiên sác sản phẩm đó sử dụng chất kết dính hóa học gây
Y
ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng.
DẠ
TS Cao Anh Đương cho biết, nếu không trộn thêm chất keo, bột dính thì gần như không thể làm được hộp xốp từ bã mía. Nếu hộp chỉ có thành phần là bã mía thì nó
giống như một loại thực phẩm, chỉ có chất hữu cơ, đương nhiên tốt cho sức khỏe. Còn www.instagram.com/daykemquynhon
20
L
nếu dùng để làm hộp xốp, thay thế nhựa tổng hợp mà trong quá trình sản xuất lại cho
FI CI A
thêm phụ gia độc hại thì tất nhiên không tốt cho sức khỏe. Loại keo dính phổ biến và rẻ tiền nhất hiện nay chình là keo phenol foocmandehit là một loại chất rất độc cho con người và môi trường. Bã mía muốn để sản xuất thành hộp xốp chắc chắn phải qua nhiều khâu xử lý. Nếu sử dụng loại keo này thì chất độc sẽ phôi ra thực phẩm, rất này chắc chắn sẽ phôi ra thực phẩm gây độc.
OF
nguy hiểm cho sức khỏe con người. Nếu dùng để đựng cá, thịt, thức ăn chín, loại keo Việc đấu tranh chống ô nhiễm môi trường và đảm bảo an toàn thực phẩm hạn chế việc ảnh hưởng đến sức khỏe do các chất độc trong hộp xốp là trách nhiệm của toàn dân.
ƠN
Xuất phát từ những lí do trên, chúng em tiến tới chọn đề tài: “Sản xuất hộp đựng thức ăn, cốc, đĩa làm từ vỏ sầu riêng sử dụng chất kết dính tự nhiên từ tinh bột và màng
NH
chống thấm bằng sáp ong”
Nghiên cứu dự án “Sản xuất hộp đựng thức ăn, cốc, đĩa làm từ vỏ sầu riêng sử dụng chất kết dính tự nhiên từ tinh bột và màng chống thấm bằng sáp ong” góp phần nhỏ
QU Y
vào cuộc đấu tranh phòng chống ô nhiễm môi trường và đảm bảo an toàn thực phẩm hạn chế việc ảnh hưởng đến sức khỏe do các chất độc trong hộp xốp và đặc biệt là giải quyết được nguồn phế phẩm nông nghiệp cho chính gia đình em và cộng đồng nơi em đang sinh sống.
1.2.3. Phương pháp chiết tách Cellulose từ vỏ quả sầu riêng.
M
Trong vỏ quả sầu riêng có hai thành phần chủ yếu là các Cellulose và Lignin.
KÈ
Nên tách Cenlulose từ vỏ quả sầu riêng thực chất là quá trình loại bỏ Lignin từ vỏ sầu riêng.
Để loại bỏ Lignin từ vỏ quả sầu riêng, ta thực hiện quá trình nấu với tác chất nấu
Y
thích hợp. Tác chất có tác dụng thúc đẩy quá trình nấu và làm cho việc tách Cellulose
DẠ
diễn ra dễ dàng và với hiệu suất cao hơn. Để tách Cellulose thì trong thực tế, người ta sử dụng rất nhiều tác chất nấu khác
nhau nhưng việc sử dụng tác chất nấu NaOH đạt được hiệu suất cao và giảm thiểu www.instagram.com/daykemquynhon
21
L
được nguy cơ ô nhiễm môi trường hơn những tác chất khác. Nên, trong khóa luận này
FI CI A
chúng tôi sử dụng tác chất nấu là NaOH.
Trong quá trình nấu với tác chất nấu là NaOH xảy ra rất nhiều phản ứng, nhưng có một số phản ứng quan trọng như sau : - Thủy phân Cellulose trong môi trường kiềm
Cấu trúc Cellulose bị oxi hóa tại C2 hoặc C3 khá nhậy với dung dịch kiềm. Sự
OF
phân hủy đại phân tử Cenlulose được tiến hành trước tiên qua sự hình thành một ion, rồi kế đó dịch chuyển điện tử và gây ra phản ứng cắt mạch - Phản ứng thủy phân Lignin trong môi trường kiềm
ƠN
Trong môi trường kiềm, ở nhiệt độ cao, Lignin có thể bị thủy phân, thực chất là sự cắt đứt các liên kết ete. Luôn có sự hình thành cấu trúc trung gian là metylen quinon
NH
(II), lúc này liên kết α-O-4 bị bẻ gãy. Tiếp theo là phản ứng cắt mạch của liên kết βO-4, có sự hình thành của nhóm cacbonyl tại Cβ. Các cấu trúc cacbonyl này trong điều kiện nấu Cellulose (t 0 cao, pH kiềm) có thể tham gia phản ứng ngưng tụ.
QU Y
Thêm vào bình phản ứng 600ml NaClO2 1,3%, sau đó thêm từ từ CH3COOH 10% để điều chỉnh pH của hỗn hợp đến khi đạt giá trị trong khoảng 3,5-4, khuấy bằng máy khuấy từ trong 2 giờ ở nhiệt độ 75 °C. Sau mỗi lần phản ứng, lọc và rửa phần không tan bằng cồn và nước cất. Quá trình được lặp lại 3 lần. Ta sẽ thu được Cellulose tinh.
M
1.3. TINH BỘT.
KÈ
- Tinh bột tiếng Hy Lạp là amidon (CAS# 9005-25-8), công thức hóa học:
(C6H10O5)n là một Polysacarit carbohydrate chứa hỗn hợp Amyloza và Amylopectin, tỷ lệ phần trăm Amilose và Amilopectin thay đổi tùy thuộc vào từng loại tinh bột, tỷ
Y
lệ này thường từ 20 : 80 đến 30 : 70. Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau
DẠ
có tính chất vật lý và thành phần hóa học khác nhau. Chúng đều là các Polymer cacbohydrat phức tạp của Glucose (công thức phân tử là C6H12O6). Tinh
bột được thực vật tạo ra trong tự nhiên trong các quả, củ như: ngũ cốc. Tinh bột, cùng www.instagram.com/daykemquynhon
22
L
với protein và chất béo là một thành phần quan trọng bậc nhất trong chế độ dinh
FI CI A
dưỡng của loài người cũng như nhiều loài động vật khác. Ngoài sử dụng làm thực phẩm ra, tinh bột còn được dùng trong công nghiệp sản xuất giấy, rượu, băng bó xương. Tinh bột được tách ra từ hạt như ngô và lúa mì, từ rễ và củ như sắn, khoai tây, dong là những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp. - Tính chất vật lí:
OF
+ Màu trắng, có nhiều trong các loại hạt (gạo, mì, ngô,…), củ (khoai, sắn,…) và quả (táo, chuối,…)
+ Chất rắn vô định hình, không tan trong nước lạnh, phồng lên và vỡ ra trong nước
ƠN
nóng tạo thành dung dịch keo gọi là hồ tinh bột. - Tính chất hóa học:
NH
+ Phản ứng thủy phân cho Glucose
+ →
+ Hồ tinh bột phản ứng với dung dịch Iot
QU Y
Dung dịch Iot tác dụng với hồ tinh bột cho màu xanh lam đặc trưng.Phản ứng này xảy ra dễ dàng nên ta có thể dùng Iot để nhận ra tinh bột, ngược lại có thể dùng hồ tinh bột để nhận biết Iot.
Tinh bột được tạo thành trong cây xanh từ khí CO2 và H2O cùng ánh sáng Mặt Trời.
M
Phương trình có phản ứng tổng quát như sau: á % 'á (,)*ệ, -ụ/
+6
KÈ
6 + 5 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Quá trình tạo thành tinh bột (tổng hợp tinh bột - chất hữu cơ) có sự tham gia của ánh sáng mặt trời nên gọi là quá trình quang hợp.
Y
- Ứng dụng: tinh bột làm chất kết dính tự nhiên bằng phản ứng tạo hồ tinh bột thay
DẠ
thế cho chất kết dính nhân tạo.
- Tinh bột khoai mì là một nguyên liệu rất quan trọng trong việc tạo ra keo. Tinh bột khoai mì dựa trên dextrates là chất kết dính tuyệt vời và được sử dụng trong nhiều ứng dụng bao gồm cả giấy tờ trước khi gắn keo, băng, nhãn, tem và phong bì. www.instagram.com/daykemquynhon
23
L
+ Tinh bột khoai mì được sử dụng trong bao bì nhựa tự phân huỷ, công nghiệp lốp xe,
FI CI A
công nghiệp gỗ dán, chất tẩy rửa…
+ Keo dán được làm từ tinh bột khoai mì là một vật liệu quan trọng trong sản xuất ván ép. Chất lượng của gỗ dán phụ thuộc rất nhiều vào chất keo được sử dụng.
+ Tinh bột khoai mì được sử dụng trong sản xuất các chất tạo ngọt hoặc làm tác nhân kết dính cho sản phẩm bánh kẹo…
OF
+ Tinh bột khoai mì làm chất độn, tăng độ đặc trong súp và thực phẩm đóng hộp, kem và dược phẩm bị khô khi nấu, như xúc xích, thịt hộp.
ƠN
+ Tinh bột khoai mì làm chất kết nối, làm quánh các sản phẩm, giúp thực phẩm không + Tinh bột khoai mì được sử dụng trong sản xuất bánh kẹo, mì ăn liền, bún, miến, mì
NH
ống, mì sợi, bột khoai, bánh tráng, hạt trân châu (tapioca) - Trong sản phẩm này, tinh bột được sử dụng để làm chất kết dính, thay thế cho chất kết hóa học an toàn hơn cho sức khỏe người dùng.
QU Y
1.4 . SÁP ONG.
Sáp ong (Cera alba) là một chất sáp tự nhiên được ong mật thuộc chi Apis sản sinh ra. Sáp có dạng hình "vảy" bởi 8 tuyến sản sinh sáp trong phân đoạn bụng của ong thợ, con ong thải bỏ chúng bên trong hoặc tại tổ ong. Ong thợ thu thập và sử dụng chúng tạo thành lỗ tổ ong lưu trữ mật ong, bảo vệ ấu trùng và nhộng bên trong tổ ong.
M
Về mặt hóa học, sáp ong bao gồm chủ yếu các este của axit béo và những ancol mạch
KÈ
dài khác nhau.
Sáp ong được ứng dụng lâu đời trong lĩnh vực thực phẩm và hương liệu của con người. Ví dụ, sáp được dùng như chất tráng men, chất tạo ngọt hoặc như nguồn nhiệt. Sáp
Y
ong có thể ăn được, theo nghĩa có độc tính không đáng kể tương tự bơ thực vật và
DẠ
được chấp nhận sử dụng cho thực phẩm ở hầu hết quốc gia và Liên minh Châu Âu theo số E E901. Tuy nhiên, monoeste sáp trong sáp ong thủy phân kém trong ruột người và động vật hữu nhũ, vì vậy giá trị dinh dưỡng không đáng kể.[1] Một vài loài www.instagram.com/daykemquynhon
24
L
chim, như chim hút mật, có thể tiêu hóa sáp ong. Sáp ong là chế độ dinh dưỡng chính
FI CI A
của ấu trùng sâu bướm sáp nhỏ. • Đặc tính:
Sáp ong là một loại sáp bền chắc được hình thành từ hỗn hợp một số hợp chất.
OF
Sáp ong có đặc tính chống thấm .
Loại hàm lượng sáp
Monoeste Dieste
35% 14% 3%
Monoeste hydroxit
4%
Polyeste hydroxit
8%
este axit
1%
M
QU Y
Trieste
polyester axit
2%
Axit béo đơn
12%
Ancol béo đơn
1%
Không xác định
6%
KÈ Y DẠ
Tỷ lệ phần trăm 14%
NH
Hydrocarbon
ƠN
Triacontanyl palmitate, một este sáp, là một thành phần chính của sáp ong.
Bảng 1.1: Thành phần các chất trong sáp ong.
Công thức hóa học gần đúng của sáp ong là . Thành phần chính là palmitate, palmitoleate và este oleate của ancol béo chuỗi dài (30–32 cacbon), với www.instagram.com/daykemquynhon
25
L
tỷ lệ triacontanyl palmitate đến axit cerotic, hai thành phần chính, 6:1. Sáp ong được
FI CI A
phân loại tổng quát thành loại châu Âu và phương Đông. Giá trị xà phòng hóa thấp hơn (3–5) sáp ong châu Âu và cao hơn (8–9) sáp ong phương Đông.
Sáp ong có phạm vi nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp từ 62 đến 64 °C (143,6 đến 147,2 °F). Nếu sáp ong được nung nóng trên 85 °C (185,0 °F) xảy ra biến đổi màu. Điểm bốc cháy của sáp ong là 204,4 °C (399,9 °F). Khối lượng riêng tại 15 °C là
OF
958 kg/m³ đến 970 kg/m³.
Sáp ong thiên nhiên: dễ vỡ khi gặp lạnh; kết dính chặt ở nhiệt độ thường; nứt gãy khi khô và có hình hột. Tỷ trọng ở 15 °C (59 °F) từ 0,958 đến 0,975, sáp nóng chảy ở
ƠN
nhiệt độ 98 đến 99 °C (208,4 đến 210,2 °F) so với nước 15,5 °C (59,9 °F) là 0,822. Mềm hơn khi giữ trong tay và nóng chảy ở 62 đến 66 °C (143,6 đến 150,8 °F); đông
NH
đặc ở 60,5 đến 63 °C (140,9 đến 145,4 °F).
Trong mật ong có 17% là nước, phần còn lại là hai loại đường - đường fructose và glucose. Là chất siêu bão hòa, mật ong không bị tan chảy ở nhiệt độ bình thường
QU Y
trong phòng. Khi vi khuẩn hay nấm xâm nhập vào cơ thể, mật ong sẽ “tiến đến” hút nước khỏi các vật thể lạ và vô hiệu hóa “kẻ xâm nhập”. Mật ong cũng không chứa đủ nước để vi khuẩn sống dựa vào, do vậy mật ong không bị hư do không bị vi khuẩn xâm nhập.
- Ứng dụng của sáp ong:
M
+ Dùng trong thực phẩm, mỹ phẩm, và dược phẩm.
KÈ
+ Trong pha chế thực phẩm, sáp dùng làm chất phủ cho pho mát; bằng cách đóng kín không khí, bảo vệ tránh hư hỏng (tăng trưởng khuôn đúc). + Sáp ong cũng có thể được dùng như chất phụ gia thực phẩm E901, với lượng nhỏ
Y
hoạt động như tác nhân tráng men, giúp ngăn ngừa mất nước hoặc dùng bảo vệ bề
DẠ
mặt một số loại trái cây.
+ Sáp ong cũng là thành phần phổ biến trong kẹo cao su tự nhiên.
www.instagram.com/daykemquynhon
26
L
+ Sáp ong dùng làm chất kết dính trong mỹ phẩm như son môi, son bóng môi, kem
FI CI A
dưỡng da, thuốc sáp, kem dưỡng ẩm, phấn mắt, phấn má hồng và bút kẻ mắt.
+ Sáp ong cũng là thành phần quan trọng trong sáp vuốt ria và pomade, khiến tóc trở nên bóng mượt và sáng bóng.
+ Sáp ong là một thành phần trong sáp xương, được sử dụng trong quá trình phẫu thuật để kiểm soát máu chảy từ bề mặt xương.
OF
- Sử dụng sáp óng tráng lên bề mặt hộp đựng thực phẩm nhằm tạo nên một lớp chống
DẠ
Y
KÈ
M
QU Y
NH
ƠN
thấm, sát khuẩn.
www.instagram.com/daykemquynhon
27
L
2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
FI CI A
2.1. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 2.1.1. Hóa chất: ⁃ Vỏ sầu riêng đã phơi khô.
Sodium hydroxit (NaOH dạng vảy, 97%, xuất xứ Trung Quốc)
⁃
NaClO2 1,3%, CH3COOH 10%, cồn.
⁃
Nước cất.
⁃
Tinh bột: bột năng.
⁃
Sáp ong.
⁃
Chanh.
DẠ
Y
KÈ
M
QU Y
NH
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm: ⁃ Dao ⁃ Cân, bình chia độ, giấy đo độ pH ⁃ Máy xay ⁃ Bếp ga, nồi nấu, chảo, bát.
ƠN
OF
⁃
www.instagram.com/daykemquynhon
28
