Đề tài Nghiên cứu Vật liệu polyme phân huỷ sinh học trên cơ sở blend giữa polylactic axit với tinh bột sắn

sắn 2.1 Tinh bột (TB) Tinh bột là một hợp chất polyme rất phổ biến và dồi dào, là sản phẩm của quá trình quang hoá trong cây xanh theo cơ chế: 6n CO2 + 5n H2O C6H12O6 C6H12O6 (C6H10O5)n + 3n H2O Do vậy tinh bột có trong cây xanh, rễ, cành, hạt, củ và quả. Tinh bột là chất dự chữ năng lượng cho cây, có chức năng sinh hoá giống nhau cho con người, các loài động vật cũng như vi sinh vật. Do đó, tinh bột được biết đến như là nguồn thực phẩm dinh dưỡng quan trọng cho con người và các loại sinh vật. Tuy nhiên, ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ đã tạo ra những ứng dụng phong phú trong cho tinh bột. Trong công nghiệp dược phẩm và thực phẩm: tinh bột có vai trò tạo kết cấu, trạng thái, hình dáng, tạo độ ẩm, độ bám chắc và độ bền cho sản phẩm. Tinh bột là chất liên kết hoặc hóa lỏng, tách ẩm hay làm ẩm, điều chỉnh độ đậm đặc, độ đục, độ dài ngắn, độ mềm cho các sản phẩm màng bao mềm, màng không thấm dầu. Tinh bột là thành phần đa chức năng trong công nghiệp dược phẩm: chất mang, chất độn, màng bao viên. Ngoài ra tinh bột còn được ứng dụng trong nhiều nghành công nghiệp hoá chất cơ bản khác: công nghiệp giấy, dệt.. Tinh bột có dạng hạt tròn hoặc đa giác, kích thước 0.02-0.12 mm, phụ thuộc vào nguồn gốc của chúng như: tinh bột gạo có hình đa giác, đường kính 3-8 µm, rất dễ vón cục, tinh bột ngô có hình tròn hoặc đa giác, đường kính 15µm, trong khi đó tinh bột sắn có dạng tròn vát, đường kính 20µm. Tinh bột không phải là một chất riêng biệt mà nó bao gồm hai thành phần chính là amilozơ và amilopectin, tỷ lệ amilozơ trên amilopectin khoảng ¼, cấu tạo từ các mắt xích anhydroglucozơ, được liên kêt chủ yếu với nhau bằng liên kết α-D-1,4 glucozit. Như vậy, tinh bột có nguồn gốc khác nhau cho hàm lượng cùng như thành phần khác nhau, vì vậy ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm. Các chủng loại tinh bột.(7,8). Stt Chủng loại Hàm lượng tinh bột, % trọng lượng khô Amilozơ % Amilopectin % 1. Chuối 90 20 80 2. Khoai tây 84 20 80 3. Gạo 82 25 75 4. Bột sắn 80 20 80 5. Lúa mì 75 25 75 6. Hạt mạch 75 25 75 7. Ngô 73 29 71 8. Hạt đậu 60-66 25 75 2.1.1 Amilozơ Amilozơ là chuỗi polyme mạch thẳng có khối lượng phân tử 105 -106 g/mol, được liên kết bởi α-D-1,4 glucozit. chiều dài trung bình khoảng 500 – 2000 đơn vị glucozơ, phụ thuộc vào nguồn gốc và quá trình chế biến. Ở dạng tinh thể có cấu trúc xoắn ốc, dễ bị thoái hoá trong nước, có khả năng hoà tan trong dung môi: forman dehyt, cloralhydrat. Phân tử Amilozơ có một đầu khử và một đầu không khử, cấu hình α- glucozơ tạo cho phân tử có đặc tính mềm dẻo hơn. Cấu tạo hoá học của Amilozơ: Cấu trúc không gian của Amilozơ. Amilozơ có tính ưu nước do đó dễ hoà tan trong nước ấm và tạo nên dung dịch có độ nhớt không cao. Khi hạ thấp nhiệt độ, dung dịch của nó không bền. Tuy nhiên do có chứa nhiều nhóm OH nên các phân tử amilozơ sắp xếp khít và song song với nhau, có khẳ năng tạo liên kết hydro giữa các mạch, do đó làm giảm ái lực giữa amilozơ và nước, vì vậy dung dich amilozơ trở nên mờ đục. Với dung dịch đậm đặc các phân tử liên kết với nhau tạo cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều, tạo ra sự gel hoá gọi là quá trình thoái biến. Vận tốc quá trình thoái biến phụ thuộc vào pH, sự có mặt của các ion, nồng độ và khối lượng của amilozơ. Khi có mặt của các axit hoặc monoglyxerit, chúng sẽ hình thành với amilozơ phức chất, làm giảm sự trương phồng và độ nhớt của hỗn hợp, bảo vệ hợp phần khỏi sự thoái biến. Cấu trúc phân tử của amilozơ tạo điều kiện cho quá trình hình thành màng mỏng, chắc và dai. Ngoài ra các phân tử amilozơ còn có ái lực với iod và các phân tử khác như rượu, axit béo, hợp chất ưa nước..Amilzơ tạo ra các phức xoắn, phức này tạo với iod màng xanh đậm, tạo kết tủa với butanol và các hợp chất ưu nước. Dựa trên đặc điểm này có thể dùng để nhận biết, định lượng sơ bộ hàm lượng amilozơ. 2.1.2 Amilopectin Amilopectin là polyme mạch nhánh, có khối lượng phân tử 107 – 109 g/mol, được liên kết với nhau chủ yếu thông qua liên kết α-D-1,4 glucozit, ngoài ra còn có liên kết α-D-1,6 glucozit, chính liên kết này đã tạo ra cấu trúc mạch nhánh cho Amilopectin. Mỗi mạch nhánh này chứa khoảng 20-30 mắt xích glucozơ. Phân tử amilopectin có thể chứa tới 100.000 đơn vị glucozơ và được thể hiện như sau: Cấu tạo hoá học của amilopectin: Cấu trúc không gian của amilopectin: Phẩn tử amilopectin có một đầu khử duy nhất, có mức độ kết tinh thấp hơn nhiều so với amilozơ. Amilopectin có khả năng hấp thụ nhiều nước khi nấu chín và là thành phần chủ yếu tạo nên sự trương phồng của hạt tinh bột. Do có cấu trúc không gian lập thể nên phân tử amilopectin không có xu hướng kết tinh và có khả năng giữ nước lớn, nhưng không hoà tan trong nước, đây là đặc điểm khác biệt với amilozơ. Vì vậy, dung dịch amilopectin không bị hiện tượng biến thoái. Sự khác biệt giữa amilozơ và amilopectin đôi khi là không rõ dệt, do các phân tử amilozơ có khoãng 2000 gốc glucozơ và một phần nhỏ có nhánh nên nó cũng có tính chất giống với amilopectin. Aminozơ và amilopectin có thể tách riêng biệt với nhau theo nhiều phương pháp: hoà trong dung dịch alkol, các dung dịch ưa nước. Một trong những phương pháp thông dụng là đun dung dịch huyền phù ở nhiệt độ 90-100 ºC. Amilopectin không hoà tan, amilozơ hoà tan hoàn toàn. 2.1.3 Sự khác nhau giữa amilozơ và amilopectin Amilozơ(AM). Amilopectin(AP). ٠ Cấu trúc thẳng. ٠ Cấu trúc nhánh phức tạp. ٠ Khối lượng phân tử M=32000÷160000. ٠ M= 100000÷1000000. ٠ Độ trùng hợp n=200÷980. ٠ n=600÷6000. ٠ Hoà tan trong nước. ٠ Không hoà tan trong nước. ٠ Quá trình gel hoá không thuận nghịch. ٠ Tạo keo mềm khi gia nhiệt, trở lại dạng hoà tan khi khuấy trộn. ٠ Pha loãng trở lên đục, bị sa lắng. ٠ Pha loãng dung dịch vẫn trong, Không bị sa lắng. ٠ Độ nhớt của dung dịch không ổn định. ٠ Độ nhớt dung dịch ổn định. ٠ Tạo màu xanh thẩm khi tác dụng với iot. ٠ Tạo màu hồng trắng khi tác dụng với iot. Khối lượng phân tử AM của TBS thấp M= 86.000 hơn TB ngô M=230.000, TB khoai tây M=1.100.000, do đó làm giảm hiện tượng liên hợp phân tử nhưng không loại bỏ hoàn toàn hiện tượng này. Do đó, hướng biến tính là tạo cho AM mạch nhánh giống với AP, song AM bị bao bọc bên ngoài bởi AP khá vững chắc, vì vậy phải phá vỡ cấu trúc TB, tạo điều kiện cho quá trình biến tính như: gây trương trong pha lỏng hoặc pha hơi.(7). 2.1.4 Tính chất của tinh bột Tinh bột có cấu tạo dạng hạt gồm các cấu trúc amilozơ và amilopectin xếp theo lớp hướng tâm, chiều dày mỗi lớp 0,1µm, chiều dài hạt TB là 0,35÷0,7µm. TB có cấu trúc dạng xốp do đó có khả năng hấp thụ nước cao phụ thuộc vào tương tác giữa nước-TB, TB-TB, TB-phần tử khác. Các tính chất TB được thể hiện: ٠ Khả năng tạo màng. ٠ Khả năng tạo sợi. ٠ Khả năng tạo bao: bao bọc thuốc.. ٠ Khả năng tương tác với các chất khác: * Gel hoá với protein tạo sản phẩm có độ dãn dài, độ cứng, tăng khả năng trữ nước của protein, tạo sản phẩm có khả năng lưu biến, cảm quan tốt hơn. * Khả năng trương nở của TB. 2.1.5 Biến hình tinh bột Sự biến hình hay biến tính TB nhằm mục đích: ٠ Tăng tính chất của TB. ٠ Tăng giá trị cảm quan của TB. ٠ Tạo ra các sản phẩm mới. Có rất nhiều phương pháp biến hình TB: 2.1.5.1 Phương pháp vật lý ٠ Trộn với chất rắn trơ: do TB có ái lực với nước, do đó nó khó hoà tan vào nước, tạo sự vón cục, do đó thường trộn TB với chất rắn trơ, hợp chất không phải ion: sacaroza..Quá trình trộn lẫn là tăng khoảng cách giữa các phân tử TB có tác dụng hydrat hoá TB không tạo cục. ٠ Biến tính bằng phương pháp hồ hoá sơ bộ bằng một lượng dư nước tạo sản phẩm có đặc trưng: khả năng trương nhanh trong nước, biến đổi chậm các tính chất trong quá trình bảo quản, bền ở nhiệt độ thấp, có độ đặc khả năng giử nước tốt. ٠ Biến tính bằng gia nhiệt ở nhiệt độ cao: tạo Dextrin, ứng dụng trong hồ sợi, chất đặc cho thuốc nhuộm, dung môi hay chất mang mầu cho thực phẩm. 2.1.5.2 Phương pháp hóa học ٠ Biến tính bằng axit: sử dụng các axit vô cơ 1÷3%, ở nhiệt độ 50-55ºC, tạo sản phẩm có ái lực giảm với iot, độ nhớt giảm, áp suất thẩm thấu tăng, độ hoà tan cao trong nước ấm, nhiệt hồ hoá cao hơn…do sự giảm khối lượng phân tử TB. Ứng dụng của TB biến tính: trong hồ hoá sợi, làm tăng độ bền, độ chịu mài mòn, tăng chất lượng giấy in. ٠ Biến tính bằng kiềm: Làm TB có tính hydrat hoá tốt hơn. ٠ Biến tính bằng các chất oxy hoá như hypoclorit. Tạo TB có độ trắng cao, khối lượng phân tử giảm. Dung dịch hồ hoá trong suốt, màng mỏng, dễ hoà tan hơn. Ứng dụng trong công nghiệp giấy, hồ sợi, dệt.. ٠ Biến tính bằng tạo liên kết ngang: sử dụng các axit boric, dipeoxit, đialehyt vinyl sulfen.. thu được sản phẩm có cấu trúc dài, dòn, cứng hơn. ٠ Biến tính bằng enzym. 2.1.6 Sự hồ hoá tinh bột Sự hồ hoá tinh bột là quá trình chuyển hoá tinh bột sang trạng thái vô định hình để tăng khả năng trộn hợp. Trong quá trình hồ hoá, sự phá vỡ các liên kết hydro nội phân tử đồng thời hình thành các cầu liên kết hydro ngoại phân tử. Quá trình hồ hoá không làm thay đổi thành phần hoá học mà chỉ làm thay đổi trạng thái cấu trúc của tinh bột, do tạo ra trạng thái vô định hình. Tinh bột tự nhiên có cấu trúc bán tinh thể, tỷ trọng 1,5 g/cm³, do đó nó không hoà tan trong nước lạnh. Mặt khác do có chứa nhiều nhóm –OH nên hấp thụ nước mạnh, trong điều kiện áp suất thường và độ ẩm bão hoà là 10% – 20%. Tinh bột có khả năng trương nở đặc biệt. Khi tinh bột được solvat hoá đến trạng thái vô định hình bằng cách đun nóng với chất hoá dẻo ( thường là nước) hoặc bằng cách xử lý tinh bột với dung môi hữu cơ (như dimetyl sunfua axit), dung dịch kiềm hay dung dịch muối, nó sẽ chuyển từ trạng thái tinh thể sang trạng thái vô định hình, quá trình này gọi là sự hồ hoá tinh bột. Cấu tạo của amilozơ và amilopectin rất khác nhau nên tinh bột biểu hiện các trạng thái vật lý khác nhau, phụ thuộc vào tỷ lệ và thành phần của hai cấu tử trong tinh bột. Nguồn gốc sinh trưởng và loại cây sẽ quyết định sự phân bố độ dài của mạch, mức độ phân nhánh, khối lượng phân tử và cấu trúc của các hạt tinh bột. Tuy nhiên, các tính chất của tinh bột có thể thay đổi được trong một dải rộng nhờ điều kiện gia công và các phụ gia. Sự hồ hoá tinh bột sử dụng alcohol khối lượng phân tử thấp cùng với nước hiện đang là chủ đề đang được quan tâm và nghiên cứu nhằm tạo ra sản phẩm blend giữa polyme nhiệt dẻo và tinh bột, với đặc tính phân huỷ tốt. Thuật ngữ “ tinh bột nhiệt dẻo”, “ tinh bột biến đổi cấu trúc” hoặc “ tinh bột nóng chảy”, được sử dụng nhiều để mô tả sự thay đổi cấu trúc của tinh bột trong quá trình gia công vật liệu dẻo. Sự phân huỷ phân tử tinh bột gia công ở máy đùn tăng khi ta tăng nhiệt độ và giảm hàm lượng nước. Nghiên cứu về quá trình chuyênt pha và sự thay đổi cấu trúc của tinh bột khi thay một phần H2O bằng glyxerin ở các nhiệt độ khác nhau. Do glyxerin có hằng số điện môi thấp hơn H2O, do đó nó làm tăng nhiệt độ hồ hoá của tinh bột. Glyxerin có nhiệt độ chuyển pha là 80 ºC, sẽ làm giảm nhiệt độ chuyển pha của tinh bột vô định hình có hàm lượng H2O thấp. Giải nhiệt độ chuyển pha rộng của hỗn hợp tinh bột – polyol được xem như là sự phản ánh tính không đồng nhất cao hơn và cấu trúc kém bền hơn so với trường hợp khi sử dụng H2O làm chất hoá dẻo. Do vậy các tính chất của tinh bột hoá dẻo phụ thuộc nhiều vào bản chất và nồng độ chất hoá dẻo. Quá trình bảo quản phải rất được quan tâm do sự nhạy cảm của tinh bột hoá dẻo với độ ẩm.(6,7). Các phương pháp hồ hoá: * TB được nấu với nước có khuấy nhẹ: tạo ra dạng bột nhão, có độ nhớt cao. Phương pháp này ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm hoặc chất kết dính trong công nghệ giấy. * Dùng nồi áp suất. khi đó TB được phân tán với các chất hoá dẻo ở dạng huyền phù 5-10%. Sản phẩm thu được sau khi làm khô: cứng, chắc và hơi dòn. * Dùng máy trục vít: có thể gelatin hoá TB trong khoảng rất rộng, đặc biệt TB có độ ẩm thấp 15-20%. * Dùng máy trộn Mixer- Brabender: Tạo TB rất đồng đều, có khả năng trộn hợp thấp. 2.1.7 Ứng dụng của tinh bột Tinh bột từ lâu đã được coi như là một thực phẩm chính. Trong khẩu phần ăn của chúng ta, tinh bột chiếm một phần tương đối lớn. Tinh bột ngoài chức năng chính là làm thực phẩm còn sử dụng làm nguyên liệu cho các lĩnh vực khác. Những khám phá đầu tiên cho thấy rằng vào năm 3000 năm trước CN, tinh bột làm chất kết dính cho giấy cói của người Ai Cập cổ. Theo Catto và Plinin thì người Hy Lạp và Roma đã sử dụng tinh bột để làm trắng và tăng tính cứng cho vải lanh. Năm 1811, Kirchoff đã khám phá ra phản ứng thuỷ phân tinh bột thành glucozơ. Khám phá quan trọng này đã đặt nền móng cho nghành công nghiệp dựa trên nguyên liệu là tinh bột để sản xuất ra detrozơ và dextrin. Tinh bột làm nguyên liệu giấy, sản xuất các hoá chất khác như aldehyt, xeton, các axit hữu cơ. Tinh bột để làm nguyên liệu sản xuất rượu etylic. Ngày nay nhờ phản ứng hồ hoá tinh bột, làm tăng cường khả năng trộn hợp tinh bột với các hợp chất khác nhằm tạo ra vật liệu tự phân huỷ. Đây là một ứng dụng mới của tinh bột, nó mở ra một hướng nghiên cứu mới, khả năng sản xuất và chế tạo các vật liệu tự huỷ, góp phần giảm giá thành sản phẩm và bảo vệ môi trường từ các chất thải polyme không có khả năng phân huỷ có nguồn gốc từ dầu mỏ, đang cạn kiệt và có giá thành cao. Một số ứng dụng của màng có khả năng phân huỷ trên cơ sơ tinh bột: ٠ Vật liệu bao gói trong công nghiệp thực phẩm, do màng tinh bột có độ xuyên thấm thấp. ٠ Màng phân huỷ dùng trong che phủ đất nông nghiệp do có thể bị phân huỷ thành sản phẩm không độc khi tiếp xúc với đật và ánh sáng. ٠ Tinh bột được sử dụng để làm phụ gia cho chất dẻo với những mục đích khác nhau, tinh bột được dùng như một chất độn cho các hệ nhựa khác nhau để chế tạo các loại phim không thấm nước nhưng lại cho khí xuyên qua, như với màng PE tỷ trọng thấp. ٠ Tinh bột được ghép với các monome của chất dẻo khác làm màng phân huỷ sinh học hoặc chất trương nở, siêu hấp thụ nước.. 2.2 Tinh bột sắn 2.2.1 Giới thiệu Cây sắn (Cassava ) là một cây lương thực ưu ấm, ẩm, phát nguồn từ lưu vực sông Amazon, Nam Mỹ, và ngày nay được nhân rộng ra toàn thế giới. Hiện nay, cây sắn là một trong những loại cây thực phẩm quan trọng trong cơ cấu lương thực của nước ta, chỉ sau cây lúa, ngô. Cây sắn có nhiều loại: sắn đắng, sắn ngọt..Là loại cây trồng cho năng suất cao, trung bình vào khoảng 5 - 10 tấn/ ha, nay tăng đến 40-60 tấn/ha. Với sản lượng trên thế giới 175 triệu tấn/ năm, với diện tích 14-15 triệu hecta. Ứng dụng chủ yếu trong nghành công nghệ thực phẩm và một số nghành công nghiệp khác.. Sản lượng sắn của nước ta trong những năm gần đây. Stt Năm Diện tích (ha) Sản lượng (tấn) 1. 1939 19.500 97.230 2. 1958 16.500 154.000 3. 1970 85.219 635.236 4. 1980 447.000 3.978.000 5. 2000 237.600 1.986.300 6. 2002 337.000 4.438.000 7. 2004 383.600 5.572.800 (Nguồn: Niêm giám thống kê 2004). 2.2.2 Tinh bột sắn Tinh bột sắn có tên khoa học Manihot utillissimapehl, thuộc họ Enphoibiaceace, có kích thước 5÷35µm, dạng hạt tròn, có hàm lượng amiloza 20%, Tº hồ hoá =52÷64ºC. Là thành phần chủ yếu trong sắn, được sử dụng chủ yếu trong công nghệ thực phẩm như làm thức ăn cho gia súc.. và là nguồn nguyên liệu lớn để sản xuất một số loại hóa chất : Cellulose triacetate, Vinyl axetate, nhựa PVC, Stryeren, Polystryrence.. do vậy các nước trên thế giới luôn chú trọng và phát triển nguồn tinh bột sắn.(7). ◦ Sản lượng tinh bột sắn của một số nước trên thế giới. (1000 tấn ). ◦ Sản lượng sắn tươi năm 2001.( triệu tấn ). Quá trình sinh tổng hợp tinh bột sắn ( Tinh bột sắn có thành phần chủ yếu là ADD- Glucose cấu tạo lên).Tinh bột Amylose Amylopectin Surose Sucrose synthase (1) (2) ADP glucose ADP glucose UDD glucose, Frutose UDD glucose Glucose 1- phosphate Glucose 1- phosphate Pyrophosphorylase ADP glucose p- Phospho glucomutase Phospho glucomutase Glucose 6- phosphate Glucose 6- phosphate Tinh bột chất Amyloplast Starch synthase + Starch Branchiry enzyme. Granule bonnd starch eynthase. Trong quá trình sinh tổng hợp tinh bột đã sử dụng một số enzyme sau: Enzyme tổng hợp tinh bột Starch Synthase ( SS- enzyme ), ADP Glucose ,α 1-4 Glucose, 4 α- Glucosyl- tranferse.. Các enzyme có vai trò rất quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp bột sắn vì vậy trong quá trình này cần chú ý đến việc chọn lựa các enzyme cho thích hợp.(7). 2.2.4 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn 2.2.4.1 Các công đoạn cơ bản Rửa và gọt vỏ củ để loại bỏ đất dính vào củ và lớp biểu bì thành bảo vệ. Nạo hoặc nghiền để phá vỡ cấu trúc tế bào, làm vỡ thành tế bào giải phóng các hạt tinh bột riêng biệt mà không bị hư hại. Sàng hoặc trích ly. Tinh sạch loại bỏ tạp chất khỏi hợp phần bằng phương pháp lắng, lọc, ly tâm. Sấy khô để loại bỏ ẩm. Tán bột đóng bao. Yêu cầu của TBS (7) : Thành phần Nước TB Protein Chất béo Xellulozơ Đường Tro Hàm lượng (%) 70,25 21,45 1,12 0,4 1,1 5,13 0,54 Sơ đồ khối quá trình sinh tổng hợp tinh bột sắn Nguyên liệu Chà, rửa Nước Băm nghiền, nạo củ sắn sơ cấp, thứ cấp Ly tâm, trích ly tinh bột 1 Dịch củ Nước 2 Sữa Tinh bột 3 Bã sắn Phân ly tách tinh bột Cô đặc Sấy khí động Lò đốt đầu FO Làm nguội Không khí Thu sản phẩm 2.2.4.3Một số phương pháp biến tính tinh bột sắn Phương pháp vật lý. Phương pháp hóa học. Phương pháp sử dụng xúc tác là enzyme. 2.2.4.4 Một số sản phẩm ứng dụng từ tinh bột sắn a. Maltodextrin. (DE) * Là một loại polysaccaride không ngọt có công thức phân tử là , đây là sản phẩm thủy phân tinh bột không hoàn toàn bằng enzyme hoặc axit. * Phản ứng thủy phân tinh bột. Enzyme Tinh bột Maltodextrin Phương pháp sản xuất Maltodextrin bằng phương pháp enzyme. Ứng dụng. Sản phẩm DE 4-7 dùng để tạo màng mỏng dể tan và tự phân hủy được sử dụng để bọc vỏ kẹo, trái cây, kem, chất độn.. Sản phẩm DE 9-12 dùng trong công nghiệp đồ uống, thức ăn riêng cho vận động viên thể thao, làm kẹo gum mềm, chất trợ sấy, tạo hình.. Sản phẩm DE 15-18 dùng làm chất kết dính, tăng vị cho đồ uống, thành phần bơ sữa, cà phê hoà tan. Các sản phẩm xiro Sản xuất bằng phương pháp thủy phân tinh bột sắn trực tiếp trong axit thu được sản phẩm chứa DE 42 (16-24% Dextrose, 12-18 % đường đôi, 42-61% đường cao phân tử). Ứng dụng : Được sử dụng nhiều trong công nghệ chế biến thực phẩm và các nghành công nghiệp khác như : Nghành thực phẩm : sản xuất kẹo cứng, kẹo carramen, kẹo dẻo, kẹo gôm, lên men bia.. . Công nghệ sản xuất đồ uống : công nghệ lên men bia Bxungualt đại mạch, cung cấp đường cho quá trình lên men, tăng vị cho sản phẩm . . Công nghệ chế biến sữa : kem, điều chỉnh độ ngọt, độ chảy.. Nghành dược phẩm : pha chế các thành phần dược tính, chất mang cho dung dịch dịch Xiro ho và các thành phần khác.. Các nghành công nghệ khác : sản xuất keo dán, chất làm sạch không khí, nước thơm..(9). 2.3. Phản ứng đa tụ Phản ứng đa tụ hay ngưng tụ xãy ra giữa các hợp chất có chứa nhóm chức (OH, hydro linh động, -COOH, -NH2, halogen…), quá trình này tạo thành các hợp chất mới do sự kết hợp các nhóm chức trên và các chất thấp phân tử như: nước, HCl, amoniac, rượu…Theo đặc tính của quá trình hoá học của phản ứng đa tụ, người ta chia phản ứng đa tụ có cân bằng và không cân bằng. Phản ứng đa tụ có cân bằng Phản ứng đa tụ cân bằng là những phản ứng như este hoá.. trong đó các hợp chất tham gia có một, hai hoặc nhiều hơn. Với các hợp chất đầu có một nhóm chức thì phản không tiếp tục liên kết với nhau và không tạo thành hợp chất polyme, như phản ứng este hoá: A-x + B-y A-B + x-y ( A, B là phần gốc của các hợp chất tham gia phản ứng, x,y là những nhóm chức, xy là sản phẩm phụ, hợp chất thấp phân tử) Tuy nhiên với phản ứng mà các monome tham gia có hai nhóm chức trở lên thì quá trình kết hợp là liên tục và lặp đi lặp lại, do vậy sản phẩm là các hợp chất cao phân tử. 1. x-A-x + y-B-y -xy x-AB-y + x-A-x -xy x-ABA-x + y-B-y -xy x-ABAB-y ... 2. x-A-y + x-A-y -xy x-AA-y + x-A-y -xy -xy x-AAA-y … Mạch phát triển có thể tác dụng với không những monome, mà còn với nhau thông qua những nhóm chức của mình. Trong phản ứng đa tụ có thể dừng phản ứng ở bất kỳ thời điểm nào nhờ sự làm lạnh và tách sản phẩm trung gian. Về lý thuyết việc phát triển không ngừng của mạch đại phân tử trong phản ứng đa tụ chỉ dừng khi tất cả các nhóm chức của monome và sản phẩm trung gian đã hết, sản phẩm tạo thành là một polyme vô cùng lớn. Tuy nhiên trong thực tế sản phẩm của phản ứng đa tụ có khối lượng phân tử khác nhau phụ thuộc vào độ trùng hợp(độ đa phân tán phân tử), do các phản ứng phụ và phản ứng đa tụ là phản ứng thuận nghịch. Ngoài ra theo chiều tăng của khối lượng phân tử thì xuất hiện sự cản trở không gian, do đó phản ứng trùng ngưng dừng lại không đi đến cùng. Độ sâu của quá trình đa tụ hay độ chuyển hoá phụ thuộc vào khả năng loại bỏ chất thấp phân tử được tạo ra trong quá trình phản ứng. Sự khác biệt giữa phản ứng đa tụ và phản ứng trùng hợp chuỗi, nơi mà không có sự tương quan giữa độ sâu phản ứng và độ sâu trùng hợp trung bình. Sự gia tăng độ trùng hợp ở độ sâu phản ứng lớn do phản ứng đứt mạchbị chậm lại trong môi trường độ nhớt tăng và không có quy luật chung do sự tăng liên tục của độ trùng hợp trung bình trong thời gian phản ứng. Theo phương trình Carethers, đặc tính của phản ứng đa tụ: Khi monome chỉ chứa một nhóm chức thì không tạo thành polyme ngay cả khi phản ứng xảy ra hoàn toàn. Trong phản ứng đa tụ cân bằng polyme chỉ thu được khi phản ứng xảy ra đến cùng. Khi hầu như toàn bộ monome tham gia phản ứng thì về lý thuyết không phải tất cả các nhóm chức đều tham gia phản ứng. Sự khóa mạch của đại phân tử do chất ổn định. 2.3.2 Phản ứng đa tụ không cân bằng Phản ứng đa tụ không cân bằng là phản ứng có thể xảy ra khá chậm ở nhiệt độ cao ( phản ứng của dicloetan với natri kim loại) hoặc phản ứng diễn ra nhanh ở nhiệt độ thấp tạo polyme khối lượng thấp ( giữa axit đa chức và hợp chất đa chức co hydro linh động(glycol, diamin..)). Tốc độ cao và xảy ra theo một chiều là do sự có mặt của kiềm đã trung hoà ngay lập tức HCl tạo ra, như phản ứng: N ClCO-R-COCl + n HO-Rٔ-OH 2n HCl + H-[O-Rٔ-OOC-R-CO]2n-Cl Do vậy phản ứng đa tụ thường xảy ra trong vùng khuyếch tán, nghĩa là tốc độ chung của phản ứng bị giới hạn bởi quá trình khuyếch tán làm cho phản ứng diễn ra chậm hơn. Phản ứng đa tụ có tốc độ cao có thể diễn ra trên bề mặt phân chia pha, trong nhũ tương, trong dung dịch.. Phương pháp đa tụ trên bề mặt phân chia pha có thể tạo thành các hợp chất polyme khó hoặc không tổng hợp bằng các phương pháp thông thường như: vật liệu sợi chịu nhiệt. Do sự tách ngay các polyme tạo thành thu được polyme dạng bột khi khuấy trộn hoặc dạng sợi khi rót polyme vào một dung dịch thứ hai. Trong phương pháp này vai trò khuyếch tán là rất lớn, vì tốc độ của nó qua bề mặt phân chia pha còn nhỏ trong thể tích. Phương pháp đa tụ trong nhũ tương cũng tiến hành trên hệ hai pha trong nhũ tương và vùng động học nhờ sự khuấy liên tục, thu được sản phẩm có khối lượng phân tử cao khi phản ứng thực hiện khá sâu. Phương pháp đa tụ trong dung dịch thì nồng độ chất tham gia phản ứng và dung môi ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng và khối lượng phân tử của polyme. Đặc biệt trong môi trường demetylfomamit, dimetylsùolfoxit.. có khả năng tạo phức hoạt hoá với andehit của các axit đa chức hoặc trung hoà HCl thải ra trong quá trình phản ứng. 2.3.3 Phản ứng đồng đa tụ Trong phản ứng đồng trùng ngưng người ta sử dụng hỗn hợp diamin với hai axit hai nhóm chức khác nhau hoặc axit hai nhóm chức với hai glycol khác nhau…Quá trình được biểu diễn dạng tỗng quát: x-R-x + y-Rٔٔ-y x-R-Rٔٔ-y + xy x-Rٔ-x + y-Rٔٔ-y x-Rٔ-Rٔٔ-y + xy Trong phản ứng trùng ngưng thành phần vi phân của copolyme phụ thuộc vào thành phần monome ban đầu. Trong phản ứng này ngoài nhân tố động học còn có các nhân tố nhiệt động, điều kiện đạt trạng thái cân bằng đóng vai trò quan trọng. Sự phân bố các phân tử được thiết lập cân bằng giữa các biến đổi khác nhau làm cho sản phẩm của quá trình đồng đa tụ giống với thành phần monome ban đầu. Do đó thành phần và cấu tạo của polyme ở giai đoạn kết thúc của phản ứng đồng đa tụ được quyết định bởi hợp chất ban đầu, chứ không phải bởi động học của từng giai đoạn riêng biệt. 2.3.4. Phương pháp tổng hợp polyme, copolyme khối và copolyme ghép Theo Corschacht phản ứng tái tạo polyme là sự kết hợp phản ứng trùng ngưng với phản ứng trùng hợp, do theo cơ chế gốc tự do thì giống với phản ứng trùng hợp còn giai đoạn thế thì giống với phản ứng trùng ngưng. Ví dụ cho phản ứng trùng hợp tái kết hợp n-diisopropylbenzen với gốc tự do lấy từ phản ứng phân rã chất khởi đầu. Polyme khối là polyme ghép mà đại phân tử của chúng chứa các mạch của hai hoặc nhiều hơn homopolyme có ý nghĩa rất lớn. Tổng hợp các copolyme như vậy dựa trên cơ sở sử dụng các nhóm chức tự do của phân tử polyme khối lượng tương đối thấp. Bằng phương pháp đồng trùng hợp khối ta có thể kết hợp thành một đại phân tử, mà không thể thực hiện được bằng con đường trực tiếp các monome với nhau. Do các đặc tính phân bố khác nhau của các phân gốc monome trong mạch phân tử nên