1. VÝROBA OBALOVÉ FOLIE Z BRAMBOR Úkol: Z brambor získejte škrob a z něho vyrobte tenkou folii. Pokus proveďte dvakrát, jednou s přídavkem a jednou bez přídavku plastifikátoru. Vlastnosti folie vyhodnoťte a porovnejte s materiálem komerčního produktu.
Úvod: Škrob je polysacharid, jehož monomerní jednotka je tvořena molekulou glukózy. Základními formami jsou amylóza a amylopektin znázorněné na obr. 17. Amylóza jsou dlouhé linární úseky tvořené mery (glukóza) propojenými α-D-(1→4) vazbami. Amylóza má konformační (sekundární) strukturu šroubovice. Amylopektin je rozvětvený prostřednictvím α-D-(1→6) vazeb. Škrob je biopolymer, vhodný i jako surovina pro plastové výrobky krátkodobé spotřeby. Pokud je z roztoku škrobu odlita tenká vrstva a nechá se vyschnout, vzniká tenký film, ve kterém jsou jednotlivé makromolekuly navzájem vázány vodíkovými můstky. Rozvětvený amylopektin ovšem narušuje proces vytváření filmu a kvalita produktu je nicotná. Glykosidová vazba je v kyselém prostředí labilní, kyselinou katalyzovaná hydrolýza ovšem přednostně narušuje (1→6)
vazby, což umožňuje částečnou hydrolýzou
významně snížit obsah amylopektinu ve škrobu v roztoku. Řetězce amylózy se potom mohou velmi dobře uspořádávat vedle sebe a tvořit při vysýchání soudržnější film, který je ovšem až příliš křehký, neboť je částečně krystalický. Přídavkem glycerolu je možné vzniklý materiál plastifikovat, neboť se glycerol sám a spolu s ním molekuly vody fyzikálně váží mezi řetězce amylózy, čímž brání vzniku krystalické fáze. V průmyslu se používá řada dalších přísad a ke škrobu jsou
přidávány i další polymery (např. polylaktid, PLA). Materiál je termoplastický. α – D – (1
4) va zba
α – D – (1
6) vazba
CH2 OH O OH
O
OH O CH2 OH
CH2 OH
CH2 OH
CH2 OH
CH2 OH
O
O
O
O
O
OH
O
OH
O OH
OH
OH
O OH
amylóza
OH
O OH
OH
CH2 O O
OH
OH
O OH
amylopekti n
Obrázek 1: Struktura polysacharidů amylózy a amylopektinu
Pomůcky: a) pro extrakci škrobu Brambory (100g), struhadlo, kádinka (600ml), velká třecí miska s tloučkem, předvážky, odměrný válec (100ml) b) pro přípravu folie Čajové sítko, kádinka (250ml), hodinové sklo, pipety, balonek pro pipetování, lžička, univerzální indikátorový papírek pH, odměrný válec (10ml, 100ml), Petriho miska (dlaždice), váhy, vařič, sušárna
Chemikálie: 0,1M HCl, 0,1M NaOH, propan-1,2,3-triol (glycerol), destilovaná voda
Bezpečnost práce: Používejte ochranu očí (brýle). Dbejte zvýšené opatrnosti při manipulaci s vařičem a kyselinou.
Postup: A. EXTRAKCE ŠKROBU: 1. Umyjte brambory od nečistot a nastrouhejte na struhadle s malými oky alespoň 100 g brambor. Můžete strouhat i se slupkou, pokud jste hlízy dobře omyli.
2. 100 g nastrouhaných brambor dejte do třecí misky. Přilijte 100 ml destilované vody a tloučkem třete směs cca 3minuty. Směs přelijte přes čajové sítko do kádinky (600ml), neprošlé kusy vraťte zpět do třecí misky.
3. Zopakujte bod A 2 ještě dvakrát. Extrakt se sbírá v 600 ml kádince. 4. Vzniklý škrob nechte usadit na dně kádinky (minimálně 5 minut) a slijte přebytečnou vodu.
5. Přilijte 100 ml destilované vody do kádinky se škrobem a kvantitativně vše převěďte do kádinky (250ml) a opakujte dekantaci (bod A 4 a 5)ještě 2x.
B. VÝROBA FOLIE: 1. Ještě jednou slijte roztok nad usazeným škrobem v kádince. Odeberte 4g usazené škrobové suspenze obsahující co nejméně vody, pomocí odměrného válce přilijte 22ml destilované vody, 3ml 0,1M HCl, a přidejte 2ml propan-1,2,3-triolu (raději navážit, vypočítejte pomocí hustoty).
2. Kádinku se škrobem postavte na vařič. Zahřívejte pomalým varem po dobu 15 minut. Než přivedete viskózní suspenzi k varu (z bílé suspenze se vzorek postupně změní
v čirou viskózní kapalinu), míchejte ji, pak přikryjte kádinku hodinovým sklem. Dejte pozor, aby nebyl var příliš prudký, nebo abyste nevyvařili příliš mnoho vody, směs má pak tendenci vyprskávat z kádinky. Též dejte pozor, aby vám roztok při dlouhém zahřívání nevyschl a nedegradoval.
3. Až roztok zchladne, zjistěte jeho pH pomoci univerzálního indikačního papírku. Namočte v roztoku tyčinku a dotkněte se papírku na jednom místě a porovnejte s barevnou stupnicí na obalu.
4. Neutralizujte škrobovou suspenzi. Použijte roztok NaOH. Přibližný přídavek pro neutralizaci NaOH je 3ml. Kontrolujte pH papírkem.
5. Směs možno obarvit potravinářským barvivem. (Pokud je barvivo neředěné, používejte minimální množství, aby folie nebyla příliš tmavá.) 6. Zopakujte vše od bodu B 1, ale bez přídavku modifikátoru propan-1,2,3-triolu. 7. Roztoky rozlijte na Petriho misky nebo glazurované dlaždičky, vložte do sušárny a sušte při teplotě 100°C po dobu 90 minut. Přesvědčte se, že vzniklá fólie je dostatečně vysušená.
Výsledky a diskuze 1. Výsledky pozorování si zapisujte, hlaste a ukazujte vedoucímu praktika. Vlastnosti folie vyhodnoťte na pohled a pohmat a porovnejte s materiálem komerčního produktu „Já jsem biotaška“. Pokud jste použili příliš mnoho vody (příliš málo škrobu), folie během sušení dostatečně nevyschne, bude se při odformovávání trhat a lepit k podkladu. 2. Testujte rozpustnost připravených folií i materiálu „biotašky“ ve studené, teplé (cca 60 °C) a vroucí vodě. Kvalitativní pozorování zapište.
Doplňující otázky a úkoly: 1. Co je to změkčovadlo. Jaká je podstata jeho působení v plastu? 2. Jak byste upravili výrobek (folii) ze škrobu, abyste zvýšili jeho odolnost vůči vodě? 3. Jaké znáte biodegradovatelné polymery, které z nich jsou přírodního původu? 4. Jaká jsou uplatnění biodegradovatelných plastů? Návrhy? Výhody a nevýhody? 5. Jaká jsou činidla/metody důkazů škrobu? Jaká pro redukující sacharidy? 6. Existuje i živočišná obdoba škrobu? Bylo by možné průmyslové využití?
