Carbohydrate POLYMER

7/22/2019 Carbohydrate POLYMER

1/26

Versi terjemahan dari carbohydrate 2013-Starch NPS.pdfPage 1

Artikel ini muncul dalam jurnal yang diterbitkan oleh Elsevier.Terlampircopy dilengkapi kepada penulis untuk penelitian non-komersial internal yang

dan penggunaan pendidikan, termasuk instruksi pada institusi penulisdan berbagi dengan rekan-rekan.Kegunaan lain, termasuk reproduksi dan distribusi, atau menjual atausalinan lisensi, atau posting ke personal, pihak institusi atau ketigawebsite dilarang.Dalam kebanyakan kasus penulis diijinkan untuk mengirim versi merekaArtikel (misalnya dalam bentuk Word atau Tex) ke situs web pribadi mereka

ataurepositori institusi.Penulis memerlukan informasi lebih lanjuttentang pengarsipan dan naskah kebijakan Elsevier adalah

dianjurkan untuk mengunjungi:http://www.elsevier.com/copyright

Page 2

Salinan pribadi penulisKarbohidrat Polimer 92 (2013) 1625-1632Daftar isi yang tersedia di SciVerse ScienceDirectKarbohidrat Polimerhomepage jurnal: www.elsevier.com / cari / carbpolNanopartikel Pati pembentukan melalui daya ultrasonication tinggi

Sihem Bel HAAJsebuah, Albert Magninb, Christian Ptrierb, Sami Boufia,*sebuahLaboratoire Ilmu des Matriaux et Environnement, LMSE, Universitas Sfax, BP 802-3018 Sfax, TunisiabLaboratoire Rhologie et Procedes, Grenoble-Polri, UJF Grenoble 1, UMR CNRS5520, BP 53, 38041 Grenoble Cedex 9, PrancisarticleinfoPasal sejarah:Diterima 9 September 2012
http://translate.google.com/translate?hl=id&prev=_t&sl=en&tl=id&u=http://www.elsevier.com/copyrighthttp://translate.google.com/translate?hl=id&prev=_t&sl=en&tl=id&u=http://www.elsevier.com/copyrighthttp://translate.google.com/translate?hl=id&prev=_t&sl=en&tl=id&u=http://www.elsevier.com/copyright


2/26

Diterima dalam bentuk direvisi 22 Oktober 2012Diterima 1 November 2012Tersedia online 15 November 2012Kata kunci:PatiNanopartikelUltrasoundabstrakPartikel pati berukuran nano (NSP) dibuat dari granula pati menggunakan metodemurni fisikintensitas tinggi ultrasonication. Distribusi ukuran partikel, Field Effect ScanningElectron Microscopy(FE-SEM), spektroskopi Raman, dan Wide-Angle Difraksi X-ray (WAXD) digunakanuntuk mengkarakterisasistruktur morfologi dan kristal dari nanopartikel berikutnya. Hasil penelitianmenunjukkan bahwa USGpengobatan suspensi pati dalam air dan pada suhu rendah untuk 75 hasil menit dalamformasinanopartikel pati antara 30 dan 100 nm dalam ukuran. Sebuah usaha untukmenjelaskan generasi patinanopartikel dibuat berdasarkan analisis WAXD, Raman dan observasi FE-SEM. Dibandingkan denganhidrolisis asam, yang merupakan proses yang paling sering diadopsi, pendekatan inimemiliki keuntungan

menjadi cukup cepat, menyajikan hasil yang lebih tinggi dan tidak memerlukanperawatan kimia. 2012 Elsevier Ltd All rights reserved.1.PengantarMeningkatnya minat Nanomaterials asal alam dansifat unik mereka telah menyebabkan penelitian intensif di bidangpartikel berukuran nano dari polimer polisakarida alami sepertiselulosa (Moon, Martini, Nairn, Simonsen, & Youngblood, 2011),kitin (Zeng, Dia, Li, & Wang, 2012)dan pati (LeCorre, Bras, &Dufresne, 2010).Karena efek ukuran nanometric, nano

pengisi biasanya memiliki luas permukaan yang lebih besar per massa, mengarah keyang lebih tinggikemungkinan self-interaksi, yang memungkinkan peningkatan mekanikdi isi filler lebih rendah dibandingkan dengan filler tradisional (Siqueira, Bras,& Dufresne, 2010).Selain itu, karena masing-masing komponennanokomposit adalah kurang dari sepersepuluh panjang gelombang cahaya,nanokomposit berikutnya bebas dari hamburan, yang mengarah ke sangat


3/26

bahan transparan selama matriks polimer amorf(Tome et al., 2011).Ekstraksi partikel berukuran nano dari polisakarida alamirides, yaitu selulosa, pati dan kitin, telah menjadi subyek daripenelitian intensif selama dekade terakhir (Dufresne, 2010; Siro &Rancangan Plackett, 2010; Besbes, Rei Vilar, & Boufi 2011; Alila, Besbes, ReiVilar, Mutj, & Boufi 2013).Bahan-bahan seperti nanocrys-selulosatals, selulosa dan pati nanocrystals microfibrillated telahdiekstrak dari serat selulosa dan granula pati dengan caraperawatan fisik dan / atau kimia.Meskipun jauh lebih sedikit dipelajari daripada nanocellulose atau selulosananocrystals, ekstraksi dan penggunaan nanocrystals pati memilikimenjadi subyek dari banyak laporan (LeCorre et al, 2010;. Putaux,* Sesuai penulis. Tel:. +216 74274400, fax: 21674274437.Alamat E-mail: sami.boufi @ fss.rnu.tn(S. Boufi).Molina-Boisseau, Momaur, & Dufresne, 2003).Potensi penggunaannanocrystals pati sebagai fase memperkuat dalam matriks polimerdan sebagai agen penghalang dalam bahan kemasan telah high-diterangi oleh beberapa publikasi (Angellier, Molina-Boisseau, Lebrun,& Dufresne, 2005; Angellier, Putaux, Molina-Boisseau, Dupeyre,& Dufresne, 2005).Sebuah kajian yang menarik pati nanopartikelpersiapan dan aplikasi diterbitkan oleh LeCorre et al.(2010).Pati adalah polisakarida semi-kristal yang muncul di alamdalam bentuk butiran ukuran mulai dari 1 sampai 100 m dan orga-

nized dalam empat tingkat hirarki (Tester, Karkalas, & Qi, 2004).Padatingkat molekul (~ pati terdiri dari dua makromolekul -Unit 1,4-d-glukopiranosa tentang 5A panjang, yaitu amilosa linierdan bercabang amilopektin, amilopektin diatur dalam kristalcluster heliks ganda membentuk tumpukan bolak kristaldan lamellae amorf dengan jarak ulangi secara teratur 9-10 nm,di mana titik-titik cabang -1,6-bercabang berada didominasidalam lamellae amorf. Ini tertanam di bolakamorf dan semi-kristal pertumbuhan radial cincin 100-400 nmtebal. Cincin amorf terdiri dari amilosa dan amilopektin

dalam konformasi teratur, sedangkan cincin semi-kristaldibentuk oleh struktur pipih bolak kristal dandaerah amorf. Mengingat struktur hirarkis pati, itu adalahmungkin untuk mengekstrak nanopartikel platelet-seperti yang biasa disebutsebagai nanocrystals pati. Pendekatan utama yang diadopsi untuk menghasilkannanocrystals pati didasarkan pada penggunaan hidrolisis asam untuk melarutkandaerah amorf dan paracrystalline dari pati gran-


4/26

ules (Angellier, Molina-Boisseau, et al, 2005;. Angellier, Putaux,et al., 2005).Nanopartikel berikutnya adalah parallelepipedic berbentuknanoplatelets sekitar 5-7 nm tebal, 20-40 nm nm panjang dan 15-30lebar. Namun, kelemahan utama dari metode tersebut tetapdurasi panjang, bersama dengan hasil yang rendah berada di kisaran0144-8617 / $ - melihat hal depan 2012 Elsevier Ltd All rights reserved.http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.11.022

Page 3

Salinan pribadi penulis1626S. Bel HAAJ et al. / Karbohidrat Polimer 92 (2013) 1625-16322-15%, meskipun publikasi terbaru melaporkan perbaikan darihasil dan pengurangan durasi pengobatan (LeCorre, Bras,

& Dufresne, 2011; LeCorre, Vahanian, Dufresne, & Bras, 2012).Tidak banyak penelitian telah dilakukan untuk menghasilkan patinanopartikel menggunakan perawatan fisik. Isolasi NSP menggunakantekanan tinggi homogenisasi dilaporkan oleh Liu et al. untukproduksi nanopartikel pati menyebabkan kristal mikro-partikel berubah menjadi nanopartikel amorf dengan meningkatnyamenjalankan nomor (Liu, Wu, Chen, & Chang, 2009). Chin, Pang, dan Tay(2001) melaporkan pada nanopartikel pati disintesis oleh precipitat-ing larutan kanji dilarutkan dalam etanol absolut di bawah terkontrolkondisi. Namun, ukuran rata-rata partikel tetap cukup

besar (antara 200 dan 400 nm) dan menambahkan surfaktan selamaproses pengendapan itu diperlukan untuk memperoleh partikel denganukuran sekitar 200 nm. Lain ramah lingkungan mekanikpendekatan untuk memproduksi pati nanopartikel kurang dari 400 nm dalam ukurandigambarkan dalam dua paten (Giezen et al, 2000;.. Wildi et al, 2011).Proses ini didasarkan pada ekstrusi reaktif cross-linked Plas-ticized pati diikuti dengan menggiling dan dispersi kecepatan tinggi diair. Sebuah publikasi terbaru (Kidung, Thioc, & Deng, 2011)diselidikimekanisme pembentukan nanopartikel pati via reaktif extru-sion dan menganalisis parameter utama yang mengatur ukuran partikel.

Efek pengobatan USG terhadap sifat fisiksuspensi pati telah menjadi subyek dari banyak laporan.Izidoro, Sierakowski, Haminiuk, De Souza, dan De Paula Scheer(2011) menunjukkan peningkatan kelarutan pati, pembengkakankapasitas daya dan penyerapan air setelah pengobatan USG(24 W listrik dengan 40% amplitudo pada frekuensi 20 kHz) untuk1 jam. Kecenderungan yang sama telah dicatat oleh Luo et al.(2008)dan Jambrak


5/26

et al. (2010), yang menunjukkan bahwa hasil pengobatan USG dipenurunan indeks konsistensi viskositas, dan entalpigelatinisasi. Mereka menyimpulkan bahwa pengobatan USG menghasilkandalam distorsi dari daerah kristal, mendukung pembengkakankekuatan pati diobati. Biskupa, ROKITA, Lotfy, Ulanski, danRosiak (2005) melaporkan bahwa 360 kHz ultrasound pada berair larutan-tions pati pada suhu kamar dan hingga 3 jam menyebabkanpenurunan berat molekul yang disebabkan oleh pemotongan rantai patimakromolekul. Gallant, Sterling, Guilbot, dan Degrois (1972)danDegrois, Gallant, Baldo, dan Guilbot (1974) adalah yang pertama untuk melaporkanbahwa pengobatan USG pati menyebabkan degradasi fisikdari granula pati. Zhu, Li, Chen, dan Li (2012)mempelajariEfek pengobatan ultrasonik granula pati kentang lebihair pada perubahan dalam struktur supramolekul. Hasilmenunjukkan bahwa pengobatan ultrasonik (daya yang lebih rendah dari 155 W)untuk30 menit pada suhu mulai dari 20 sampai 30C terpengaruh clus-struktur ter, terutama wilayah kristal, dengan penurunanurutan molekul dalam lamellae kristal. Erosi permukaan dengannotch dan alur pembentukan dicatat setelah 30 menit ultrasonica-tion di 155 W, tapi tidak ada fragmentasi granula pati adalahmenunjukkan, maupun pengurangan ukuran partikel. Baru-baru ini, Yue, Zuo,

Hbraud, Hemar, dan Ashokkumar (2012) mempelajari dampakpengobatan USG pada kentang granula pati dalam dis-berairpersions pada suhu rendah sekitar 5C. Hasil penelitian menunjukkanbahwa perlakuan granula pati suspensi dengan intensitas tinggiultrasound frekuensi rendah hingga 30 menit mengakibatkan kerusakanke permukaan pati dan dalam beberapa kasus dalam menghancurkan daributiran.Dari tinjauan kritis dari literatur yang diterbitkan, kebanyakan studi

telah difokuskan terutama pada perubahan gelatinisasi dan kelarutanSifat pati setelah pengobatan USG. Selain itu,sebagian besar tingkat intensitas USG tidak melebihi 30 menit danpengobatan sonikasi dilakukan pada suhu kamar.Sebagai kontribusi untuk pengembangan sederhana danpendekatan ramah lingkungan untuk persiapan berbasis patinanopartikel (SNP), kami meneliti isolasi dan karakter-


6/26

isasi dari NSP menggunakan intensitas tinggi ultrasonication tanpaperawatan kimia tambahan dan suhu rendah dari 8-10C,untuk mencegah plastisisasi dengan air dan mengorientasikanefek terhadap maksimum pengurangan ukuran partikel.2.Bahan dan metode2.1. BahanJagung Waxy (WaxylisTM,> 99% amilopektin) dan standarpati jagung (70% amilopektin) disediakan oleh Roquette SA,Lesterm, Perancis.2.2. Kondisi SonicationA 24 kHz Branson digital Sonifier S-450D (Jerman) ditambahdengan tanduk (diameter ujung 13 mm) digunakan untuk mengobati pati dis-persions. Daya ultrasonik hilang, 170 W, dievaluasi dengan menggunakanmetode kalorimetri (Koda, Kimura, Kondo, & Mitone 2003)Perlakuan ultrasonication dari suspensi pati adalah mobil-Ried sebagai berikut; 100 ml dari suspensi pati dengan konten yang soliddari 1,5%, disimpan dalam sel kaca, direndam dalam bak air padasuhu konstan dari 8 1C, dan disonikasi pada 80% kekuasaan out-menempatkan lebih dari 75 menit. Sampel dari suspensi pati yangditarik pada interval yang berbeda untuk ukuran partikel dan optik trans-

mittance pengukuran.Suhu, tidak dioptimalkan, dipilih karena pada 20 kHz,suhu yang lebih rendah meningkatkan aktivitas SONOKIMIA (Jiang, Ptrier,& Waite, 2006; Mason & Lorimer, 2002), dan di atas 80% daya(170 W), telah terlihat bahwa aktivitas kavitasi kuatmeningkatkan perpaduan antara gelembung, menurunkan efisiensi-siensi efek kimia dan fisik (Mason & Lorimer, 2002).2.3. Wide-angle difraksi sinar-X (WAXD)Wide-angle analisis difraksi sinar-X dilakukan padabubuk yang diperoleh dari kedua pati asli dan beku-kering

SNP suspensi. Pengukuran dilakukan denganPANanalytical, X'Pert PRO MPD difraktometer dilengkapi denganDetektor X'celerator. Kondisi operasi untuk refraktometeradalah: Cu K radiasi, 2A antara 4dan 44


7/26

, Ukuran langkah 0,084, Danlangkah waktu: 250 s.2.4. Spektroskopi RamanSpektrum Raman dikumpulkan pada LabRAM Analytical Ramanmicro-spektograf (Jobin-Yvon, Horiba Group, Perancis) menggunakanDia Ne sumber laser sebagai radiasi menarik (= 632,8 nm) dan udara-didinginkan CDD detektor. Sampel pati setelah ultrasonicationyang beku-kering sebelum analisis.2.5. Pengukuran transmitansiDispersi Pati pada interval yang berbeda dari ultrasonicationdiperkenalkan ke cuvettes kuarsa dan transmisi itudiukur antara 400 dan 800 nm menggunakan Shimadzu UV-vis spesifikasi-trophotometer. Sampel tidak diencerkan sebelum memulaipengukuran.2.6. Penentuan ukuran partikelDiameter partikel diukur pada 25C menggunakan MalvernNano-Zetasizer ZS Instrumen pada sudut hamburan tetap 173.Dispersi tidak diencerkan sebelum memulai pengukuran.

Hamburan cahaya dinamis (DLS) pengukuran memberikan ukuran-Z rata-rata.Setiap pengukuran dilakukan dalam rangkap tiga dan nilai rata-usia untuk memperoleh ukuran partikel rata-rata.

Page 4

Salinan pribadi penulisS. Bel HAAJ et al. / Karbohidrat Polimer 92 (2013) 1625-16321627Gambar.1.Perubahan distribusi ukuran partikel dari suspensi pati: (A) jagung lilindan (B) standar pati jagung setelah waktu ultrasonication berbeda.

2.7. Bidang-Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM)Lapangan Emisi Scanning Electron Microscope (FE-SEM) gambardiperoleh dengan Zeiss Supra40 sepenuhnya dikendalikan dari com-puter workstation. Sumber elektron, katoda panas memproduksielektron dengan efek Schottky, adalah tungsten filamen dilapisi denganlapisan ZrO. Gambar diciptakan oleh software SmartSEM. Asetetes suspensi diencerkan pati (dengan kandungan padat sekitar


8/26

0.02 wt.%) Diendapkan pada wafer silikon dan dilapisi dengan tipislapisan karbon terbatas pada 3 nm yang diterapkan oleh sputtering.3.Hasil dan diskusi3.1. Analisis ukuran partikelPengaruh ultrasonication dari suspensi pati pada rendahsuhu 8-10C dan di bawah daya tinggi dianalisis denganmemantau perubahan dalam distribusi ukuran selama sonikasi, menggunakanpati dari dua asal yang berbeda, pati yaitu standar dan lilinjagung dengan kandungan tinggi dalam amilopektin. Seperti ditunjukkandalam Gambar.1,ukuran partikel dari kedua jenis menjadi lebih kecil sebagai sonikasiwaktu meningkat, bergerak dari beberapam untuk sampel asliterhadap sekitar 100-200 nm setelah 75 menit di bawah ultrasonication tinggidaya pada 24 kHz. Hal ini dapat dilihat dari perubahan ukuran partikel vswaktu sonikasi (Gambar 2)bahwa dalam kasus lilin jagung yang parti-Ukuran cle menurun tajam selama 30 menit pertama, mencapai sekitar500 nm, kemudian terus menurun lebih lambat untuk mencapai dataran tinggisekitar 250 nm setelah 60 menit sonikasi. Selain itu, POSSI-ble untuk mengamati munculnya partikel sekitar 80 nm dan 30 nmUkuran setelah 60 menit dan 90 menit ultrasonication masing-masing. Hal yang samatrend tercatat dengan standar pati hingga 45 menit.

02004006008001000120002040

6080100Ukuran partikel (nm)Waktu Sonication (min)Jagung Waxypati standar


9/26


10/26

tren sebagai perubahan ukuran partikel, dan setelah 1 jam 15 menit Sonica-tion melebihi 80%, yang merupakan indikasi yang baik dari tidak adanyapartikel pati berukuran mikron.3.3. Perubahan morfologiUntuk mendapatkan gambaran yang lebih akurat tentang morfologi pati danpartikel pati yang dihasilkan selama perawatan ultrasonication, FE-Pengamatan SEM dilakukan dengan mendepositokan setetes diencerkansuspensi pati (dengan kandungan padat sekitar 0,1%) pada silikonwafer.

Page 5

Salinan pribadi penulis1628S. Bel HAAJ et al. / Karbohidrat Polimer 92 (2013) 1625-1632

Gambar.3Penampilan dari bubur pati 1,5% berat pada interval ultrasonicationyang berbeda:..(A) suspensi awal, (b) 45 menit dan (c) 75 menit waktu setelahberdiri selama 48 jam pada harisuhu kamar.Asli granula pati lilin yang poligonal dengan mulus sur-wajah, sekitar 2-15 m dalam ukuran dengan ukuran rata-rata ditemukan 17 mmenggunakan teknik difraksi laser. Dengan meningkatnya ultrasonicationsaat permukaan butiran tampaknya semakin rusakbawah dan terkikis, dengan pelepasan partikel berukuran nano tentang20-200 nm dalam ukuran. Hal ini disorot dalam Gambar.5,yang menunjukkan

sampelsetelah 45 menit ultrasonication. Cincin pertumbuhan radial 200-400 nmtebal dari mana fragmen muncul dapat terlihat jelas. Tinggiperbesaran fragmen meningkatnya permukaan terkikis menunjukkanstruktur pipih mulai dengan ketebalan 50-80 nm darimana partikel-partikel berukuran nano tampaknya terpisah.Partikel pati standar juga memiliki bentuk polyhedral danberbagai ukuran dari 2 hingga 10 m. Perubahan morfologipartikel pati standar selama ultrasonication mengikuti samatren seperti yang dari jagung lilin, dengan tampaknya perbedaan dalam

munculnya partikel selama proses erosi. Sebagai ultrasoni-kation berkembang, permukaan granul berubah menjadi kasar, menampilkan20-30 nm tebal pipih struktur yang berukuran nano par-ticles tampaknya akan dirilis.Dalam kedua lilin dan pati standar, struktur granularpartikel pati benar-benar melonggarkan setelah 75 min ultra-sonikasi, sehingga menimbulkan kelompok partikel 80-200 nm dalam ukuran.


11/26

Ukuran dasar dari nanopartikel membentuk cluster adalahantara 20 dan 80 nm. Tampaknya bahwa nanopartikel dari lilinjagung kurang agregat dibandingkan dari pati standar. Inipengamatan berada dalam perjanjian dengan data analisis DLS, indi-cating bahwa populasi partikel melihat sekitar 20-40 nm0102030405060708090100400500600700800Transmisi (%)Wavelentgh (nm)15 menit

45 menit60 menit75 minGambar.4.UV-vis transmisi spektrum dari jagung bubur lilin pada 1 wt.% Padaberbedaultrasonication waktu setelah berdiri selama 48 hari jam pada suhu kamar.analisis DLS sesuai dengan nanopartikel pati individusementara yang diamati sekitar 250 nm dikumpulkan atau berkerumunnanopartikel pati. Namun, sulit untuk menyatakan dari inipengamatan apakah nanopartikel berikutnya menunjukkan trombosit atau

morfologi granular.Mengacu pada pengukuran DLS, ukuran awal pati aslipartikel sekitar 6 m, yang agak rendah dari satu terungkapdari pengamatan SEM berada di kisaran 5-15 m. Appar-Inient discrapency mungkin dirasionalisasi oleh kekhususan DLSyang terutama disesuaikan untuk mikron partikel sub. Memang, DLS meas-ures gerak Brown dan berhubungan ini untuk ukuran partikel


12/26

menggunakan persamaan Stokes-Einstein. Oleh karena itu, partikel dengan ukuranlebih dari 10 m tidak dapat benar terdeteksi oleh DLS karena mereka set-TLE turun dengan cepat. Ini adalah alasan utama akuntansi untuk lebihukuran partikel rendah granula pati murni.Kita juga harus menekankan bahwa pengamatan FE-SEM mengungkapkanbahwa tidak ada partikel berukuran mikro yang diamati setelah 75 menit Ultraso-nication, membenarkan disintegrasi lengkap granula patimenjadi partikel berukuran nano.3.4. Analisis WAXDDifraksi sinar-X digunakan untuk mempelajari perubahan pati Crys-tallinity dibawa oleh pengobatan USG pati granular.Pola difraksi WXAD sampel pati beku-kering di berbeda-interval ent ulrasonication ditunjukkan pada Gambar.6.Seperti yang diharapkan, baikjagung standar dan lilin dipamerkan A-jenis difraksi pat-tern khas pati sereal, dengan puncak di sudut Bragg (2a)15, 17, 18dan 23(Zobel, 1964).A V-jenis puncak difraksi kecil

juga diamati pada 20pati standar, yang dikaitkandengan tertib dikemas amilosa kompleks heliks tunggal dengan lipid.Perubahan penting dalam spektrum DRX tercatat untuk kedua patijenis di bawah pengaruh ultrasonication. Setelah 30 menit ultrasonica-tion semua puncak difraksi penurunan intensitas. Dengan lebih lanjutsonikasi selama 75 menit, puncak difraksi pada 10, 15

, 18dan 23benar-benar menghilang dalam kasus pati standar, sedangkan puncaksebesar 17,5


13/26

terutama meninggal dalam intensitas dengan peningkatan lebarpada setengah tinggi puncak. Puncak V-difraksi pada 20tampaknyatidak terpengaruh oleh pengobatan ultrasonication. Namun, dalam kasus inijagung lilin, semua puncak difraksi hilang setelah 75 menitsonikasi dan hanya hallow luas dari 430terkait denganfase amorf diamati pada spektrum difraksi.Tampaknya, ultrasonication berkepanjangan granula pati padasuhu 8-10C dan di bawah ultrasonication tinggi mengakibatkangangguan serius dari struktur kristal dari berkerumun amy-lopectin, tampaknya mengarah ke nanopartikel dengan kristalinitas rendahatau karakter amorf. Bagaimana, meskipun, adalah mungkin untuk rasional-ize penurunan atau hilangnya kristalinitas bawah ultrasonication itu? Adalah

Page 6

Salinan pribadi penulis

S. Bel HAAJ et al. / Karbohidrat Polimer 92 (2013) 1625-16321629Gambar.. 5FE-SEM gambar partikel pati pada interval ultrasonication yangberbeda: (A) jagung lilin asli, (B) jagung lilin setelah 30 menit sonikasi, (C) jagunglilin setelah 45 menitsonikasi, (D) jagung lilin setelah 75 menit sonikasi, (E) standar jagung asli, (F)standar jagung 30 menit sonikasi, dan (G) jagung standar setelah 75 menit sonikasi.

Page 7


1630S. Bel HAAJ et al. / Karbohidrat Polimer 92 (2013) 1625-1632Gambar.. 6WXAD pola difraksi partikel pati beku-kering: (A) standarpati jagung, dan (B) lilin jagung setelah periode ultrasonication berbeda.itu tidak benar-benar bahwa nanopartikel pati berikutnya menunjukkan sebuah amor-karakter phous? Bahkan, seperti ukuran partikel menurun ke20-50 nm, ukuran kristal menjadi lebih kecil dan difraksi


14/26

puncak menjadi lebih luas, karena lebar setengah tinggi puncaknya adalahberbanding terbalik dengan ukuran kristal. Selain itu, dis-penampilan puncak difraksi dalam kasus jagung lilin mungkinmenjadi konsekuensi dari penurunan yang berlebihan dalam ukuran kristalyang timbul dari pengurangan ukuran partikel. Memang, kristal kecilyang memiliki hanya beberapa bidang kisi mungkin tidak menghasilkan cukupintensitas refleksi terdeteksi, terutama dalam kasus cahaya ele-KASIH seperti karbon, mengingat fakta bahwa difraksi adalahsebanding dengan kuadrat dari nomor atom.3.5. Analisis perubahan struktur dengan spektroskopi RamanSpektroskopi FTIR dan Raman digunakan untuk menyelidiki perubahanstruktur molekul setelah pengobatan ultrasonication. ItuSpektrum FTIR untuk pati sebelum dan sesudah ultrasonication (spektra tidakditampilkan) menunjukkan karakteristik band hampir identik didominasi oleh-1,4-Glikosidik linkage dan ikatan COC di ring glukosa.Untuk alasan Raman spektroskopi ini, yang diakui lebihsensitif dibandingkan FTIR terhadap perubahan lokal dalam polimer mikro, adalahdilakukan. Spektrum Raman sebelum dan sesudah ultrasonicationdicatat dan spektrum ditunjukkan pada Gambar.7.Assign-Thement band pati utama, berdasarkan data dari literatur(Zhbankov, Andrianov, & Marchewka, 1997)diberikan pada Tabel 1.Dari analisis ini, pernyataan berikut dapat dilakukan:- Kedua pati standar dan jagung lilin menunjukkan Raman samaspektrum.

Tabel 1Wavenumbers Raman dan tugas masing-masing mengacu pada data literatur.Bilangan gelombang (cm-1)Penugasan2910 vs(CH)1459 s (CH) + (CH

2)1403 s (CH)1381 s (CH) + (CH2


15/26

) + I (COH)1339 s (CH)1260 m (CH2) + I (COH) + (CH2OH)1126 s(COH) + (COH) +(CO)1081 s (COH)1050 s (COH) + (COH) +(CC)941 s (COH) + (COC) +(CO)867 s(COC) + (CH) + (CH2)

763 w(CC)711 w(CC)614 w(CCO)574 m(CCO)476 vs(CCO) + (CCO)

439 s (CCO) + (CCC)408 s(CCO) + (CCO)- Band karena getaran modus kerangka glukosacincin piranosa pati menunjukkan perubahan setelah ultrasonication;band di 440, 478 dan 581 cm


16/26

-1ditugaskan untuk(CCO), (CCO) dan (CC) dari cincin piranosa mode skeletal masing-tively mengalami pergeseran dari sekitar 5 cm-1menuju yang lebih tinggiwavenumber. The band di 520 dan 620 cm-1juga ditugaskan untukcincin piranosa menurun terutama dalam intensitas. Demikian juga,band di 760 dan 865 cm-1ditugaskan untuk(C1C2) Modus cincindan(C1OC5

) Masing-masing mengalami pergeseran ke bawah olehsekitar 12 cm-1setelah perawatan sonikasi. Perubahan ini mungkinterkait dengan penurunan kristalinitas berikut ultrasonication.Tren yang sama dalam spektrum Raman dicatat oleh Mutungi,Passauer, Onyango, Jaros, dan Rohm (2012).- Getaran berhubungan dengan COC dari -1,4 dan -1,6 glikosidikhubungan ditandai oleh band-band yang kuat di 900-960 cm-1

danband lemah di 1155 cm-1dipamerkan perubahan baik dalam intensitasdan dalam posisi. Band di 905 cm-1muncul sebagai bahu


17/26

dari band yang kuat di 940 cm-1tampaknya menghilang setelah ultrasoni-kation. Band di 940 cm-1digeser oleh sekitar 4 cm-1menujuwavenumber lebih rendah, dan band di 1155 cm-1menurunintensitas. Mengingat band di 905 cm-1terkait dengan -1,6linkage glikosidik, dapat disimpulkan bahwa titik percabangandi amilopektin itu yang paling terpengaruh oleh ultrasonication,menyebabkan kerusakan bagian dari hubungan ini.- Band di 1128 cm-1dikaitkan dengan CO peregangan dan COHPenurunan intensitas deformasi setelah ultrasonication.Perubahan diamati dalam spektrum Raman dari kedua jenispati setelah 1 jam 15 menit ultrasonication merupakan indikasi dari beratgangguan dalam struktur kristal asli, yaitu untuk lilin

jagung, dan mungkin mencerminkan kerusakan yang terjadi di -1,6 glikosidikhubungan.Berdasarkan hasil tersebut di atas, dapat disimpulkan bahwapengobatan ultrasonik suspensi pati pada suhu rendahdan kekuasaan sonikasi tinggi menghasilkan fragmentasi signifikangranula pati, sehingga mereka menjadi berukuran nano.3.6. Kemungkinan mekanisme generasi SNPPada frekuensi yang digunakan, 24 kHz, diameter rata-rata dari cav-itation gelembung dikenal homogen sekitar 10-20 m(Tsochatzidis, Guiraud, Wilhelm, & Delmas, 2001).Diameter ini

berada di urutan yang sama besarnya dengan ukuran granula pati,yaitu sekitar 5-20 m pada titik awal dari ultrasonikpengobatan. Partikel pati karenanya harus diseret dalam tinggialiran kecepatan yang dihasilkan dari ledakan dari gelembung kavitasi

Page 8



18/26

S. Bel HAAJ et al. / Karbohidrat Polimer 92 (2013) 1625-1632163116001400120010008006004000.00.8ABilangan gelombang (cm-1)Raman intensity (a.u)

75 min sonikucingionStandard

starch1460140313811341


19/26

1305126012051155112711101084105010039439108687707216185765304804434411260160014001200

10008006004001.21.41.61.82.02.2

2.42.62.83.0BBilangan gelombang (cm-1


20/26

)Rsebuahmsebuahnditensity(sebuah. U)13411127108410501003115586575 mi

n sonikucingionnative m lilinsebuahi

ze14601403138113051205


21/26

940905760721618576530480443441Gambar.7.Spektrum Raman (A) pati standar dan (B) jagung lilin sebelum dansesudah 75 menit pengobatan USG.daripada mengalami dampak langsung dari MicroJet naik darigelembung runtuh. Mengingat kecepatan tinggi, yang kemungkinan akanmelebihi 200 m / s, partikel pati didorong bersama-sama dan col-Lide keras, menyebabkan kerusakan permukaan yang mengarah ke penurunanukuran (Crum, 1995; Prozorov, Prozorov, & Sulick, 2004)Berdasarkanpengamatan SEM, ada kemungkinan bahwa mekanik yang dihasilkantabrakan bersama dengan gaya geser yang tinggi membawa progres-erosi komprehensif dari partikel pati mulai dari permukaan, yangmengalami fragmentasi lebih lanjut sampai ukuran membatasi tercapai.Selanjutnya, mengingat suhu rendah selama sonikasi, airmolekul tidak bisa menyebar di dalam rantai amilopektin dan tidak adaplastisisasi dari fase amilopektin adalah mungkin terjadi.

Kedua rantai amilosa dan amilopektin tetap di kacadomain, mendorong proses fragmentasi sampai partikelmenjadi berukuran nano, di mana mereka tidak bisa lagi dipecah.Kerusakan mekanis partikel pati di bawah pengaruh ultra-sonikasi dalam larutan air juga disorot oleh Yue et al.(2012).Orang mungkin memanggil konsep blocklet (Gallant, Bouchet, &Baldwin, 1997) untuk menjelaskan pembentukan SNP bawahultrasonication. Jika kita mengasumsikan bahwa kristal dan amorflamellaes diatur dalam unit globular diskrit asimetris

bernama blocklet dengan ukuran di kisaran 50-100 nm, maka pro-merindukan ultrasonication bawah suhu 8-10C mungkin membawatentang mengupas-off dari blocklet dan istirahat berikutnya merekabawah. Namun, konsep blocklet tidak sepenuhnya diakui dan


22/26

masih menjadi bahan perdebatan. Penyelidikan lebih lanjut dan lebih dalamkarakteristik-terization dari nanopartikel pati berikutnya menggunakan Angle KecilHamburan sinar-X (SXA), transmisi mikroskop elektronik (TEM)dan AFM sedang berlangsung dalam rangka untuk lebih menjelaskan mekanismepembentukan SNP.4.KesimpulanProsedur yang efisien telah dijelaskan untuk persiapanpartikel pati berukuran nano menggunakan metode murni fisik

Page 9

Salinan pribadi penulis1632S. Bel HAAJ et al. / Karbohidrat Polimer 92 (2013) 1625-1632

intensitas tinggi ultrasonication tanpa bahan kimia tambahan. ItuProses ini didasarkan pada ultrasonication daya tinggi dari suspensidari granula pati dalam air pada 1-2% konsistensi dan pada tempera-mendatang dari 8-10C, menggunakan dua jenis tepung, jagung yaitu standarpati jagung dan lilin. Hal ini menunjukkan bahwa ukuran partikelgranula pati menurun terus menerus dengan waktu Ultraso-pengobatan nication tingkat off setelah sekitar 75 menit untuk ukuran mulai30-140 nm dan 30-250 nm dalam kasus standar dan

jagung lilin masing-masing. Konversi lengkap pati gran-ules dari Micronic skala nanometric setelah 75 menit ultrasonicationdikonfirmasi oleh pengamatan FE-SEM, menunjukkan kelompok par-ticles mulai dari ukuran 80-200 nm. Ukuran dasar darinanopartikel membentuk cluster berkisar antara 20 sampai 80 nm.Pengamatan FE-SEM pada interval sonication perantara terungkapbahwa dengan waktu meningkatnya ultrasonication permukaanbutiran tampaknya semakin rusak dan terkikis,dengan pelepasan partikel 20-100 nm dalam ukuran. Analisis WAXDmenunjukkan bahwa sonication serius mengganggu struktur kristal-

mendatang dari berkerumun amilopektin dan tampaknya menyebabkan nanopartikeldengan kristalinitas rendah atau karakter amorf. Analisis Ramanmengkonfirmasi penurunan kristalinitas dengan ultrasonication memperlakukan-ment dan menunjukkan terjadinya kerusakan di sepanjang percabangantitik yang dibentuk oleh linkage glikosidik -1,6.Untuk yang terbaik untuk pengetahuan kita, ini adalah laporan pertama keprihatinan-ing penyusunan nanopartikel berbasis pati dengan intensitas tinggi


23/26

ultrasonication tanpa bahan kimia tambahan. Dibandingkan denganproses hidrolisis asam, yang menghasilkan hasil yang rendah dari patinanocrystals, proses ini menawarkan keuntungan yang cukup pesatdan mudah diimplementasikan tanpa perlu melakukan diulangmencuci pengobatan, karena tidak ada pereaksi kimia yang ditambahkan selamaproses. Karena tidak ada pemurnian lebih lanjut dilakukan pada suspensiSNP, kami menyimpulkan bahwa hasil produksi harus mendekati 100%.PengakuanDukungan dana dari PHC UTIQUE (Grant 15G1115) adalah grate-diakui sepenuhnya. The USC "Raman"-University of Sfax-Tunisiasangat diakui untuk pengukuran Raman.ReferensiAlila, S., Besbes, I., Rei Vilar, M., Mutj, P., & Boufi, S. (2013). Tanaman non-kayusebagaibahan baku untuk produksi selulosa microfibrillated (MFC): perbandingan astudi. Tanaman Industri dan Produk, 41, 250-259.Angellier, H., Molina-Boisseau, S., Lebrun, L., & Dufresne, A. (2005). Pengolahandansifat struktural dari lilin nanocrystals pati jagung diperkuat menggosok-alamiber. Makromolekul, 38 (9), 3783-3792.Angellier, H., Putaux, JL, Molina-Boisseau, S., Dupeyre, D., & Dufresne, A. (2005).Pati nanokristal pengisi dalam matriks polimer akrilik. Makromolekul Symposia,221, 95-104.Besbes, I., Rei Vilar, M., & Boufi, S. (2011). Nanofibrillated selulosa dari alfa, euca-

lyptus dan pinus serat: persiapan, karakteristik dan memperkuat potensi.Karbohidrat Polimer, 86, 1198-1206.Biskupa, RC, ROKITA, B., Lotfy, S., Ulanski, P., & Rosiak, JM (2005). Degradasition kitosan dan pati oleh 360-kHz USG. Karbohidrat Polimer, 60,175-184.Chin, SF, Pang, SC, & Tay, SH (2001). Ukuran dikendalikan sintesis patinanopartikel dengan Metode nanoprecipitation sederhana. Karbohidrat Polimer, 86,1817-1819.Crum, LA (1995). Komentar di lapangan berkembang sonochemistry oleh kavitasisebuah

fisikawan. Ultrasonics Sonochemistry, 2 (2), S147-S152.Degrois, M., Gallant, DP, Baldo, P., & Guilbot, A. (1974). Efek USG padabutir pati. Ultrasonics, 12, 129-131.Dufresne, A. (2010). Pengolahan nanocomposites polimer diperkuat dengan polysac-charide nanocrystals. Molekul, 2 (5), 605-611.Gallant, DJ, Bouchet, B., & Baldwin, PM (1997). Mikroskop pati: buktitingkat baru organisasi granul. Karbohidrat Polimer, 32, 177-191.


24/26

Gallant, D., Sterling, C., Guilbot, A., & Degrois, M. (1972). Efek mikroskopisUSG pada struktur tepung kentang - studi pendahuluan. Pati / Starke, 24,116-123.Giezen, F., Jongboom, R., Gotlieb, K., & Boersma, A. (2000). Paten Wo 00/69916.Izidoro, DR, Sierakowski, MR, Haminiuk, CWI, De Souza, CF, & De Paula Scheer,A. (2011). Sifat fisik dan kimia ultrasonically, semprot-kering hijaupisang (Musa cavendish) pati. Jurnal Teknik Pangan, 104, 639-648.Jambrak, AR, Herceg, Z., Subaric, D., Brncic, J., Brncic, SR, Bosiljkov, T., etal. (2010).USG berpengaruh pada sifat fisik pati jagung. Karbohidrat Polimer,79, 91-100.Jiang, Y., Ptrier, C., & Waite, TD (2006). Sonolysis dari 4-klorofenol dalam airSolusi: pengaruh konsentrasi substrat, suhu air dan ultra-frekuensi sonik. Ultrasonics Sonochemistry, 13, 415-422.Koda, S., Kimura, T., Kondo, H., & Mitone, HA (2003). Sebuah metode standar untukefisiensi calibratesonochemical dari sistem reaksi individu. UltrasonicsSonochemistry, 10 (3), 149-156.LeCorre, D., Bras, J., & Dufresne, A. (2010). Nanopartikel Pati: review. Biomacro-molekul, 11, 1139-1153.LeCorre, D., Bras, J., & Dufresne, A. (2011). Keramik membran filtrasi untukmengisolasinanocrystals pati. Karbohidrat Polimer, 86, 1565-1572.LeCorre, D., Vahanian, E., Dufresne, A., & Bras, J. (2012). Pretreatment enzimatikuntuk

mempersiapkan nanocrystals pati. Biomakromolekul, 13, 132-137.Liu, D., Wu, Q., Chen, H., & Chang, PR (2009). Sifat Transisi patikoloid dengan pengurangan ukuran partikel dari microto nanometer. Journal of Koloiddan Interface Science, 339 (1), 117-124.Luo, ZG, Fu, XO, Dia, XW, Luo, FX, Gao, QY, & Yu, SJ (2008). Pengaruh ultra-pengobatan sonic pada sifat fisikokimia pati jagung berbedadalam kandungan amilosa. Pati / Starke, 60, 646-653.Mason, TJ, & Lorimer, JP (2002). Sonochemistry Terapan. Penggunaan kekuasaanUSGdalam kimia dan proses. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH.

Bulan, RJ, Martini, A., Nairn, J., Simonsen, J., & Youngblood, J. (2011). Selulosanano-bahan meninjau: struktur, sifat dan nanocomposites. Chemical Society, Ulasan 40, 3941-3994.Mutungi, C., Passauer, L., Onyango, C., Jaros, D., & Rohm, H. (2012). Debranchedcas-sava pati kristalinitas penentuan dengan spektroskopi Raman: Korelasi


25/26

fitur dalam spektrum Raman dengan difraksi sinar-X dan13C CP / MAS NMR spesifikasi-troscopy. Karbohidrat Polimer, 87, 598-606.Prozorov, T., Prozorov, R., & Sulick, KS (2004). Kecepatan tinggi interparticle colli-aksesi didorong oleh USG. Journal of the American Chemical Society, 126 (43),13.890-13.891.Putaux, JL, Molina-Boisseau, S., Momaur, T., & Dufresne, A. (2003). Plateletnanocrystals yang dihasilkan dari hidrolisis asam dari lilin granula pati jagung.Biomakromolekul, 4 (5), 1198-1202.Siqueira, G., Bras, J., & Dufresne, A. (2010). Bionanocomposites selulosa: tinjauanpersiapan, sifat dan aplikasi. Polimer, 2, 728-765.Siro, I., & rancangan Plackett, D. (2010). Microfibrillated selulosa dan nanokompositbaruBahan: review. Selulosa, 17, 459-494.Lagu, D., Thioc, YS, & Deng, Y. (2011). Pati pembentukan nanopartikel via reaktifekstrusi dan studi mekanisme terkait. Karbohidrat Polimer, 85, 208-214.Tester, RF, Karkalas, J., & Qi, X. (2004). Pati - komposisi, struktur halus danarsitektur. The Journal of Science Sereal, 39, 151-165.Tome, LC, Pinto, RJB, Trovatti, E., Freire, CSR, Silvestre, AJD, Pascoal Neto, C.,et al. (2011). The penyerbuan polimer dari sumber daya terbarukan di tempat kejadianilmu makromolekul dan teknologi. Green Kimia, 13, 1061-1083.Tsochatzidis, NA, Guiraud, P., Wilhelm, AM, & Delmas, H. (2001). Penentuankecepatan, ukuran dan konsentrasi gelembung kavitasi ultrasonik dengan fase-the

Teknik Doppler. Teknik Kimia Sains, 56, 1831-1840.Wildi, RH, Van Egdob, E., & Bloembergen, S. Patent US2011/0042841 A1.Yue, Y., Zuo, J., Hbraud, P., Hemar, Y., & Ashokkumar, M. (2012). Kuantifikasidaya tinggi USG disebabkan kerusakan pada tanaman kentang granula patimenggunakan cahayamikroskop. Ultrasonics Sonochemistry, 19, 421-426.Zeng, JB, Dia, YS, Li, SL, & Wang, YZ (2012). Kitin Whiskers: An OverviewBiomakromolekul, 13 (1), 1-11.Zhbankov, RG, Andrianov, VM, & Marchewka, MK (1997). Fourier transform IRdan spektroskopi Raman dan struktur karbohidrat. Journal of Molecular

Struktur, 436-437.Zhu, J., Li, L., Chen, L., & Li, X. (2012).Studi pada perubahan strukturalsupramolekul dariultrasonik diperlakukan kentang granula pati. Makanan Hydrocolloids, 29, 116-122.Zobel, HF (1964). Analisis X-ray dari granula pati. Di LR Whistler, & RJ Smith(Eds.), Metode dalam kimia karbohidrat (hlm. 109-113). New York: Academictekan.


26/26

Documents

Carbohydrate POLYMER