ĐẠi hỌc huẾ trƯỜng ĐẠi hỌc khoa hỌc · 2020. 2. 20. · anova phân tích phương...

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐẶNG XUÂN DỰ

NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CHITOSAN

BẰNG HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN H2O2/BỨC XẠ

GAMMA COBAN – 60 ĐỂ CHẾ TẠO

OLIGOCHITOSAN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

HUẾ - NĂM 2015

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CHITOSAN

BẰNG HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN H2O2/BỨC XẠ

GAMMA COBAN – 60 ĐỂ CHẾ TẠO

OLIGOCHITOSAN

Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý

Mã số: 62 44 01 19

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

HUẾ - NĂM 2015

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới những người Thầy của

mình PGS.TS Nguyễn Quốc Hiến, PGS.TS Võ Quang Mai đã dành nhiều thời

gian và công sức hướng dẫn tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Phòng thí nghiệm Hóa lý – Khoa Hóa,

Trường Đại học Khoa học Huế, nơi đã tạo điều kiện thuận lợi về trang thiết bị

và hướng dẫn tận tình cho tôi trong suốt thời gian làm thực nghiệm.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong

Nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển Khai Công nghệ Bức xạ

– Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam, Phòng Công nghệ Bức xạ –Viện

Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, Phòng phân tích Hóa lý – Trường Đại học Khoa

học Tự nhiên – ĐHQG Tp. HCM đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi về máy móc,

thiết bị trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến GS.TS Trần Thái Hòa trưởng Bộ

môn Hóa lý, Ban chủ nhiệm, cán bộ giảng viên và anh chị em NCS của Khoa

Hóa – Trường Đại học Khoa học Huế, các Thầy cô trong Ngành Hóa – Khoa

Sư phạm Khoa học Tự nhiên – Trường Đại học Sài Gòn đã động viên giúp đỡ

tôi trong suốt thời gian nghiên cứu.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 3 năm 2015

Tác giả

ĐẶNG XUÂN DỰ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu

và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực, được các đồng tác giả

cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào

khác.

Tác giả

ĐẶNG XUÂN DỰ

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ANOVA Phân tích phương sai (Analysis of Variance)

ABTS 2,2’-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid)

CFU/ml Số đơn vị khuẩn lạc trong 1 ml (Colony Forming Unit per

milliter)

CNBX Công nghệ bức xạ

COS Oligochitosan

COSM5 Oligochitosan, Mw ~ 5 kDa

COSM10 Oligochitosan, Mw ~ 10 kDa

CTS Chitosan

CTS-91 Chitosan có độ đề axetyl~91%, Mw ~49 kDa

CTS-80 Chitosan có độ đề axetyl~80%, Mw ~50 kDa

CTS-72 Chitosan có độ đề axetyl~72%, Mw ~48,2 kDa

CTSM15 Chitosan Mw ~15 kDa

CTSM23 Chitosan Mw ~23kDa





C90 Chitosan có độ đề axetyl 91%, Mw ~166 kDa



D Hiệu ứng đồng vận

E. coli Vi khuẩn Escherichia coli

ĐA Độ axetyl

ĐĐA Độ đề axetyl

ĐSGKLPT Độ suy giảm khối lượng phân tử

ĐTNBH Độ trương nước bão hòa

EB Chùm electron (Electron beam)

FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hiệp quốc

(Food and Agriculture Organization of the United Nations)

FT-IR Phương pháp Phổ hồng ngoại(Fourier transform infrared)

GPC Phương pháp Sắc kí gel thấm qua(Gel Permeation

Chromatography)

Gs Kí hiệu hiệu suất cắt mạch bức xạ

1H-NMR Phương pháp phổ cộng hưởng từ proton (Proton Nuclear

Magnetic Resonance)

HSCMBX Hiệu suất cắt mạch bức xạ

HSTĐPƯ Hằng số tốc độ phản ứng

IAEA Cơ quan Năng lượng Nguyên tử quốc tế (International

Atomic Energy Agency)

k Kí hiệu của HSTĐPƯ

KLPT Khối lượng phân tử trung bình khối lượng

k91d HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 trong dung dịch



k91t HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 ở dạng trương



LSD Sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa (Least Significant

Difference)

m0 Kí hiệu khối lượng phân tử đơn vị monome

mesh Số lỗ trên một inch chiều dài

Mn Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình số lượng

Mv Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình độ nhớt

Mw Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình khối lượng

N Cỡ mẫu

OD Mật độ quang (Optical Density)

PI Độ đa phân tán của polyme (Polydispersity Index)

S. aureus Vi khuẩn Staphylococcos aureus

SD Độ lệch chuẩn (Standard Deviation)

t Kí hiệu thời gian

UV Phương pháp phổ tử ngoại (Ultraviolet spectroscopy)

v/v Thể tích /thể tích

XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X (X–ray diffraction)

WHO Tổ chức Y tế thế giới (World Health Organization)

w/v Khối lượng/thể tích

α Mức ý nghĩa

Co60

Bức xạ/tia gamma Co - 60

[] Độ nhớt đặc trưng

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1.1. Một số dao động đặc trưng trên phổ IR của CTS 12

Bảng 1.2. Hằng số k và α đối với CTS và một số hệ dung môi 15

Bảng 1.3. Khối lượng phân tử trung bình Mv, Mn và Mw của các

mẫu CTS có ĐĐA khác nhau

17

Bảng 1.4. Các loại cột Ultrahydrogel của hãng Waters và khoảng

đo KLPT hiệu dụng

19

Bảng 1.5. Suy giảm KLPT khi cắt mạch β - CTS bằng hydro

peroxit, tia Co60

và hiệu ứng đồng vận hydro peroxit và

tia Co60

29

Bảng 2.1. Thông tin về các mẫu chuẩn Pullulan 41

Bảng 2.2. KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan đối

với cột Ultrahydrogel 250

41

Bảng 2.3. KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan đối

với cột Ultrahydrogel Linear

43

Bảng 2.4. Kết quả Mw, Mn và PI của CTS đo bằng GPC 45

Bảng 3.1. Sự thay đổi ĐĐA của CTS theo thời gian phản ứng 55

Bảng 3.2. Sự thay đổi KLPT, ĐĐA và PI của CTS nguồn cắt mạch

bằng hydro peroxit

58

Bảng 3.3. Kết quả cắt mạch dung dịch 5% CTS-91 chế tạo COS 60

Bảng 3.4. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-91 trong dung dịch

5% bằng tia γCo60

và H2O2 0,5%

62

Bảng 3.5. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-91 5% trong

trường hợp có và không có H2O2 0,5%

63

Bảng 3.6. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch

CTS-91 5%, H2O2 0,5% theo liều xạ

68

Bảng 3.7. Kết quả cắt mạch dung dịch CTS-80 nồng độ 5% chế tạo

COS

69



và H2O2 0,5%

71



72



75

Bảng 3.11. Kết quả cắt mạch CTS-72 trong dung dịch 5% chế tạo

COS

76



và H2O2 0,5%

78



80



84

Bảng 3.15. Độ ẩm và ĐTNBH các mẫu CTS 88

Bảng 3.16. KLPT của CTS cắt mạch theo liều xạ với nồng độ H2O2

khác nhau

91

Bảng 3.17. HSCMBX Gs theo liều xạ ở những nồng độ H2O2 khác

nhau

93

Bảng 3.18. ĐĐA của CTS chiếu xạ ở 10 kGy với nồng độ H2O2 khác

nhau

95

Bảng 3.19. KLPT và PI của CTS cắt mạch dạng trương trong H2O2

5% ở liều xạ 10 kGy với suất liều khác nhau

98

Bảng 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến KLPT và ĐĐA

của CTS ở liều xạ 10,5 kGy

99

Bảng 3.21. Kết quả cắt mạch CTS-91 ở dạng trương trong dung dịch

H2O2 5%

101

Bảng 3.22. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-91 bằng tia γCo60

và

H2O2 5%

105

Bảng 3.23. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-91 ở dạng trương trong

nước và trong dung dịch H2O2 5%

106

Bảng 3.24. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trương

trong dung dịch H2O2 5% theo liều xạ

108

Bảng 3.25. Kết quả cắt mạch CTS-80 ở dạng trương trong nước và

trong dung dịch H2O2 5%

111


và

H2O2 5% ở dạng trương

113



114



117

Bảng 3.29. Kết quả cắt mạch CTS-72 ở dạng trương trong nước và


118


và

H2O2 5% ở dạng trương trong nước và trong dung dịch

H2O2 5%

119



120

Bảng 3.32. Sự phụ thuộc của HSCMBX và HSTĐPƯ theo ĐĐA khi

cắt mạch ở trạng thái rắn

121



124

Bảng 3.34. KLPT, PI và ĐĐA của CTS được cắt mạch với các thời

gian khác nhau theo phương pháp 1

129

Bảng 3.35. Kết quả hồi qui phi tuyến theo mô hình hàm mũ cơ số tự

nhiên (exponential) và hàm luỹ thừa với biến số thời gian

(power) theo phương pháp 1

130

Bảng 3.36. KLPT và ĐĐA phụ thuộc thời gian cắt mạch theo

phương pháp 2

131

Bảng 3.37. Kết quả hồi qui phi tuyến theo mô hình hàm mũ cơ số tự

nhiên (exponential) và hàm luỹ thừa với biến số thời gian

(power) theo phương pháp 2

132

Bảng 3.38. Kí hiệu các mẫu CTS cho nghiên cứu hiệu ứng chống oxi

hóa

134

Bảng 3.39. Hoạt tính kháng khuẩn của CTS có KLPT Mw (kDa)

khác nhau đối với E.coli

136

Bảng 3.40. Hiệu suất diệt khuẩn E. coli của CTS KLPT thấp và COS 137

Bảng 3.41. Hiệu quả diệt khuẩn E. coli của CTSM15 có nồng độ

khác nhau

137

Bảng 3.42. Hiệu quả diệt khuẩn S. aureus của CTS có KLPT khác

nhau

138

Bảng 3.43. Hiệu quả diệt khuẩn S. aureus của CTS có nồng độ khác

nhau

138

Bảng 3.44. Ảnh hưởng của CTS có MwKLPT khác nhau

140

Bảng 3.45. Trọng lượng (kg) của gà 72 ngày tuổi ở các lô khác nhau

141

Bảng 3.46. Ảnh hưởng của CTSM15 có nồng độ khác nhau

142

Bảng 3.47. Trọng lượng (kg) của gà 63 ngày tuổi ở các lô khác nhau 143

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1. Cấu tạo phân tử chitin 4

Hình 1.2. Công thức cấu tạo của CTS 5

Hình 1.3. Công thức cấu tạo chính xác của CTS 5

Hình 1.4. Công thức cấu tạo của COS 5

Hình 1.5. Phổ UV dẫn xuất thứ nhất của dung dịch axit axetic 0,01;

0,02; 0,03M và dung dịch N-axetyl glucosamin với các

nồng độ khác nhau (mg/l) trong axit axetic 0,01M

9

Hình 1.6. Phổ IR của mẫu chitin/CTS có ĐĐA khác nhau 5% (a);

50% (b) và 90% (c)

12

Hình 1.7. Tương quan giữa độ nhớt rút gọn và nồng độ CTS 14

Hình 1.8. Sự tạo thành liên kết hydro (I) và (II) 16

Hình 1.9. Sự phụ thuộc giá trị k và α vào ĐĐA của CTS 16

Hình 1.10. Sơ đồ cơ chế bắt hydro của gốc tự do hydroxyl cắt mạch

CTS

27

Hình 1.11. Sự suy giảm KLPT của β - CTS xử lý với H2O2, tia Co60

và H2O2/tia Co60

theo thời gian và liều xạ (suất liều:

1,33 kGy/h)

29

Hình 2.1. Sắc kí đồ GPC của mẫu chuẩn Pullulan ghi trên cột

Ultrahydrogel 250 với KLPT 100000 (a), 40000 (b),

23700 ( c), 12200 (d) và 738 Da (e)

42

Hình 2.2. Đường chuẩn tương quan giữa KLPT và thời gian lưu

của Pullulan đối với cột Ultrahydrogel 250

43

Hình 2.3. Đường chuẩn tương quan giữa KLPT và thời gian lưu

của Pullulan đối với cột Ultrahydrogel Linear

44

Hình 2.4. Sắc kí đồ của mẫu COS (a), CTS KLPT thấp (b) và CTS

KLPT cao (c)

45

Hình 2.5. (I) – Sơ đồ nguồn SVST Co – 60/B; (II) – Liều kế:

(a) - chưa sử dụng, (b) - đã sử dụng

48

Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian đề axetyl đến ĐĐA của CTS 55

Hình 3.2. CTS có ĐĐA ~ 78% (a); 84% (b); 95,5% (c) chế tạo từ

chitin

57

Hình 3.3. CTS nguồn ĐĐA ~ 72% (a); 80,3% (b) và 91,0 % (c) 58

Hình 3.4. Sơ đồ chế tạo COS bằng chiếu xạ dung dịch 59

Hình 3.5. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-91 trong dung dịch 5%

theo liều xạ và thời gian phản ứng (thời gian,

giờ = kGy/1,33)

61

Hình 3.6. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-91 trong dung

dịch 5% theo liều xạ

64

Hình 3.7. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung

dịch CTS-91 5% theo liều xạ và thời gian (thời gian,

giờ = kGy/1,33)

66

Hình 3.8. Phổ FT-IR của CTS-91 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng

chiếu xạ dung dịch CTS-91 5%, H2O2 0,5% ở liều xạ

2,2 kGy (b); 7,6 kGy (c); 15,1 kGy (d) và 19,8 kGy (e)

67

Hình 3.9. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-80 cắt mạch trong dung

dịch 5% theo liều xạ và thời gian phản ứng (thời gian,

giờ = kGy/1,33)

70

Hình 3.10. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-80 cắt mạch trong

dung dịch 5% theo liều xạ

72



giờ = kGy/1,33)

73




74

Hình 3.13. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-72 trong dung dịch 5%

theo liều xạ và thời gian phản ứng (thời gian,

giờ = kGy/1,33)

77

Hình 3.14. Hiệu ứng đồng vận của các loại CTS trong dung dịch

5%/0,5% H2O2 theo liều xạ

79

Hình 3.15. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-72 trong dung

dịch 5% theo liều xạ

79



giờ = kGy/1,33)

81




82

Hình 3.18. Dung dịch 5% CTS-91 trước khi chiếu xạ (a) và sau

chiếu xạ (b)

84

Hình 3.19. CTS -91 (a), CTS-91 cắt mạch (b), COS thu được từ

CTS-91 (c), CTS-80 (d) và CTS-72 (e)

85

Hình 3.20. Phổ UV – vis của CTS-91 (a), sản phẩm cắt mạch CTS-

91 (b), COS thu được từ CTS-72 (c), CTS-80 (d) và

CTS-91 (e) nồng độ 0,1 % (w/v) trong dung dịch axit

axetic 0,05%

86

Hình 3.21. Liên kết hydro trong phân tử của CTS 89

Hình 3.22. Sự suy giảm KLPT của CTS trương trong nước và trong

dung dịch H2O2 theo liều xạ

92

Hình 3.23. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS ( ĐĐA ~ 91,3%)

cắt mạch dạng trương nước theo liều xạ

94

Hình 3.24. Phổ FT-IR của CTS ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch

CTS ở dạng trương với H2O2 nồng độ 1% (b), 3% (c),

5% (d) tại liều xạ 10 kGy

95

Hình 3.25. Giản đồ XRD của CTS ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch

CTS ở dạng trương với H2O2 nồng độ 1% (b), 3% (c), 5% (d)

tại liều xạ 10 kGy

96

Hình 3.26. Phổ UV-vis của dung dịch CTS 0,1% có KLPT khác

nhau trong dung dịch axit axetic 0,05%

97

Hình 3.27. CTS ban đầu – dạng bột (a), CTS trương trong dung dịch

H2O2 5% (b) và CTS cắt mạch bằng hiệu ứng đồng vận (c)

98

Hình 3.28. Phổ FT-IR của sản phẩm cắt mạch CTS ở dạng trương

với H2O2 nồng độ 0% (5ml H2O/1g CTS, a); 5% (b);

7,5% (c); 10% (d) tại liều xạ 10,5 kGy

99

Hình 3.29. Sơ đồ cắt mạch CTS ở dạng trương 101

Hình 3.30. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối với CTS-91 cắt mạch ở

dạng trương trong nước và dung dịch H2O2 5% (thời gian,

giờ = kGy/1,33)

102

Hình 3.31. Mô hình đề nghị cho cơ chế cắt mạch đồng vận ở trạng

thái trương

104

Hình 3.32. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-91 cắt mạch theo

liều xạ ở trạng thái trương trong nước

106

Hình 3.33. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trương

theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)

107

Hình 3.34. Phổ FT-IR của CTS-91(a) và sản phẩm cắt mạch CTS-91

ở dạng trương trong H2O2 5% tại các liều xạ 8,2 kGy (b);

12,0 kGy (c);15,9 kGy (d) và 22,7 kGy (e)

108

Hình 3.35. CTS-91 ban đầu - 49 kDa (a); CTS-91 KLPT thấp - 14

kDa (b)

109

Hình 3.36. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối với CTS-80 cắt mạch

ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5%

(thời gian, giờ = kGy/1,33)

112



114



115

Hình 3.39. Phổ FT-IR của CTS-80 (a) và sản phẩm cắt mạch CTS-80

ở dạng trương trong H2O2 5% tại các liều xạ 7,1 kGy (b);

15,5 kGy (c); 20,1 kGy (d) và 22,6 kGy (e)

116

Hình 3.40. CTS-80 ban đầu - 50 kDa (a); CTS-80 KLPT thấp – 11,7

kDa (b)

117

Hình 3.41. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối với CTS-72 cắt mạch



119



120



122

Hình 3.44. Phổ FT-IR của CTS-72 ban đầu (a) và sản phẩm cắt

mạch CTS ở dạng trương trong H2O2 5% tại các liều xạ


123

Hình 3.45. CTS-72 ban đầu - 47,8 kDa (a); CTS-72 KLPT

thấp - 13,3 kDa (b)

124

Hình 3.46. CTS sau khi cắt mạch bức xạ ở dạng trương 125

Hình 3.47. CTS-80 (a); CTS KLPT thấp cắt mạch từ CTS-72 (b);

CTS-80 (c); CTS-91(d) và COS chế tạo từ CTS-80 (e)

125

Hình 3.48. Phổ UV –vis của CTS-80 (a); CTS KLPT thấp cắt mạch

từ CTS-72 (b); CTS-80 (c); CTS-91(d) và COS chế tạo

từ CTS-80 (e) nồng độ 0,1 % (w/v) trong dung dịch axit

axetic 0,05%

126

Hình 3.49. CTS có KLPT 31 (a), 15(b), 10(c) và 5 kDa (d) 128

Hình 3.50. Sự phụ thuộc của KLPT vào thời gian cắt mạch theo

phương pháp 1

130

Hình 3.51. Sự phụ thuộc của KLPT vào thời gian cắt mạch theo

phương pháp 2

132

Hình 3.52. Hiệu suất bắt gốc tự do của CTS và COS 135

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................... 4

1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN, CHITOSAN, OLIGOCHITOSAN ................ 4

1.1.1. Nguồn gốc chitin, chitosan, oligochitosan ................................................ 4

1.1.2. Cấu trúc chitin, chitosan, oligochitosan .................................................... 4

1.1.3. Ứng dụng chitin, chitosan, oligochitosan ................................................. 6

1.1.4. Một số thông số quan trọng của chitin, chitosan ...................................... 6

1.1.5. Cơ chế kháng khuẩn của chitosan khối lượng phân tử thấp và

oligochitosan ....................................................................................................... 8

1.2. SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ ĐỀ AXETYL VÀ

KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ CỦA CHITOSAN .................................................. 8

1.2.1. Phương pháp xác định độ đề axetyl .......................................................... 8

1.2.2. Phương pháp xác định khối lượng phân tử của chitosan ........................ 13

1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN VÀ CÔNG

NGHỆ BỨC XẠ BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN ............................... 20

1.3.1. Giới thiệu sơ lược về Công nghệ bức xạ và Hóa học bức xạ ................. 20

1.3.2. Một số khái niệm và định nghĩa .............................................................. 21

1.3.3. Nguồn bức xạ .......................................................................................... 23

1.3.4. Tình hình sử dụng bức xạ trong và ngoài nước ...................................... 23

1.3.5. Hóa học bức xạ của nước và dung dịch nước ......................................... 24

1.4. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN .......................................................................... 28

1.4.1. Định nghĩa ............................................................................................... 28

1.4.2. Áp dụng hiệu ứng đồng vận trong hóa học ............................................. 30

1.5. TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH

CHITOSAN ....................................................................................................... 31

1.6. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN .................................................................... 36

CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

THỰC NGHIỆM ............................................................................................. 38

2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT ............................................................ 38

2.2. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ ......................................................................... 38

2.3. PHƯƠNG PHÁP ........................................................................................ 39

2.3.1. Đo các thông số của chitosan và oligochitosan ...................................... 39

2.3.2. Đặc trưng cấu trúc vật liệu chitosan và oligochitosan ............................ 46

2.3.3. Các phương pháp chế tạo và biến tính vật liệu chitosan ......................... 47

2.3.4. Các phương pháp nghiên cứu ứng dụng vật liệu chitosan cắt mạch ....... 51

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 55

3.1. CHẾ TẠO CHITOSAN NGUỒN TỪ CHITIN ......................................... 55

3.2. CẮT MẠCH CHITOSAN NGUỒN BẰNG HYDROPEROXIT ............. 57

3.3. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BẰNG

CHIẾU XẠ DUNG DỊCH ................................................................................ 59

3.3.1. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề

axetyl ~ 91% ...................................................................................................... 59


axetyl ~ 80,3% ................................................................................................... 69


axetyl ~ 72% ...................................................................................................... 76

3.4. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CẮT MẠCH CHITOSAN Ở DẠNG

TRƯƠNG.. ....................................................................................................... 88

3.4.1. Xác định một số thông số ban đầu của chitosan cắt mạch ở dạng

trương…………………………………………………………………………88

3.4.2. Cắt mạch chitosan bằng hiệu ứng đồng vận của H2O2/tia γCo60

ở dạng

trương và khảo sát ảnh hưởng của nồng độ, suất liều ....................................... 91

3.4.3. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 91% ở dạng

trương .............................................................................................................. 101

3.4.4. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 80,3 ở dạng

trương .............................................................................................................. 111

3.4.5. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 72 ở dạng

trương .............................................................................................................. 118

3.5. KHẢ NĂNG CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BẰNG H2O2 TRONG

DUNG DỊCH ................................................................................................... 128

3.6. ỨNG DỤNG SẢN PHẨM CHITOSAN CẮT MẠCH ........................... 134

3.6.1. Hiệu ứng chống oxi hóa ........................................................................ 134

3.6.2. Hiệu ứng kháng khuẩn .......................................................................... 135

3.6.3. Hiệu ứng kích thích tăng trưởng và kháng bệnh trên gà ....................... 139

KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN......................................................... 144

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

PHỤ LỤC

1

MỞ ĐẦU

Chitosan và oligochitosan là những polyme có nguồn gốc thiên nhiên

được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống. Chúng được

dùng làm chất kháng khuẩn [29], [51], [61], [70], [74], [117], chất chống oxi

hóa [36], [52], [85], [96], chất kháng khối u [75], chất gây hiệu ứng tăng

cường miễn dịch [20], [21], chất kích kháng bệnh và thúc đẩy tăng trưởng cho

cây trồng [34], [78], [116], chất mang dược phẩm [58], [101]… Đặc biệt

oligochitosan có độ polyme hóa từ 7 – 10 có hiệu ứng chống xâm nhiễm của

nhiều loại nấm gây bệnh thực vật thông qua cơ chế tự tạo kháng sinh

(phytoalexin) [5]. Hàng năm, có khoảng 10 tỉ tấn chitin được sản xuất ra trên

thế giới [76], là nguồn nguyên liệu dồi dào để chế tạo chitosan. Chitosan

thông thường có khối lượng phân tử rất cao, chỉ tan trong một số dung môi

nhất định. Điều này đã hạn chế khả năng ứng dụng của nó trong nhiều trường

hợp [89]. Vì vậy, vấn đề biến tính cắt mạch chitosan nhằm mở rộng khả năng

ứng dụng của loại polyme này là rất cần thiết.

Nhiều phương pháp cắt mạch chitosan khác nhau đã được nghiên cứu và

áp dụng. Trong đó, phương pháp hóa học sử dụng H2O2 và phương pháp

chiếu xạ sử dụng bức xạ gamma cắt mạch chitosan để chế tạo oligochitosan

gần đây được tập trung nghiên cứu áp dụng vì cho hiệu suất cao, thân thiện

với môi trường [38], [76] và có khả năng áp dụng với quy mô lớn [32]. Tuy

nhiên, nghiên cứu sử dụng kết hợp hai tác nhân này cho đến nay vẫn còn rất ít

[9], [32], [34], [45] và chưa thật sự có hệ thống.

Trên thế giới, việc ứng dụng công nghệ bức xạ đã trở nên phổ biến. Các

sản phẩm của công nghệ bức xạ đã mang lại sự thay đổi mới mẻ trong nhiều

lĩnh vực của đời sống và đã được các tổ chức quốc tế IAEA, FAO, WHO ủng

hộ, phối hợp chuyển giao công nghệ. Công nghệ bức xạ ứng dụng trong các

lĩnh vực biến tính vật liệu, khử trùng nước, chế tạo chế phẩm dùng trong y tế,

2

các chất điều hòa tăng trưởng, chất bảo vệ và tăng năng suất cây trồng… là

những hướng nghiên cứu và ứng dụng đầy triển vọng.

Ở Việt Nam, nghiên cứu và triển khai ứng dụng công nghệ bức xạ chỉ

được bắt đầu từ những năm 1980 và chủ yếu được tiến hành ở Viện nghiên

cứu hạt nhân Đà Lạt trên cơ sở sử dụng lò phản ứng hạt nhân và nguồn chiếu

xạ gamma Co – 60. Đến nay, nhiều trung tâm chiếu xạ thực phẩm và chiếu xạ

khử trùng được xây dựng tại Hà Nội và Tp. HCM đã mở rộng hơn phạm vi

nghiên cứu và ứng dụng của công nghệ bức xạ. Ở các trung tâm này, với

nguồn bức xạ gamma Co – 60 được trang bị, nhiều nghiên cứu biến tính vật

liệu đã được triển khai và ứng dụng có hiệu quả. Một trong các hướng nghiên

cứu đó là biến tính cắt mạch chitosan chế tạo chitosan khối lượng phân tử

thấp và oligome của nó bằng phương pháp chiếu xạ. Tại trung tâm

VINAGAMMA, Tp. HCM, nghiên cứu theo hướng này đã thu được những

kết quả bước đầu rất có triển vọng. Một số sản phẩm đã được đưa vào ứng

dụng như chế phẩm oligochitosan, tên thương mại là RIZASA 3SL, SĐKVN:

1796/11RR do Cục Bảo vệ Thực vật, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông

thôn cấp phép dùng làm chất kích kháng bệnh cho cây lúa và cho các loại cây

khác. Một số công trình liên quan đến vấn đề này cũng đã được công bố trong

các tạp chí chuyên ngành trong và ngoài nước [1], [4], [3], [5], [6], [9], [11],

[10], [32], [40]. Tuy nhiên, nghiên cứu các quy trình công nghệ nhằm tăng

tính hiệu quả và tiết kiệm năng lượng bức xạ vẫn đang là vấn đề hấp dẫn cần

được mở rộng nghiên cứu.

Từ những thông tin trên, với mong muốn tìm hiểu khả năng kết hợp của

hai tác nhân H2O2 và bức xạ gamma Co-60 trong việc cắt mạch chitosan chế

tạo oligochitosan, chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu cắt mạch

chitosan bằng hiệu ứng đồng vận H2O2/bức xạ gamma Coban– 60 để chế

tạo oligochitosan”.

3

Đề tài được tiến hành dựa vào phương pháp nghiên cứu hiệu ứng đồng

vận áp dụng cho hai tác nhân là H2O2 và bức xạ gamma Co-60 trên cơ sở

tham khảo một số công trình đã được công bố [45], [32], [91].

Bằng phương pháp tiếp cận có hệ thống, chúng tôi tiến hành chế tạo

oligochitosan và tính hiệu ứng đồng vận dựa trên phương pháp chiếu xạ

gamma Co-60 sử dụng H2O2 nhằm làm gia tăng hiệu suất cắt mạch bức xạ.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ suy giảm khối lượng phân tử của chitosan như

nồng độ, liều xạ, thời gian phản ứng đều được khảo sát. Từ kết quả nghiên

cứu, chúng tôi tìm điều kiện thích hợp cho việc sử dụng hiệu ứng đồng vận để

chế tạo hiệu quả oligochitosan.

Nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm:

- Nghiên cứu điều kiện chế tạo hiệu quả chitosan nguồn

- Nghiên cứu giảm khối lượng phân tử chitosan

- Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận để chế tạo chitosan khối lượng phân tử

thấp và oligochitosan

- Nghiên cứu ảnh hưởng của suất liều bức xạ đến hiệu suất cắt mạch

chitosan

- Nghiên cứu một số ứng dụng của sản phẩm oligochitosan và chitosan

khối lượng phân tử thấp chế tạo được

Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở khoa học cho việc áp dụng

hiệu ứng đồng vận của các tác nhân tương tự trong việc chế tạo chitosan khối

lượng phân tử thấp. Từ kết quả của luận án cho phép xây dựng quy trình công

nghệ sản xuất hiệu quả oligochitosan áp dụng hiệu ứng đồng vận với quy mô

lớn, mở rộng khả năng áp dụng hiệu ứng này lên các loại polysaccarit có cấu

trúc tương tự, nhằm phát triển khả năng ứng dụng của các loại polyme có

nguồn gốc tự nhiên.

4

O

OH

OH

OO

OH

NHCOCH3

O

OHNHCOCH3

OOH

NHCOCH3

O

OH

OOH

NHCOCH3

O

OH

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN, CHITOSAN, OLIGOCHITOSAN

1.1.1. Nguồn gốc chitin, chitosan, oligochitosan

Chitin có tên khoa học là poly-(2,4)-2-acetamido-2-desoxy- -D-glucose,

thuộc về nhóm hợp chất polysaccarit. Trong thiên nhiên, trữ lượng của chitin

chỉ đứng thứ hai sau cellulose. Chitin là thành phần chủ yếu trong vỏ của các

loại động vật “xương ngoài” như: cua, tôm, nhện, bọ cạp, vỏ của các loại giáp

xác… Chitin cũng được tìm thấy trong vách tế bào của một vài loài nấm hay

của một số loài sinh vật khác [12].

Chitosan (CTS) là dẫn xuất của chitin, được chế tạo phổ biến bằng cách

đề axetyl hóa một phần từ chitin trong môi trường kiềm đặc [13].

Oligochitosan còn gọi là chitosan oligosaccarit (COS) là sản phẩm giảm

cấp của CTS, được chế tạo bằng biến tính cắt mạch CTS sử dụng các tác nhân

cắt mạch như enzym [63], hóa học [76] và bức xạ [27], [38]…

1.1.2. Cấu trúc chitin, chitosan, oligochitosan

Chitin là polysaccarit thiên nhiên không nhánh, giống cellulose, có cấu

trúc như mô tả trên hình 1.1.

Hình 1.1. Cấu tạo phân tử chitin

Cấu trúc hóa học của chitin rất giống của cellulose, chỉ khác là nhóm -OH

ở vị trí C2 của mỗi đơn vị D-Glucose của cellulose được thay bằng nhóm

-NHCOCH3 ở chitin. Một cách đơn giản, chúng ta có thể xem chitin là sản

phẩm trùng ngưng của nhiều phân tử N-acetyl-D-glucosamine [12].

5

CTS có cấu tạo gồm các đơn vị D-glucosamin và N-acetyl-D-glucosamin.

Đơn vị cấu tạo trong phân tử CTS là D-glucosamin, các mắt xích được liên

kết với nhau như trên hình 1.2.

Hình 1.2. Công thức cấu tạo của CTS

Hình 1.2 mô tả cấu trúc CTS trên lý thuyết. Thực tế, mạch phân tử CTS

vẫn tồn tại nhóm axetyl đan xen do sự đề axetyl hóa chưa hoàn toàn. Do vậy,

công thức cấu tạo chính xác của mạch CTS có thể biểu diễn như ở hình 1.3.

Hình 1.3. Công thức cấu tạo chính xác của CTS

COS có cấu trúc phân tử được mô tả như trên hình 1.4.

Hình 1.4. Công thức cấu tạo của COS

COS là sản phẩm của quá trình cắt mạch CTS nên về cấu trúc như CTS

nhưng có mạch phân tử ngắn hơn, khối lượng phân tử (KLPT) trung bình khối

nhỏ hơn 10 kDa.

6

1.1.3. Ứng dụng chitin, chitosan, oligochitosan

Chitin là nguồn nguyên liệu quan trọng để chế tạo ra các dẫn xuất như

carboxymethyl chitin, CTS, COS…

Chitin/CTS cùng với dẫn xuất của nó có những tính chất quan trọng như:

khả năng tương hợp và phân hủy sinh học, chống oxi hóa, khả năng kháng

khuẩn, kháng khối u và khả năng hấp phụ kim loại nặng… Do vậy, các

polyme này đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực

khác nhau như: nông nghiệp, dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm chức năng,

công nghệ sinh học và xử lý môi trường... [3], [8], [79], [86]. Đặc biệt,

nghiên cứu gần đây cho thấy CTS tan trong nước là một dạng cấu trúc mới,

đó không phải là những oligome mà là CTS có KLPT tương đối cao,

Mw ~ 1 - 5105 Da, độ đề axetyl khoảng 45 - 55%, được chế tạo theo phương

pháp axetyl hóa CTS bằng anhydrit axetic và kết tủa bằng etanol [35]. CTS

tan trong nước được đánh giá là rất có triển vọng để ứng dụng trong nghiên

cứu in vivo [39], đặc biệt là làm chất ổn định, chất bắt gốc tự do để chế tạo hạt

nano kim loại (Au, Ag...).

COS được xem là chất kích thích kháng bệnh thực vật hiệu quả (vắc xin

thực vật) vì có những hoạt tính sinh học đặc biệt khác với CTS thông thường

– có KLPT cao. Ngoài các tính chất tương tự như CTS, COS đặc biệt hiệu quả

đối với khả năng kích thích sự miễn dịch trên động vật và cây trồng [53],

[110].

1.1.4. Một số thông số quan trọng của chitin, chitosan

Độ đề axetyl hóa (ĐĐA) hoặc độ axetyl hóa (ĐA), ĐA = 100 – ĐĐA là

một thông số rất quan trọng của chitin và CTS. Về mặt định lượng thì ĐĐA là

tỉ số giữa số nhóm -NH2 so với tổng số nhóm -NH2 và nhóm -NHCOCH3

trong phân tử chitin/CTS. ĐĐA là thông số cơ bản dùng để phân biệt chitin

với CTS. CTS thường có ĐĐA > 50%, nghĩa là số nhóm NH2 > số nhóm

7

-NHCOCH3 [7], [12]. Sự khác biệt về số lượng của các nhóm trên dẫn tới sự

khác biệt rõ rệt về tính chất của hai loại polyme này. CTS có ĐĐA khác nhau

dẫn tới sự khác nhau về KLPT, độ nhớt, khả năng hòa tan trong axit... Khi

chitin được đề axetyl hóa, do điều kiện khắt khe của sự đề axetyl hóa như

nồng độ NaOH, nhiệt độ, thời gian... dẫn đến sự cắt mạch làm cho CTS tạo

thành có độ dài mạch ngắn hơn so với chitin gốc. ĐĐA càng cao thì KLPT và

độ nhớt càng giảm. Độ nhớt của CTS trong axit axetic bị ảnh hưởng bởi nhiều

yếu tố như ĐĐA, KLPT, pH, nhiệt độ... Các hằng số về độ nhớt trong phương

trình Mark – Houwink ([η] = k×Mvα) là k và α phụ thuộc vào sự thay đổi của

ĐĐA. Khi ĐĐA tăng, k tăng và α giảm.

Khối lượng phân tử trung bình khối – Mw cũng là một thông số quan

trọng của chitin/CTS. Chitin có Mw vào khoảng 3×105

- 5×105 Da trong khi

CTS có Mw vào khoảng 1×105

- 3×105 Da. KLPT ảnh hưởng đến độ tan và độ

nhớt của chitin/CTS. Và do đó, nó cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng ứng

dụng của các loại polyme này.

Độ tan là thông số kỹ thuật quan trọng quyết định đến khả năng ứng dụng

của chitin/CTS và dẫn xuất của chúng trong nhiều trường hợp. Chitin không

tan trong nước, kiềm, axit loãng, ancol và hầu hết các dung môi hữu cơ, chỉ

tan trong axit vô cơ đặc như HCl, H2SO4, H3PO4 và thường kèm theo sự giảm

cấp. Chitin tan trong một số dung môi hữu cơ có chứa clorua liti như:

N,N-dimetylacetamid (DMAc) chứa 5% LiCl và N-etyl pyrrolydon-LiCl. Khả

năng hòa tan của chitin trong DMAc-LiCl phụ thuộc vào ĐĐA của nó, khả

năng này giảm khi ĐĐA tăng lên. Khác với chitin - khó hòa tan trong các

dung môi thông thường, CTS do có nhóm -NH2 tự do nên tan dễ dàng trong

các dung môi axit như axit formic, adipic, axetic... Trong trường hợp này,

nhóm amin tự do bắt đầu hình thành nhóm -NH3+ [17]. Nhờ đặc tính này mà

CTS có giá trị ứng dụng cao hơn chitin và do đó có giá trị thương mại cao hơn

vì dễ chế tạo thành nhiều dạng khác nhau như màng mỏng, sợi, bột...

8

Ngoài ra, độ ẩm, độ tro, hàm lượng protein và độ trương nước bão hòa

cũng là những thông số quan trọng có ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng của

chitin/CTS.

1.1.5. Cơ chế kháng khuẩn của chitosan khối lượng phân tử thấp và

oligochitosan

Không giống như chitin, CTS KLPT thấp và COS sở hữu các nhóm

amino tự do trong cấu trúc của nó. Số nhóm amino này đã thể hiện vai trò

quan trọng trong hoạt tính kháng khuẩn và một số cơ chế đã được đề nghị để

mô tả hoạt tính này [26]. Cơ chế được cho là phù hợp nhất giải thích rằng

CTS KLPT thấp/COS có thể làm thay đổi các đặc tính thấm của màng tế bào

vi khuẩn và ngăn cản sự tiếp nhận khoáng chất hoặc gây rò rỉ các thành phần

tế bào mà cuối cùng dẫn đến cái chết của vi khuẩn [72]. Một cơ chế khác

được đề nghị để giải thích về hoạt tính kháng khuẩn của COS là sự ngăn chặn

việc sao chép RNA do sự hấp phụ của COS thâm nhập vào DNA của vi khuẩn

[50]. Để thỏa mãn cơ chế này, KLPT của CTS phải nhỏ hơn một giá trị giới

hạn, cho phép các phân tử xâm nhập vào trong tế bào vi khuẩn. Tuy nhiên,

các chứng cứ thu thập được chưa đủ cập nhật củng cố giả thuyết này. Ngoài

ra, hoạt tính tạo chelat của COS cũng đã tước đoạt các kim loại, yếu tố vi

lượng hoặc các chất dinh dưỡng cần thiết cũng được đề xuất như một yếu tố

giới hạn sự tăng trưởng của vi khuẩn [112].

1.2. SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ ĐỀ AXETYL VÀ

KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ CỦA CHITOSAN

1.2.1. Phương pháp xác định độ đề axetyl

Có nhiều phương pháp xác định ĐĐA của CTS như: phân tích nguyên tố,

dùng phổ UV (Ultraviolet spectroscopy), IR (infrared spectra) và NMR

(Nuclear Magnetic Resonance)… Tuy nhiên, các phương pháp phổ biến hiện

nay là sử dụng UV, NMR và IR.

9

Phương pháp xác định ĐĐA bằng phổ UV dẫn xuất thứ nhất

Phương pháp đo phổ tử ngoại (UV) dẫn xuất thứ nhất để xác định ĐĐA

của CTS được đề nghị bởi Muzzarelli và Rocchetti năm 1985 [67]. Sau đó,

Tan và cộng sự (1998) đã xác nhận tính chính xác của phương pháp và đề

nghị dùng như là phương pháp chuẩn để xác định thường nhật ĐĐA của CTS

do phương pháp có độ nhạy cao, giảm thiểu gây nhiễu từ tạp chất và dễ thao

tác [67]. Để xác định ĐĐA theo phương pháp này cần tiến hành theo thứ tự

sau:

Xác định điểm nền:

Chuẩn bị 3 dung dịch axit axetic nồng độ 0,01; 0,02 và 0,03M. Đo phổ

UV ba dung dịch này trong vùng bước sóng 190 - 220 nm dùng nước làm

mẫu đối chứng. Điểm chồng lên nhau phổ UV của ba dung dịch này tại bước

sóng 202 - 203 nm (hình 1.5) [67], [90] và điểm này là điểm nền (H = 0) dùng

để tính ĐĐA của CTS.

Hình 1.5. Phổ UV dẫn xuất thứ nhất của dung dịch axit axetic 0,01;

0,02; 0,03M và dung dịch N-axetyl glucosamin với các nồng độ khác nhau

(mg/l) trong axit axetic 0,01M

10

Lập đường chuẩn dùng N-axetyl glucosamine:

Chuẩn bị 5 dung dịch chuẩn N-axetyl glucosamin nồng độ trong khoảng

0,5 đến 3,5 mg trong 100 ml axit axetic 0,01M. Ghi phổ UV của các dung

dịch này trong khoảng bước sóng 190 - 220 nm. Đo chiều cao H (mm) của

các pic hấp thụ tính từ điểm nền như đã mô tả ở trên lên đỉnh pic (hình 1.5).

Lập đường chuẩn mối tương quan giữa chiều cao H (mm) trục tung và nồng

độ N-axetyl glucosamin trục hoành, H = f (C). Phương trình đường chuẩn đã

được xác định là: H = 32,7×C hoặc là C = H1/32,7 [67].

Chuẩn bị dung dịch CTS:

Hòa 500 mg CTS đã được sấy khô đến khối lượng không đổi trong 50

ml dung dịch axit axetic 0,1M sau đó định mức bằng nước thành 500 ml.

Nồng độ CTS là 1 mg/ml.

Đo phổ UV dung dịch CTS và xác định ĐĐA của CTS:

Đo phổ UV dung dịch CTS trong khoảng bước sóng 190 - 220 nm. Đo 5

lần lấy giá trị trung bình chiều cao H (mm) tại max ~ 199 nm. Tính nồng độ

N-axetyl glucosamin từ giá trị H đo được, ví dụ H = 66 mm thì nồng độ

N-axetyl glucosamin sẽ là C = 66(1/32,7) = 19,2 mg/l. Kết quả này cũng có

nghĩa độ axetyl của mẫu CTS là 19,2% và ĐĐA là 100 – 19,2 = 80,8%. Đối

với mẫu CTS có ĐĐA lớn hơn 90% thì phải dùng đường chuẩn N-axetyl

glucosamin được hiệu chỉnh với glucosamin [67], [90].

Xác định ĐĐA của CTS bằng phương pháp đo phổ UV dẫn xuất thứ

nhất là khá đơn giản, tiện lợi và nhanh chóng với độ chính xác và tin cậy cao.

Phương pháp có một số ưu điểm như: i) không cần thiết phải biết chính xác

nồng độ axit axetic do điểm nền được xác định trong khoảng rộng nồng độ

axit axetic, ii) đo phổ UV của dung dịch CTS dùng dung dịch so sánh là nước,

giảm thiểu các tín hiệu nhiễu trong quá trình đo và iii) một lượng mẫu CTS

nên dùng là 0,5 g để tránh sai số do cân.

11

Phương pháp xác định ĐĐA bằng phổ NMR

Phương pháp xác định ĐĐA sử dụng phổ NMR được tiến hành như sau

[55]:

Đo phổ 1H-NMR của CTS ở điều kiện ghi phổ: nhiệt độ 353 K, số lần

quét phổ 128, dung môi D2O.CF3COOD. Từ phổ 1H-NMR, ĐĐA được tính

theo công thức sau:

H1D H1D HAc§§ A(%) / / 3 100 (1.1)I I I

Trong đó IH1D và IHAc lần lượt là tích phân tương ứng tại các đỉnh proton H1D

và 3 proton HAc.

Phương pháp xác định ĐĐA sử dụng phổ IR

Phương pháp đo phổ IR để xác định ĐĐA của CTS lần đầu tiên được đề

nghị bởi Moore và Roberts năm 1977 [63]. Cho đến nay, có nhiều nghiên cứu

quan tâm đến phương pháp IR để xác định ĐĐA của CTS [82], [15], [18],

[46] do tính thuận lợi, đơn giản và nhanh chóng so với các phương pháp khác

như chuẩn độ, phổ cộng hưởng từ (1H-NMR,

13C NMR) và phổ tử ngoại [67],

[41], [57], [24], [47], [48], [49],.. Phương pháp IR xác định ĐĐA của CTS

sau đó được Baxter [15] và cộng sự tiếp tục cải tiến và phát triển với công

thức tính ĐĐA như sau:

ĐĐA, % = 100 – [(A1655/A3450) 115] (1.2)

Với A1655 và A3450 là độ hấp thụ tại số sóng 1655 và 3450 cm-1

tương ứng.

Công thức tính ĐĐA của CTS dựa trên cơ sở so sánh độ hấp thụ của một

pic chuẩn (A3450) với độ hấp thụ của một pic đo (A1655), sau đó dùng phương

trình kinh nghiệm để tính ĐĐA do nhóm nghiên cứu của Baxter đề nghị ở

trên được ghi nhận là có độ chính xác cao hơn.

Năm 2001, Brugnerotto và cộng sự [18] đã đề nghị cách tính ĐĐA của

chitin/CTS bằng phương pháp IR sử dụng pic đặc trưng của sự axetyl hóa

12

(characteristic band of the N-acetylation) 1320 cm-1

và pic so sánh (reference

band) 1420 cm-1

(hình 1.6 và bảng 1.1) như sau:

ĐA,% = [31,92 (A1320/A1420)] 12,20 (1.3)

ĐĐA, % = 100 ([31,92 (A1320/A1420)] 12,20) (1.4)

Hình 1.6. Phổ IR của mẫu chitin/CTS có ĐĐA khác nhau 5% (a);

50% (b) và 90% (c)

Bảng 1.1. Một số dao động đặc trưng trên phổ IR của CTS

Số sóng, cm-1

Liên kết Tài liệu

859 và 1153 C-O-C (β(1→4) glycosit) [95], [102]

1254 δO–H [95]

1373 υC–H (nhóm metyl) [45]

1420 υC–H (nhóm –CH2) [95]

1598-1590 δN–H (nhóm –NH2) [52], [62]

1655 Amit I [15]

1634-1650 υC=O (nhóm axetyl) [62], [83]

2870-2880 υC–H (–CH2 của vòng glucopyranose) [102]

3360-3450 υO–H, υN–H [52], [62]

13

Ưu điểm của phương pháp sử dụng pic 1320 cm-1

và 1420 cm-1

để tính

ĐA và ĐĐA là tránh được sai số do ảnh hưởng của độ ẩm trong quá trình sấy

mẫu chitin/CTS so với dùng pic A3450 như là pic so sánh theo Baxter và cộng

sự [15].

Nhìn chung, phương pháp phổ 1H-NMR được cho là rất chính xác trong

việc tính ĐĐA của CTS [56]. Tuy nhiên, phương pháp dùng phổ IR tính ĐĐA

lại được sử dụng khá phổ biến hiện nay trong các nghiên cứu trên thế giới. Ưu

điểm của phương pháp này là đơn giản, nhanh, cho kết quả khá chính xác và

chi phí thấp hơn so với phương pháp phổ 1H-NMR [18].

Trong luận án này, chúng tôi sử dụng phương pháp phổ IR và phương

trình kinh nghiệm (1.4) để tính ĐĐA cho các mẫu CTS.

1.2.2. Phương pháp xác định khối lượng phân tử của chitosan

Khối lượng phân tử của CTS thường được xác định bằng phương pháp

đo độ nhớt và phương pháp sắc kí gel thấm qua (Gel Permeation

Chromatography - GPC).

Xác định KLPT của CTS bằng phương pháp đo độ nhớt

Phương pháp đo độ nhớt là một trong những phương pháp nhanh chóng

và đơn giản nhất để xác định KLPT của CTS nói riêng và polyme nói chung

[80]. Theo phương pháp này, KLPT trung bình nhớt Mv quan hệ với độ nhớt

[] theo phương trình Mark – Houwink:

[] = k×Mvα (1.5)

Trong đó:

[] là độ nhớt đặc trưng

Mv là KLPT trung bình nhớt

k và α là hằng số

14

Đây là phương pháp so sánh tương đối nên cần phải xác định hằng số k

và α trong phương trình Mark – Houwink.

Hằng số k và α không phụ thuộc vào KLPT trung bình của polyme trong

một khoảng rộng và được xác định đối với từng hệ: polyme – dung môi.

Để xác định KLPT trung bình nhớt Mv bằng phương pháp đo độ nhớt cần

xác định thời gian chảy (t) qua đoạn ống mao quản của nhớt kế của một thể

tích dung dịch polyme và so sánh với thời gian chảy của dung môi (t0). Từ các

giá trị t0, t và nồng độ dung dịch polyme (C) các đại lượng và tên gọi được

đưa ra như sau [92]:

Độ nhớt tương đối: tđ = /0 = t/t0

Độ nhớt riêng: r = tđ -1 = (tđ -0)/0 = (t - t0)/t0

Độ nhớt rút gọn: rg = r/C

Độ nhớt đặc trưng: 0

[ ] lim( / ) (1.6)rC

C

Nồng độ polyme thường dùng là g/100 ml (g/dl), thứ nguyên của [] sẽ là

100 ml/g (dl/g) và giá trị này sẽ được nhân với 100 khi dùng thứ nguyên là

ml/g.

Hình 1.7. Tương quan giữa độ nhớt rút gọn và nồng độ CTS

15

Từ các đường thẳng trên hình 1.7 ngoại suy cho đến C = 0 ta nhận được

độ nhớt đặc trưng []. Knaul và cộng sự (1998) đưa ra bảng thống kê hệ số k

và α trong phương trình Mark – Houwink để tính Mv của CTS sử dụng nhiều

hệ dung môi khác nhau [54]. Bảng 1.2 đưa ra các giá trị k và α điển hình

thường được dùng để đo Mv của CTS.

Bảng 1.2. Hằng số k và α đối với CTS và một số hệ dung môi

Hệ dung

môi

Nhiệt độ

đo, °C

ĐĐA,

%

k (ml/g) α Mv

( 103)

Tài liệu

0,1 M

CH3COOH

0,2 M NaCl

25 ~80 1,81 103 0,93 630-4,8 Robert

(1982)

[80]

0,2 M

CH3COOH

0,1 M

CH3COONa

30 69

84

91

100

0,104 10-3

1,424 10-3

6,589 10-3

16,80 10-3

1,12

0,96

0,88

0,81

251-

19,4

Wang

(1991)

[103]

0,25 M

CH3COOH

0,25 M

CH3COONa

25 65-95 1,4 10-2

0,83 - Knaul

(1998)

[54]

Kết quả nghiên cứu xác định k và α của Wang và cộng sự (1991) [103]

cho thấy k tăng dần từ 0,104 10-3

đến 16,80 10-3

và α giảm dần từ 1,12

đến 0,81 tương ứng đối với ĐĐA của CTS từ 69 đến 100%. Điều này chứng

tỏ độ cứng của mạch phân tử CTS trong dung dịch giảm theo sự tăng của

ĐĐA do các liên kết hydro giữa các mạch trong cấu trúc chitin (hình 1.8).

Hai loại liên kết hydro nội phân tử (I) và (II) làm hạn chế độ linh động

của nhóm acetamid (NHCOCH3), hydroxylmethyl (HOCH2) và β 1,4

vòng glucopyranose trong mạch CTS. Sau quá trình đề axetyl bằng kiềm đặc,

16

nhóm acetamid chuyển thành nhóm amin (NH2) từng phần hoặc là hoàn

toàn. Nguyên tử nitơ không có khả năng tạo liên kết hydro (I) do quá trình

proton hóa với H+, vì vậy độ linh động của phân tử CTS được tăng lên.

Hình 1.8. Sự tạo thành liên kết hydro (I) và (II)

Từ kết quả hình 1.9, phương trình tính k và α theo ĐĐA được Wang và

cộng sự (1991) [103] đưa ra như sau:

k = 1,64 10-30

× (ĐĐA)14

(r = 0,996) (1.7)

α = 1,02 10-2

× (ĐĐA) + 1,82 (r = 0,998) (1.8)

Hình 1.9. Sự phụ thuộc giá trị k và α vào ĐĐA của CTS

17

Như vậy để đo KLPT trung bình nhớt Mv của CTS được chính xác hơn,

trước hết phải xác định ĐĐA của CTS và tính ra hệ số k và α đối với mẫu

CTS nghiên cứu. Ngoài ra, có thể sử dụng hệ dung môi

CH3COOH 0,1M/NaCl 0,2M và CH3COOH 0,25M/CH3COONa 0,25M để

xác định KLPT trung bình nhớt Mv của CTS khi chưa biết giá trị ĐĐA.

Bảng 1.3. Khối lượng phân tử trung bình Mv, Mn và Mw của các mẫu CTS có

ĐĐA khác nhau

ĐĐA,% [] (dl/g) Mv 103 Mn 10

3 Mw 10

3 Mw/Mn

90,1 8,58 586 247 457 1,85

87,7 8,57 585 260 502 1,93

87,3 11,22 809 427 842 1,97

79,2 7,90 531 270 550 2,04

64,3 7,52 500 335 699 2,09

Bảng 1.3 ghi ra các giá trị KLPT trung bình nhớt Mv, KLPT trung bình

khối Mw và KLPT trung bình số Mn của CTS. Theo công thức tính KLPT

trung bình nhớt Mv của CTS do Knaul và cộng sự (1998) [54] đề nghị:

[] = 1,40 10-2

Mv0,83

thì Mv của CTS khá gần với giá trị Mw khi đo bằng

phương pháp sắc ký gel thấm qua (GPC) đối với các mẫu CTS có ĐĐA trong

khoảng từ 65 đến 90%.

Xác định KLPT của CTS bằng phương pháp sắc ký gel thấm qua

Phương pháp sắc ký gel thấm qua (GPC) xác định KLPT trung bình khối

Mw và KLPT trung bình số Mn là phương pháp so sánh tương đối thường

được dùng để xác định KLPT trung bình và chỉ số đa phân tán PI

(Polydispersity Index, PI = Mw/Mn) của polyme nói chung bao gồm cả CTS

và dẫn xuất của nó. Wu và cộng sự (1976) [109] lần đầu tiên nghiên cứu đo

KLPT của CTS bằng phương pháp GPC sử dụng dung môi axit axetic 2% và

18

chất chuẩn là dextran. Sau đó, nhiều tác giả nghiên cứu đã xác nhận do tính

chất thủy động không tương đồng của dextran và CTS nên kết quả xác định

KLPT của CTS bị sai lệch nhiều. Terbojevich và cộng sự (1993) [93] đo

KLPT của CTS dùng dung môi (pha động) là CH3COOH 0,5M/CH3COONa

0,2M với cột được sử dụng là Bio-gel TSK, ToyoSoda, Tokyo, Nhật. Nhiều

tác giả đã đưa ra nhận xét là kích thước của các phân tử đa điện tích

(polyelectrolyte) phụ thuộc vào lực ion, nồng độ của chúng trong dung dịch

và sự có mặt của các ion khác. Hơn nữa, hiệu ứng hút ion thể vùi (ion-

inclusion) luôn luôn hiện diện khó có thể loại trừ hoặc làm hạn chế hiệu ứng

này thì ngược lại hiệu ứng ngăn cản ion (ion – exclusion) có thể loại trừ bằng

việc thêm chất điện ly KLPT thấp vào pha động [93]. Mặt khác, mật độ điện

tích của chất nhồi cột có thể gây ra tương tác ion. Hiện tượng này đã được xác

nhận đối với các cation, bởi vì các nhóm tích điện âm có mặt trong nhiều loại

gel nhồi cột sắc ký. Độ pH của dung dịch cũng đóng vai trò quan trọng trong

việc điều biến mức độ ion hóa của polyme và nhóm chức trên bề mặt của gel

nhồi cột. Do vậy, dung dịch CTS trong axit axetic (ví dụ 0,25M) làm giảm

quá trình ion hóa của các nhóm cacboxyl trên bề mặt gel, hạn chế sự hấp phụ

CTS trên gel nhồi cột. Sử dụng muối CH3COONa 0,25M trong pha động cùng

với axit axetic 0,25M nhằm tạo ra lực ion đủ để vượt qua hiệu ứng ngăn cản

ion [54]. Terbojevich và cộng sự (1993) xác nhận rằng nồng độ CH3COONa

nhỏ hơn 0,2M thì CTS tách ra khỏi cột không đạt độ lặp lại và đôi khi không

tách ra được do tương tác tĩnh điện giữa polycation và chất nhồi cột [93].

Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật sắc ký nhiều loại cột khác nhau

với độ phân giải cao đã được sản xuất và thương mại hóa, ví dụ loại cột

Ultrahydrogel của hãng Waters, USA (bảng 1.4). Các loại cột Ultrahydrogel

(7,8300 mm) mô tả trong bảng 1.4 thích hợp dùng để đo các mẫu tan trong

19

dung dịch nước như oligome, oligosaccarit, polysaccarit, các polyme cationic,

anionic và lưỡng tính trong khoảng pH rộng 2-12 với độ phân giải cao.

Bảng 1.4. Các loại cột Ultrahydrogel của hãng Waters và khoảng đo

KLPT hiệu dụng

Ký hiệu cột Kích thước

lỗ trống, Å

Khoảng đo KLPT

hiệu dụng, Da

Ultrahydrogel 120 120 2102 – 510

3


4


5

Ultrahydrogel 1000 1000 104 – 110

6

Ultrahydrogel 2000 2000 5105 – 710

6

Ultrahydrogel Linear Hỗn hợp 103 – 710

6

Gần đây một số tác giả đề nghị sử dụng phương pháp tuyệt đối sắc ký gel

tán xạ laser xác định KLPT của CTS để làm mẫu chuẩn thay cho các loại mẫu

chuẩn đang được sử dụng hiện nay như pullulan, polyethylen glycol,.. nhằm

xác định KLPT của CTS được chính xác hơn.

Nhìn chung, xác định KLPT của CTS bằng phương pháp đo độ nhớt là

nhanh chóng và đơn giản nhất. Tuy nhiên, để xác định được KLPT của CTS

theo phương pháp này cần phải tính các giá trị k và α trong phương trình

Mark – Houwink. Các giá trị này thường phụ thuộc vào ĐĐA trong một

khoảng rộng nên việc xác định nó thường gặp phải sai số làm giảm tính chính

xác của phép đo. Hiện nay, xác định KLPT của CTS bằng GPC được sử dụng

tại nhiều trung tâm nghiên cứu về vật liệu polysaccarit tự nhiên trong khu vực

châu Á và trên thế giới. Trong luận án này KLPT của CTS và dẫn xuất được đo

bằng GPC.

20

1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN VÀ

CÔNG NGHỆ BỨC XẠ BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN

CTS là polyme có tầm ứng dụng khá rộng. Khả năng ứng dụng của CTS

ngày càng được mở rộng dựa vào việc biến tính cắt mạch vật liệu. Cho đến

nay nhiều phương pháp biến tính cắt mạch CTS đã được áp dụng bao gồm:

- Phương pháp sử dụng tác nhân hóa học như HCl, HCl-H3PO4, HNO2,

H2O2...

- Phương pháp dùng tác nhân sinh học sử dụng các enzym như: cellulase,

lysosyme, lipase.

- Phương pháp siêu âm

- Phương pháp vi sóng

- Phương pháp chiếu xạ (γCo60

, electron beam)

Phương pháp cắt mạch hóa học được cho là phương pháp đơn giản nhất.

Tuy nhiên, phương pháp này thường gặp bất lợi do quá trình cắt mạch thường

kèm theo sự thay đổi cấu trúc của CTS, thường là bị đề amin hóa và thậm chí

là phá vỡ vòng glucopyranose [76]. Ngoài ra, phương pháp cắt mạch hóa học

còn có những hạn chế nữa là hiệu suất thấp và nguy cơ gây ô nhiễm môi

trường là khá cao [53]. Phương pháp sinh học sử dụng các enzym cắt mạch

cho hiệu suất khá cao nhưng giá thành đắt hơn so với phương pháp hóa học

[63]. Phương pháp chiếu xạ hiện được xem là kỹ thuật hữu hiệu để cắt mạch

CTS trên quan điểm thân thiện với môi trường [38] và ít gây ra sự thay đổi

trong cấu trúc chính của phân tử CTS [27]. Đây cũng là phương pháp chủ yếu

của luận án. Vì vậy trong phần tổng quan này chúng tôi chủ yếu giới thiệu về

công nghệ bức xạ biến tính cắt mạch CTS.

1.3.1. Giới thiệu sơ lược về Công nghệ bức xạ và Hóa học bức xạ

Công nghệ bức xạ (CNBX) là công nghệ sử dụng bức xạ làm nguồn năng

lượng trong công nghiệp. CNBX nghiên cứu các hiệu ứng vật lý, hóa học và

21

sinh học khi bức xạ truyền năng lượng cho vật chất, nhằm xây dựng các quy

trình chế tạo sản phẩm mới đáp ứng nhu cầu con người [81].

Hóa học bức xạ là một lĩnh vực nghiên cứu về tương tác của bức xạ ion

hóa (γ, X, dòng điện gia tốc...) lên các hệ hóa học. Do có năng lượng cao nên

khi đi qua môi trường vật chất bức xạ làm cho nhiều hạt bị ion hóa và kích

thích phát sinh ra gốc tự do, từ đó xảy ra các phản ứng hóa học theo những

phương hướng khác nhau [108].

1.3.2. Một số khái niệm và định nghĩa

- Bức xạ: là những dạng năng lượng phát ra trong quá trình vận động và

biến đổi của vật chất dưới dạng sóng, hạt hoặc sóng hạt. Mối quan hệ giữa

năng lượng ε và bước sóng λ của bức xạ được mô tả thông qua phương trình:

(1.9)hc

h

Trong đó, h là hằng số Planck và c là vận tốc ánh sáng trong chân không.

- Bức xạ ion hóa: là những bức xạ đi qua môi trường vật chất gây ra quá

trình ion hóa.

- Đơn vị năng lượng: electron volt (eV) là năng lượng của một electron

chuyển động dưới điện thế 1V.

- Hệ số truyền năng lượng tuyến tính (Linear Energy Transfer, LET) biểu

thị tốc độ mất năng lượng khi bức xạ đi qua môi trường, được xác định bằng

biểu thức:

(1.10)dE

LETdx

dE là tổn hao năng lượng trung bình của hạt mang điện trên quãng đường

dx.

LET có đơn vị thường dùng là eV/Å

- Liều chiếu xạ (X): là khả năng ion hóa của tia X hoặc tia gamma trong

một đơn vị khối lượng không khí.

22

(1.11)dQ

Xdm

Đơn vị của X là C/kg: liều lượng tia X hoặc tia gamma trong 1 kg không

khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn (0°C, 760 mmHg).

- Suất liều chiếu xạ (P): là liều chiếu xạ trong một đơn vị thời gian.

(1.12)dX

Pdt

Đơn vị của P là: R/s, R/m hoặc R/h...

- Liều hấp thụ (D): là năng lượng bức xạ hấp thụ bởi một đơn vị khối

lượng vật chất.

(1.13)dE

Ddm

Đơn vị của D là: Gray (Gy), 1 Gy = 1 J/kg

hoặc rad, 1rad = 100 ergs/g = 10-2

Gy

- Suất liều hấp thụ (Pht): là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian.

(1.14)ht

dDP

dt

Đơn vị của Pht là Gy/s, kGy/h, rad/s...

- Hiệu suất hóa học bức xạ (G): là số phân tử, ion, nguyên tử được tạo

thành hay phân hủy khi hệ hấp thụ 100 eV năng lượng bức xạ.

100 (1.15)N

GD

N là số phân tử sản phẩm biến đổi (tạo thành hay phân hủy) trong một thể

tích xác định còn D là liều hấp thụ trong thể tích đó.

Đối với phản ứng hóa học bức xạ thông thường, giá trị G khoảng 10-15

phân tử/100eV. Đối với phản ứng dây chuyền G có giá trị rất lớn cỡ hàng

triệu.

- Hoạt độ phóng xạ (A): là số nguyên tử đồng vị phóng xạ phân rã trong

một đơn vị thời gian. Quy luật phân rã phóng xạ tuân theo hàm mũ:

23

0 (1.16)ktA A e

A và A0 là hoạt độ phóng xạ tương ứng tại thời điểm t và tại thời điểm

t = 0, k là hằng số đặc trưng cho tốc độ phân rã.

Đơn vị của A là: Curie (Ci), 1Ci = 3,7×1010

phân rã/s.

hoặc Bequerel (Bq), 1Bq = 1 phân rã/s.

- Chu kì bán hủy (t1/2): là thời gian hoạt độ phóng xạ giảm đi một nửa.

1/2

ln2(1.17)t

k

1.3.3. Nguồn bức xạ

Nguồn bức xạ được dùng phổ biến hiện nay là nguồn gamma phát ra từ

đồng vị phóng xạ Cobalt-60 và đồng vị phóng xạ Cesium-137. Ngoài ra, ở

Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM, nguồn bức xạ không hạt nhân là dòng

điện tử gia tốc (Electron Beam, EB) phát ra từ máy gia tốc điện tử cũng đã

được sử dụng.

Trong luận án này, chúng tôi sử dụng nguồn bức xạ γCo60

có các thông số

kỹ thuật như sau:

- Chu kì bán hủy: 5,26 năm

- Năng lượng bức xạ: gồm hai tia bức xạ gamma có năng lượng tương

ứng là E1 = 1,17 MeV và E2 = 1,33 MeV. Năng lượng tổng cộng khi chiếu

đồng thời hai tia là E = E1 + E2 = 2,5 MeV.

- Công suất bức xạ là P = 0,0148 W/Ci hay P’ = 67,567 kCi/kW.

1.3.4.Tình hình sử dụng bức xạ trong và ngoài nước

Trên thế giới, CNBX đã được ứng dụng mạnh mẽ ở nhiều nước, nhiều

thiết bị công nghệ chiếu xạ đã được thương mại hóa. Tổng giá trị sản phẩm

chiếu xạ khoảng 2 tỷ USD/năm và hàng năm gia tăng khoảng 15 - 20%. Hiện

nay, có khoảng hơn 200 nguồn chiếu xạ γCo60

và khoảng 750 máy phát chùm

electron (EB) đang vận hành [8].

24

Ở Việt Nam, nghiên cứu và triển khai CNBX được bắt đầu vào năm 1983

với thiết bị chiếu xạ Gamma Cell được lắp đặt tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân

Đà Lạt. Hiện nay, tại Hà Nội máy chiếu xạ γCo60

bán công nghiệp đã được

đưa vào sử dụng và dần được nâng cấp. Tại Tp. HCM máy chiếu xạ công

nghiệp đa chức năng phục vụ khử trùng dụng cụ y tế và thanh trùng thực

phẩm đã được vận hành. Gần đây, máy phát EB cũng đã được đầu tư trang bị

cho Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ

(VINAGAMMA) Tp. HCM nhằm đẩy nhanh ứng dụng CNBX tại Việt Nam.

1.3.5. Hóa học bức xạ của nước và dung dịch nước

Vài nét về lịch sử phát triển

Vào những năm 1930, cùng với sự ra đời của các máy phát tia X có công

suất cao và độ đâm xuyên lớn, Hóa học bức xạ của nước và dung dịch nước

theo đó cũng được tập trung nghiên cứu.

Fricke và cộng sự (1996) [37] đã đưa ra giả thiết về nước kích hoạt. Theo

đó, dưới tác dụng của bức xạ, nước sẽ tạo ra H•, OH

•, phân hủy tạo thành

hydro và hydro peroxit theo phương trình tóm tắt:

2 2 2 2, , , (1.18)hH O H OH H H O

Hóa học bức xạ của nước và dung dịch nước chỉ phát triển mạnh mẽ từ

sau chiến tranh thế giới thứ 2. Các nghiên cứu về hiệu ứng của mật độ ion hóa

và suất liều lên hiệu suất phản ứng hóa học bức xạ trong dung dịch nước, hiệu

ứng của sự tác dụng trực tiếp bức xạ lên chất tan… đã được thực hiện. Tất cả

những nghiên cứu này đều dựa trên cơ sở thuyết gốc tự do phân ly bức xạ của

nước.

Thuyết gốc tự do về phân ly bức xạ nước

Weiss (1944) đã đưa ra thuyết gốc tự do về sự phân ly bức xạ nước [107].

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu xác định sản phẩm trung gian và sản phẩm bền

tạo thành trong quá trình phân ly phóng xạ của nước và nhiều công trình

25

nghiên cứu khác, Tabata (1991) [87] đã mô tả tóm tắt quá trình phân ly phóng

xạ nước như sau:

- Kích hoạt và ion hóa:

2 2

+

2 2

H O H O* (1.19)

H O H O + e (1.20)

- Phản ứng ion phân tử:

+ +

2 2 3H O + H O H O OH (1.21)

- Phân tử kích hoạt phân ly:

2

2 2

H O* (1.22)

H O* (1.23)

H OH

H O

- Solvat hóa:

2

2

3

e e (1.24)

H O H (1.25)

H O

aq

H O

aq

- Các phản ứng tái kết hợp:

2

2 2

2

H + H H (1.26)

OH OH H O (1.27)

H OH H O (1.28)

- Khi trong nước chứa oxy, gốc HO2• cũng được hình thành:

2 2

H + O HO (1.29)

- Có thể viết tóm tắt quá trình phân ly bức xạ nước như sau:

2 2 2 2 3 2H O H , H O , H , OH, e ,H O ,HO (1.30)

ray

aq

Các sản phẩm phân ly bức xạ nước và ứng dụng của chúng

Ngoại trừ H2, các sản phẩm còn lại của quá trình phân ly bức xạ nước

theo phương trình (1.30) rất hoạt động, đặc biệt là H,

OH và e

-aq.

26

- Electron hydrat (e-aq) là tác nhân khử mạnh, thời gian sống của nó phụ

thuộc vào môi trường. Trong môi trường nước (pH = 7) thời gian sống của nó

là 2,1×10-4

s. Còn trong dung dịch bazơ, thời gian này là 6,6×10-4

s.

Trong dung dịch axit, electron hydrat chuyển H3O+ thành nguyên tử

hydro:

7 3 1 1

3 2e H O H + H O 2,3.10 (1.31)aq

k m mol s

Phản ứng của electron hydrat với nước:

2e H O H + OH (1.32)aq

- Hydro nguyên tử (H) thể hiện tính chất khử hoặc tính oxi hóa phụ

thuộc vào tính chất của chất tan và điều kiện môi trường. Khi pH tăng hoạt

tính khử của nó tăng lên. Trong dung dịch axit, H kết hợp với H

+ tạo thành

H2+

và biểu hiện tính oxy hóa :

• +

2H + H H (1.33)

Các ion này có khả năng oxi hóa sắt (II), iodua và một số hợp chất hữu

cơ. Giá trị pKa của phản ứng bằng hoặc thấp hơn 2,7.

- Gốc tự do hydroxyl (OH) có tính oxi hoá. Đôi khi, gốc

OH cũng tác

dụng như là tác nhân khử, ví dụ như trong trường hợp có mặt KMnO4.

Khi pH > 9 gốc OH có thể phân ly:

•

OH H + O (1.34)

- Hydro phân tử (H2) không phản ứng trực tiếp với chất tan, nhưng nó có

thể phản ứng trực tiếp với gốc OH:

•

2 2H + OH H + H O (1.35)

- Hydro peroxit (H2O2) và gốc hydro peroxit HO2 có thể là tác nhân oxi

hóa hoặc khử phụ thuộc vào điều kiện môi trường và tính chất của chất tan.

Gốc HO2 có thể phân ly thành ion:

27

2 2

HO H + O (1.36)

Giá trị pKa của phản ứng này khoảng 2-3. Rõ ràng là trong môi trường axit

mạnh, gốc HO2 tồn tại ở trạng thái không phân ly và trong môi trường kiềm thì

tồn tại ở dạng ion oxi. Gốc HO2 là tác nhân oxi hoá mạnh, và là tác nhân khử

yếu. Ngược lại ion O2- là tác nhân khử hữu hiệu đối với nhiều loại ion.

- Hydro peroxit H2O2 phân ly theo phương trình:

2 2 2

H O HO H (1.37)

Giá trị pKa của phản ứng này là 11,75.

Cơ chế và hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS

Hình 1.10. Sơ đồ cơ chế bắt hydro của gốc tự do hydroxyl [100] cắt mạch CTS

Cơ chế cắt mạch bức xạ đã được Ulanski nghiên cứu khá chi tiết [100].

Theo đó, gốc hydroxyl tạo ra trong quá trình phân ly bức xạ là tác nhân chính

gây ra sự cắt mạch CTS thông qua cơ chế bắt hydro tạo thành gốc tự do R•

(hình 1.10). Các gốc R• sau quá trình chuyển vị và tái kết hợp tạo thành CTS

KLPT thấp.

Hiệu suất cắt mạch bức xạ (HSCMBX), Gs, đối với CTS chiếu xạ ở dạng

khan (dried chitosan) được tính theo phương trình sau [24]:

Gs (liên kết/100 eV) = NA(1/Mn – 1/Mn0)/6,241016D (1.38)

28

Gs (liên kết/100 eV) = 2NA(1/Mw – 1/Mw0)/6,241016D (1.39)

Trong đó Mn0 và Mn là KLPT trung bình số và Mw0 và Mw là KLPT trung

bình khối của polyme (CTS) trước và sau chiếu xạ; D là liều hấp thụ, kGy; và

NA là số Avogadro.

Hiện nay, theo qui định mới giá trị Gs phải được tính với thứ nguyên là

“mol/J” hoặc là “mol/J” [108]. Từ giá trị Gs (liên kết/100 eV) có thể chuyển

sang Gs (mol/J) bằng cách nhân với 0,10364. Ví dụ Gs của alginat là

1,9 (liên kết/100eV) chuyển sang giá trị Gs (mol/J) = 1,9 0,10364 = 0,197.

Đối với quá trình cắt mạch bức xạ xảy ra trong dung dịch, Gs được tính

theo phương trình sau [108]:

Gs (mol/J) = CNA(1/Mn – 1/Mn0)/6,24 1019D (1.40)

Gs (mol/J) = 2 CNA(1/Mw – 1/Mw0)/6,24 1019D (1.41)

Trong đó C là nồng độ polyme (CTS) trong dung dịch (g/l), thứ nguyên

Gs là mol/J, các thông số khác tương tự như phương trình (1.38) và (1.39).

Trong luận án này, CTS được chiếu xạ ở trạng thái dung dịch và trạng

thái trương cũng được xem như là dung dịch CTS, vì vậy Gs được tính theo

phương trình (1.41).

1.4. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN

1.4.1. Định nghĩa

Hiệu ứng đồng vận (synergistic effect) được định nghĩa là sự tương tác

đồng thời của hai tác nhân phản ứng lớn hơn tổng tương tác của các thành

phần riêng rẽ [32].

Ví dụ: Hiệu ứng đồng vận của H2O2 (A: tác nhân 1) và bức xạ gamma

(B: tác nhân 2) để cắt mạch dung dịch β - CTS 5% đã được Hien và các cộng

sự nghiên cứu (hình 1.11 và bảng 1.5) [40].

29

Hình 1.11. Sự suy giảm KLPT của β - CTS xử lý với H2O2, tia Co60

và

H2O2/tia Co60

theo thời gian và liều xạ (suất liều: 1,33 kGy/h)

Bảng 1.5. Suy giảm KLPT khi cắt mạch β - CTS bằng hydro peroxit, tia Co60

và hiệu ứng đồng vận hydro peroxit và tia Co60

Ký hiệu Suy giảm KLPT, % = 100 × (Mw0 – Mw)/Mw0

4 kGy 8 kGy 12 kGy 16 kGy

A (1% H2O2) * 10,4 14,5 21,3 23,5

B (tia γCo60

) ** 21,7 44,8 61,9 73,4

C (A & B) 90,5 93,8 96,2 97,1

Hiệu ứng đồng vận D, %

D = C – (A+B) 58,4 34,5 13,0 0,2

* Thời gian (giờ) xử lý với H2O2

** Thời gian (giờ) hoặc là liều xạ (kGy) xử lý với bức xạ tia γCo60

Kết quả tính hiệu ứng đồng vận là 58,4; 34,5; 13,0 và 0,2% tương ứng

với liều xạ 4; 8; 12 và 16 kGy.

30

1.4.2. Áp dụng hiệu ứng đồng vận trong hóa học

Hiệu ứng đồng vận được ứng dụng khá rộng rãi trong hóa học khi nghiên

cứu khả năng kết hợp của các tác nhân lên cùng đối tượng phản ứng nhằm thu

được hiệu suất tổng cộng cao hơn khi thực hiện sự tác động riêng rẽ từng tác

nhân lên đối tượng phản ứng.

Trong lĩnh vực quang xúc tác, Srinivasan và cộng sự (2006) [84] đã cải

thiện hoạt tính xúc tác trong vùng khả kiến của vật liệu nano TiO2 vận dụng

hiệu ứng đồng vận của sự sunfat hóa và đồng pha tạp kim loại chuyển tiếp

Fe3+

/Zn2+

lên TiO2 tổng hợp bằng phương pháp sol-gel. Kết quả cho thấy ở tỉ

lệ mol pha tạp Fe3+

/Zn2+

là 2:1 và TiO2 : Fe bằng 1: 0,24 vật liệu tẩm ion

SO42-

có hoạt tính phân hủy phenol khá hiệu quả với nguồn sáng khả kiến,

hiệu suất phân hủy thấp hơn chỉ khoảng 5% so với dùng đèn UV.

Trong lĩnh vực nghiên cứu biến tính vật liệu polyme, Wang và cộng sự

(2005) [102] đã sử dụng hiệu ứng đồng vận của tia tử ngoại và H2O2 để biến

tính cắt mạch CTS thông qua đo độ nhớt nội. Kết quả cho thấy độ nhớt nội

của dung dịch CTS giảm 84,3% sau 30 phút chiếu tia UV (254 nm) lên 50 ml

dung dịch chứa 2% CTS, 2% H2O2. Khi không sử dụng tia UV, độ nhớt nội

giảm 20,6% dưới tác dụng của H2O2 2%. Khi không sử dụng H2O2 2% phần

trăm giảm độ nhớt nội là 17,2%. Như vậy, hiệu ứng đồng vận thu được sau 30

phút giảm cấp là 84,3 – (20,6 + 17,2) = 46,5%. Như vậy, áp dụng hiệu ứng

đồng vận của tử ngoại và H2O2 làm giảm độ nhớt của dung dịch CTS khá hiệu

quả.

Yen và cộng sự (2012) [115] đã nghiên cứu hiệu ứng đồng vận của

hidroxyt kim loại và sét nano để tăng khả năng chống cháy cho EVA (etilen-

vinyl axetat) composit. Kết quả cho thấy 1-2% khối lượng sét nano thay cho

nhôm hay magie hidroxyt trong quá trình phối trộn EVA composit làm gia

tăng hiệu quả khả năng chống cháy của vật liệu. Chỉ số oxy giới hạn LOI

(limitting oxygen index) tăng đáng kể phụ thuộc vào thành phần phối trộn.

31

Nhìn chung, hiệu ứng đồng vận được sử dụng đa dạng trong nhiều lĩnh

vực nghiên cứu của hóa học. Sự kết hợp đồng thời hai tác nhân có cùng tính

năng đôi khi có hiệu quả ngoài mong đợi so với khi sử dụng chúng một cách

riêng rẽ.

1.5. TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH

CHITOSAN

CTS KLPT thấp và COS được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực

nên việc nghiên cứu chế tạo các loại vật liệu này vẫn là hướng nghiên cứu hấp

dẫn trong những năm gần đây. Nhiều phương pháp cắt mạch CTS khác nhau

đã được nghiên cứu và áp dụng, phương pháp dùng các tác nhân hóa học: HCl

[16], [20], HCl-H3PO4 [57], HNO2 [97], H2O2 [23], [76], [95], phương pháp

dùng tác nhân sinh học enzym: cellulase, lysosyme, lipase [20], [31], [43],

[53], [75], [85], phương pháp siêu âm [60], [88], [98], [106], phương pháp vi

sóng [58], [83], [111], phương pháp chiếu xạ gamma [32], [34], [36], [45],

[91], [99], [106]... Trong đó, những nghiên cứu tiêu biểu gần với luận án được

tóm tắt như sau:

Trong nước, Lê Thị Hải Yến và cộng sự (2003) [13] đã nghiên cứu động

học của phản ứng đề axetyl hóa chitin ở nhiệt độ thường sử dụng NaOH

40 - 60% trên hai loại chitin có xử lý kỹ thuật và không xử lý kỹ thuật. Kết

quả cho thấy nồng độ NaOH càng cao tốc độ đề axetyl càng mạnh và KLPT

càng giảm do phản ứng cắt mạch kèm theo phản ứng đề axetyl. Khi sử dụng

nồng độ NaOH 60%, sau 48 giờ phản ứng, ĐĐA của CTS qua xử lý kỹ thuật

và không qua xử lý kỹ thuật lần lượt là 83 và 68%. Nếu sử dụng nồng độ

NaOH 40% để có được ĐĐA 71% đối với CTS không qua xử lý kỹ thuật và

ĐĐA 97% đối với CTS qua xử lý kỹ thuật phải mất đến 144 giờ. Như vậy, để

có CTS với ĐĐA cao cần xử lý kỹ thuật nhiều lần và kéo dài thời gian phản

ứng.

32

Nguyễn Quốc Hiến và cộng sự (2000) [5] đã nghiên cứu chế tạo COS

bằng chiếu xạ dung dịch CTS có Mw0 ban đầu là 60 kDa. Kết quả cho thấy

COS tạo thành có độ polyme hóa dp < 8 chiếm khoảng 50% ở liều xạ khoảng

45 kGy. Điều này cho thấy triển vọng chế tạo COS bằng kỹ thuật chiếu xạ là

rất khả quan. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này cấu trúc của COS và ĐĐA của

nó chưa được đề cập. Hơn nữa, để thu được COS với dp < 8 cần chiếu xạ

dung dịch với liều khá cao ~ 45 kGy. Điều này có nguy cơ thay đổi cấu trúc

của COS làm giảm ĐĐA của sản phẩm.

Bùi Phước Phúc và cộng sự (2006) [9] đã nghiên cứu giảm cấp CTS bằng

bức xạ γCo60

kết hợp với H2O2. Phương pháp này được thực hiện bằng cách

oxi hóa cắt mạch bằng H2O2 sau đó chiếu xạ trên nguồn bức xạ γCo60

. Kết

quả cho thấy CTS được oxi hóa bằng H2O2 1,5% giảm cấp đáng kể dưới tác

dụng của bức xạ. Cấu trúc của CTS chiếu xạ và oxi hóa không thay đổi đáng

kể so với CTS ban đầu. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này sản phẩm CTS cắt

mạch có KLPT vẫn còn ở mức cao (> 40 kDa) điều này ít cho thấy sự thay đổi

về mặt cấu trúc [76]. Vì vậy cần phải có những nghiên cứu cắt mạch sâu hơn

để đánh giá hiệu quả của phương pháp.

Nguyễn Quốc Hiến và cộng sự (2011) [6] đã nghiên cứu hiệu ứng đồng

vận bức xạ γCo60

và H2O2 cắt mạch CTS có ĐĐA ~ 70% trong dung dịch

chứa 1% H2O2. Những kết quả bước đầu cho thấy COS có thể chế tạo hiệu

quả bằng sự kết hợp đồng thời của γCo60

và H2O2. Tuy nhiên, nghiên cứu này

được thực hiện trên β-CTS, loại CTS được cho là dễ bị đề polyme hóa hơn so

với α-CTS [12]. Hơn nữa, hiệu ứng đồng vận cắt mạch của tia γCo60

và H2O2

cần được nghiên cứu mở rộng hơn một cách có hệ thống cho các loại CTS có

ĐĐA khác nhau để có thể áp dụng hiệu quả nhằm nâng cao khả năng ứng

dụng của các loại polysaccarit trong tự nhiên.

Ngoài những công trình đề cập trên, về nghiên cứu sản xuất CTS và ứng

dụng ở trong nước nổi bật với hai tác giả Trần Thị Luyến và Trang Sĩ Trung

33

với dự án thử nghiệm cấp bộ sản xuất chitin - CTS từ phế thải thủy sản (2004)

và một số nghiên cứu ứng dụng CTS trong bảo quản thực phẩm và thức ăn gia

súc. Nhìn chung, những nghiên cứu này hướng đến sản xuất và ứng dụng ít

liên quan đến vấn đề giảm cấp CTS hướng đến chế tạo CTS KLPT thấp và

COS [12].

Trên thế giới, Tahtat và cộng sự (2012) [89] đã nghiên cứu ảnh hưởng

của KLPT ban đầu đến hiệu suất và tốc độ cắt mạch bức xạ đối với CTS ở

dạng rắn và dạng dung dịch. Kết quả cho thấy CTS có KLPT ban đầu thấp dễ

cắt mạch bức xạ hơn so với CTS có KLPT cao. Hằng số tốc độ cắt mạch bức

xạ thu được tương ứng đối với ba loại CTS có KLPT ban đầu 471, 207 và 100

kDa lần lượt là 13 × 10-5

, 51 × 10-5

và 68 × 10-5

kGy-1

. Tuy nhiên, trong

nghiên cứu này, sự thay đổi ĐĐA theo liều xạ đã không được đề cập trong khi

thông số này ảnh hưởng khá lớn đến khả năng ứng dụng của CTS.

Taşkin và cộng sự (2014) [91] đã nghiên cứu ảnh hưởng của ĐĐA đến

khả năng giảm cấp bức xạ γCo60

của CTS có cùng KLPT (Mw ~ 330 kDa) ở

trạng thái rắn. Khoảng liều áp dụng là từ 5 – 35 kGy. Kết quả cho thấy CTS

có ĐĐA càng cao thì càng dễ bị cắt mạch bằng bức xạ. Hiệu suất cắt mạch

bức xạ Gs đạt được lần lượt là 1,36; 1,37; 1,62 và 2,07 μmol/J tương ứng với

ĐĐA của CTS ban đầu lần lượt là 78; 80; 89 và 97%. Nguyên nhân của sự

thay đổi Gs được Taşkin và cộng sự cho là do sự thay đổi trong cấu trúc tinh

thể của CTS. Theo đó, CTS có ĐĐA càng cao thì độ kết tinh càng bé và càng

dễ bị cắt mạch. Nghiên cứu của nhóm Taşkin đã cung cấp những thông tin

khá quan trọng cho việc kiểm soát KLPT của CTS bằng cắt mạch bức xạ khi

biết ĐĐA ban đầu của CTS. Tuy nhiên, diễn biến sự thay đổi cấu trúc của

CTS cắt mạch theo liều xạ chưa được Taşkin và cộng sự đề cập đến để có thể

so sánh với các phương pháp cắt mạch khác về mặt hiệu quả ứng dụng của

34

sản phẩm, vì khả năng ứng dụng của CTS cắt mạch phụ thuộc khá nhiều vào

cấu trúc hay cụ thể hơn là ĐĐA của chúng.

Qin và cộng sự (2002) [76] đã nghiên cứu hiệu quả cắt mạch của H2O2

đến sự giảm cấp và thay đổi cấu trúc của CTS trong môi trường axit. Kết quả

cho thấy ở nhiệt độ thường (< 40°C), pH = 5,5 là thuận lợi cho quá trình cắt

mạch. Ở pH cao khả năng hòa tan CTS kém trong khi pH < 5,5 lại kìm hãm

sự giảm cấp do quá trình proton hóa nhóm amin. Ở nhiệt độ cao (> 40°C) sự

deproton hóa của nhóm -NH3+ tăng, đồng thời nồng độ chất oxi hóa cũng tăng

lên nên tốc độ cắt mạnh ở pH thấp tỏ ra hiệu quả. Tuy nhiên, nếu tỉ lệ mol của

HCl/-NH3+ > 1 sự cắt mạch vẫn bị ức chế ngay cả ở nhiệt độ cao (< 70°C).

Theo Qin và cộng sự (2011) nồng độ cắt mạch hiệu quả của H2O2 là từ

1,2 – 2,5%. Cũng theo Qin và cộng sự thì cắt mạch bằng H2O2 luôn đi kèm

với sự đề amin hóa, oxy hóa mở vòng – hình thành nhóm -COOH làm thay

đổi cấu trúc CTS đặc biệt là khi cắt mạch sâu để chế tạo CTS KLPT thấp và

COS. CTS cắt mạch Mw ~ 50 kDa có cấu trúc chính gần như không đổi so với

CTS ban đầu trong khi đó COS có Mw ~ 1,2 kDa có 2,86 mmol -COOH hình

thành/1g COS và mất hơn 40% nhóm amin [76].

Kabal’nova và cộng sự (2000) [44] đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ

và nồng độ H2O2 đến khả năng cắt mạch CTS. Kết quả cho thấy ở 30°C,

pH = 7, nồng độ H2O2 cắt mạch hiệu quả CTS là 0,6M (~ 2%). Tuy nhiên,

thành phần nhóm amin giảm khoảng 7% sau 6 giờ cắt mạch. Khi cắt mạch với

nồng độ H2O2 thấp hơn 0,3M (~ 1%) ở 70°C, thành phần của nitơ trong COS

thu được giảm khoảng 9% và thành phần nhóm cacboxyl hình thành khoảng

1,5 -COOH/100 đơn vị CTS. Nghiên cứu của Kabal’nova và cộng sự [44] cho

thấy khả năng cắt mạch CTS chế tạo COS bằng H2O2 1% là khá hiệu quả. Tuy

nhiên, nồng độ CTS phản ứng 6,2.10-2

M (~ 1%) là khá thấp.

35

Vấn đề áp dụng hiệu ứng đồng vận của H2O2 và bức xạ γCo60

để giảm cấp

CTS được công bố trên thế giới là rất ít. Theo sự hiểu biết của chúng tôi đến

thời điểm thực hiện luận án có ba công trình đáng chú ý như sau:

Thứ nhất là công trình của Duy và cộng sự (2011) [32], nghiên cứu hiệu

ứng đồng vận cắt mạch CTS để chế tạo COS bằng phương pháp chiếu xạ

dung dịch 3% CTS sử dụng nồng độ H2O2 từ 0,25 – 1%. Kết quả cho thấy

COS được chế tạo khá hiệu quả bằng phương pháp chiếu xạ dung dịch. Tuy

nhiên, nghiên cứu này chỉ áp dụng cho CTS có ĐĐA là 84% nên cần được

nghiên cứu mở rộng hơn để có thể áp dụng cho CTS có ĐĐA thấp hơn hoặc

cao hơn. Hơn nữa, nồng độ của CTS trong dung dịch chiếu xạ là 3% cần được

nâng lên nhằm sử dụng hiệu quả hơn năng lượng bức xạ. Phương pháp cắt

mạch trong dung dịch còn gặp bất lợi do quá trình thu hồi sản phẩm khá phức

tạp vì phải kết tủa dung dịch chiếu xạ bằng etanol.

Thứ hai là công trình của Kang và cộng sự (2007) [45], nghiên cứu chế

tạo CTS KLPT thấp bằng phương pháp chiếu xạ huyền phù (suspension) CTS

trong dung môi axit axetic với nồng độ H2O2 là 2; 10 và 30%. Kết quả cho

thấy ở nồng độ 10% H2O2 sử dụng cho hỗn hợp chiếu xạ, sản phẩm CTS

chiếu xạ có sự xuất hiện của nhóm cacboxyl là sản phẩm của phản ứng mở

vòng glucopyranose, làm thay đổi cấu trúc của CTS. Kết quả phân tích

nguyên tố cũng cho thấy có sự thay đổi lớn về cấu trúc của CTS chiếu xạ với

nồng độ H2O2 sử dụng là 30%. Hơn nữa, việc thu hồi sản phẩm CTS bột sau

chiếu xạ khá phức tạp vì CTS tạo gel với axit axetic. Ngoài ra, hiệu suất cắt

mạch bức xạ không được công bố trong nghiên cứu của Kang và cộng sự vì

vậy chưa có cơ sở để so sánh hiệu quả sử dụng năng lượng chiếu xạ trong

nghiên cứu này so với phương pháp chiếu xạ trong dung dịch.

Thứ ba là công trình của El – Sawy và cộng sự (2010) [34], nghiên cứu

chiếu xạ CTS dạng hồ (paste form), CTS trương trong H2O2 10% khoảng liều

36

hấp thụ là 20 – 200 kGy. Ưu điểm của phương pháp này là dễ thu hồi CTS

KLPT thấp dạng bột bằng cách để khô trong không khí. Tuy nhiên, trong

nghiên cứu của El-Sawy và cộng sự, độ trương nước của CTS chưa được

công bố để có thể áp dụng cho những nghiên cứu tương tự. Ngoài ra, Gs cũng

không được tính để có thể so sánh với chiếu xạ dạng bột hay dạng dung dịch.

Qua phân tích các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước, chúng tôi

nhận thấy những vấn đề sau đây cần được tiếp tục nghiên cứu:

1. Nghiên cứu giảm thời gian đề axetyl hóa chitin để thu được CTS có

ĐĐA cao hơn nhằm tiết kiệm năng lượng,

2. Nghiên cứu độ trương nước bão hòa của CTS nhằm mở rộng khả năng

cắt mạch CTS ở dạng trương (swollen state) – CTS trương trong dung

dịch H2O2,

3. Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận của bức xạ γCo60

và H2O2 cắt mạch CTS

ở dạng trương và dạng dung dịch,

4. Nghiên cứu bảo vệ nhóm amin và hạn chế sự oxi hóa mở vòng trong

quá trình cắt mạch,

5. Nghiên cứu tăng nồng độ CTS phản ứng trong dung dịch chế tạo CTS

KLPT thấp và COS,

6. Nghiên cứu ảnh hưởng của suất liều đến tốc độ cắt mạch của CTS,

7. Nghiên cứu độ ổn định của sản phẩm cắt mạch sau quá trình chiếu xạ.

1.6. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN

Bằng cách tiếp cận có hệ thống như trên, mục tiêu của luận án là chế tạo

CTS KLPT thấp và COS áp dụng hiệu ứng đồng vận của bức xạ γCo60

và

H2O2 ở dạng dung dịch và dạng trương. Nội dung luận án hướng đến giải

quyết những vấn đề chưa được nghiên cứu trong các công trình có liên quan

đến chiếu xạ giảm cấp CTS và cắt mạch bằng H2O2. Trong đó, có những nội

dung chính sau:

37

- Nghiên cứu chế tạo CTS nguồn cho quá trình chiếu xạ với mục tiêu

giảm thời gian đề axetyl hóa, tiết kiệm hóa chất,

- Tăng nồng độ CTS trong dung dịch chiếu xạ, nghiên cứu hiệu ứng

đồng vận bức xạ γCo60

và H2O2 cắt mạch CTS có ĐĐA ~ 70% và 90% chưa

được công bố, tính Gs của quá trình nhằm đánh giá hiệu quả sử dụng năng

lượng bức xạ,

- Nghiên cứu độ trương nước bão hòa của CTS để áp dụng cho quá trình

chiếu xạ CTS ở dạng trương,

- Nghiên cứu chế tạo CTS KLPT thấp bằng tác dụng đồng vận của bức

xạ γCo60

/H2O2 và khảo sát một số yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình cắt mạch

như nồng độ H2O2, suất liều bức xạ, nhằm lựa chọn các thông số ban đầu cho

quá trình cắt mạch CTS ở dạng trương dễ thu hồi sản phẩm,

- Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận bức xạ γCo60

và H2O2 cắt mạch CTS ở

dạng trương trong dung dịch H2O2 đối với CTS có ĐĐA ~ 70%, 80% và 90%

chưa được công bố,

- Nghiên cứu chế tạo CTS KLPT thấp và COS bằng H2O2 sử dụng

phương pháp trực tiếp và gián đoạn nhằm bảo vệ nhóm amin và hạn chế khả

năng oxi hóa mở vòng glucopyranose,

- Nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn, chống oxi hóa và gia tăng khả năng

kích kháng bệnh trên động vật của sản phẩm CTS cắt mạch.

38

CHƯƠNG 2

VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

THỰC NGHIỆM

2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT

- Vỏ tôm được thu mua một lần, khối lượng 100 kg, từ nhà máy chế biến

thủy sản tại Tp. Vũng Tàu, được bảo quản và chế biến theo quy trình tại

Trung tâm VINAGAMMA

- H2O2 dạng tinh khiết của Merck, Đức

- NaOH dạng tinh khiết của Trung Quốc

- NH3 dạng tinh khiết của Trung Quốc

- HCl dạng tinh khiết của Trung Quốc

- Axit lactic dạng tinh khiết của Trung Quốc

- CH3COOH dạng tinh khiết của Trung Quốc

- CH3COONa dạng tinh khiết của Trung Quốc

- Etanol tuyệt đối của công ty Trường Thịnh, Việt Nam

- Nước cất tại Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM

2.2. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ

- Nguồn chiếu xạ γCo60

, SVST Co-60, Hungary, suất liều ~1,33 kGy/h

tại Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM

- Thiết bị chiếu xạ Gamma Chamber 5000, BRIT, Ấn Độ, tại Viện hạt

nhân Đà Lạt

- Máy đo quang phổ hồng ngoại FT- IR 8400s, Shimadzu, Nhật, tại

Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM

- Máy đo quang phổ UV-Vis, Jasco V630, Nhật, tại Trung tâm

VINAGAMMA, Tp. HCM

39

- Máy sắc ký gel thấm qua (GPC) LC-20AB Shimadzu, Nhật, sử dụng

detector RID - 10A và cột Ultrahydrogel 250, 500 của hãng Waters,

Mỹ, tại Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM và Đại học Khoa học Tự

nhiên, Đại học Quốc gia Tp. HCM

- Máy nghiền bi Fritsch, Đức, tại Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM

- Tủ sấy quạt gió, DNF 410, Yamaro, Nhật, tại Trung tâm

VINAGAMMA, Tp. HCM

- Tủ sấy Memmert, Đức, tại Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM.

- Máy đo nhiễu xạ XRD Siemens D5000, Đức, tại Phòng phân tích Hóa

lý, Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng, Tp. HCM

- Một số trang thiết bị khác dùng cho thí nghiệm như: máy li tâm, cân

phân tích,.. tại Phòng thí nghiệm Hóa học, Trường Đại học Sài Gòn

2.3. PHƯƠNG PHÁP

2.3.1. Đo các thông số của chitosan và oligochitosan

Xác định độ ẩm của CTS

Độ ẩm của CTS được xác định bằng phương pháp phân tích khối lượng

như sau [14]:

Đĩa thủy tinh sấy khô ở nhiệt độ 105°C đến khối lượng không đổi, sau đó

đặt trong bình hút ẩm để làm nguội. Cân đĩa thủy tinh xác định khối lượng

W1, cho mẫu CTS vào đĩa và cân được khối lượng W2. Sấy đĩa thủy tinh chứa

mẫu ở 105°C trong 24 giờ, cân được khối lượng W3. Độ ẩm được tính theo

công thức:

2 3

2 1

W -W § é Èm (%) = 100 (2.1)

W -W

Thí nghiệm được lặp lại 5 lần và đánh giá kết quả ở mức ý nghĩa

α = 0,05.

40

Xác định độ trương nước bão hòa

Độ trương nước bão hòa (ĐTNBH) của CTS được xác định như sau [69],

[71]:

Cân ống ly tâm có chứa một lượng xác định CTS (0,5 g) thu được khối

lượng m01. Thêm 10g nước cất, lắc đều hỗn hợp, để trương 2 giờ ở nhiệt độ

phòng, sau đó ly tâm với tốc độ 3200 vòng/phút, trong 25 phút, gạn bỏ nước,

cân ống ly tâm thu được khối lượng m1. ĐTNBH được tính theo công thức

sau:

1 01§ TNBH(%) 100 (2.2)mois

s mois

m m m

m m

Trong đó ms là khối lượng của mẫu CTS, mmois là khối lượng nước gây

ẩm được tính từ khối lượng mẫu và phần trăm độ ẩm của mẫu.

Thí nghiệm được lặp lại 4 lần và đánh giá kết quả ở mức ý nghĩa

α = 0,05.

Xác định ĐĐA

ĐĐA của CTS được xác định bằng phương pháp phổ IR, trên máy FT-IR

8400S, Shimadzu, Nhật, và được tính theo phương trình (2.3) [18]:

1320

1420

A§ § A(%) = 100 (31,92 12,20) (2.3)

A

Với A1320, A1420 là độ hấp thụ tương ứng tại các số sóng 1320, 1420 cm-1

.

Thí nghiệm được lặp lại 3 lần (N = 3) và đánh giá kết quả ở mức ý nghĩa

α = 0,05.

Xác định KLPT của CTS

KLPT của CTS được xác định bằng phương pháp sắc kí gel thấm qua

(GPC) trên máy LC – 20AB Shimadzu, Nhật, sử dụng detector RID –10A và

41

cột Ultrahydrogel 250, 500 của hãng Waters, kích thước cột 7,8300 mm.

Chất chuẩn là Pullulan (Mw ~ 730 - 38 000 Da), các bước tiến hành như sau:

Bước 1: Lập đường chuẩn thời gian lưu và Mw của mẫu chuẩn Pullulan

Hòa tan 0,01 gam các mẫu chuẩn Pullulan có Mw là 738 - 380 000 Da

(bảng 2.1) vào trong 2 ml dung môi CH3COOH 0,25M/CH3COONa 0,25M.

Bảng 2.1. Thông tin về các mẫu chuẩn Pullulan

STT Mw, Da PI POLYMER LABORATORIES Batch No

1 738 1 STACHYOSE TETRAHYDRAT 20910 – 1

2 12 200 1,06 POLYSACCHARIDE 20902 – 1

3 23 700 1,07 POLYSACCHARIDE 20903 – 1

4 48 000 1,09 POLYSACCHARIDE 20904 – 1

5 100 000 1,1 POLYSACCHARIDE 20905 – 1

6 380 000 1,12 POLYSACCHARIDE 20907 – 1

Xác định thời gian lưu của các mẫu dung dịch chuẩn pullulan ở điều

kiện nhiệt độ cột là 40°C, pha động là dung môi

CH3COOH 0,25M/CH3COONa 0,25M với tốc độ chảy là 1 ml/phút [54].

Thể tích mẫu tiêm vào cột khoảng 50 μl. Xác định thời gian lưu từ sắc kí

đồ GPC trên hình 2.1 thu được kết quả cho ở bảng 2.2.

Bảng 2.2. KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan đối với

cột Ultrahydrogel 250

Số thứ tự mẫu 1 2 3 4 5

Thời gian lưu, Phút 7,00 7,50 8,12 8,64 10,52

KLPT 103, Da 100 48 23,7 12,2 0,738

42

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-5

0

5

10

15

20

uRIUDetector B Ch1

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-5

0

5

10

15

20uRIU

Detector B Ch1

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min

-5

0

5

10

15

20

uRIUDetector B

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min

0

5

10

15

20

uRIUDetector B

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min

0

10

20

30

40

uRIUDetector B

Hình 2.1. Sắc kí đồ GPC của mẫu chuẩn Pullulan ghi trên cột Ultrahydrogel

250 với KLPT 100000 (a), 40000 (b), 23700 ( c), 12200 (d) và 738 Da (e)

e

a

b

c

d

43

Từ bảng 2.2, thiết lập đường chuẩn trên máy mối tương quan KLPT và thời

gian lưu (hình 2.2).

Linear : ax+b

a = -0.6024559 b = 9.236203

R^2 = 0.9975414 R = 0.9987699 Dispersion = 0.0363634

Hình 2.2. Đường chuẩn tương quan giữa KLPT và thời gian lưu của

Pullulan đối với cột Ultrahydrogel 250

Tiến hành tương tự như trên, dựa vào bảng 2.3 ta cũng thiết lập được đường

chuẩn trên máy mối tương quan giữa KLPT và thời gian lưu đối với cột

Ultrahydrogel Linear (hình 2.3).

Bảng 2.3. KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan đối với cột

Ultrahydrogel Linear

Số thứ tự mẫu 1 2 3 4 5 6

Thời gian lưu, Phút 9,739 10,780 11,222 11,695 12,091 13,315

KLPT 103, Da 380 100 48 23,7 12,2 0,738

44

Chuan pulullan, Sigma USA COT VINAGAMMA

Linear : ax+b

a = -0.7531064 b = 13.07259

R^2 = 0.9792989 R = 0.9895953 Dispersion = 0.1213883

Hình 2.3. Đường chuẩn tương quan giữa KLPT và thời gian lưu của

Pullulan đối với cột Ultrahydrogel Linear

Bước 2: Xác định KLPT của mẫu CTS

Hòa tan 0,2 g CTS vào 20 ml đệm CH3COOH 0,25M/CH3COONa 0,25M

cho đến khi tan hoàn toàn, lọc dung dịch qua màng lọc 0,45 m (Millipore

filters). Lấy 5 ml dung dịch vừa pha, thêm vào 5 ml dung dịch đệm với nồng

độ như trên khuấy đều thu được dung dịch đo [76]. Tiến hành tiêm mẫu dung

dịch CTS với thể tích khoảng 50 μl vào cột sắc ký. Các điều kiện khác tương

tự như đã mô tả đối với mẫu chuẩn Pullulan. Xác định thời gian lưu và so

sánh với đường chuẩn để xác định KLPT của mẫu CTS cần đo.

Ví dụ như trên bảng 2.4 là kết quả điển hình xác định KLPT và PI đối với các

mẫu là COS, CTS KLPT thấp và cao (sắc kí đồ trên hình 2.4). Thông thường

COS và CTS KLPT thấp có phân bố KLPT hẹp hơn (PI nhỏ hơn) so với CTS

KLPT cao (PI lớn hơn).

45

Hình 2.4. Sắc kí đồ GPC của mẫu COS (a), CTS KLPT thấp (b) và CTS

KLPT cao (c)

Bảng 2.4. Kết quả Mw, Mn và PI của CTS đo bằng GPC

Mẫu Thời gian lưu, Phút Mw Mn PI = Mw/Mn

COS 8,470 5 200 2 600 2,00

CTS KLPT thấp 6,957 32 900 14 100 2,34

CTS KLPT cao 6,068 189 800 72 400 2,62

a

c

b

46

Xác định hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS

Đối với dung dịch CTS có khối lượng riêng cụ thể, phương trình (1.41)

được viết lại như sau [32], [40], [105]:

(1/Mw – 1/Mw0) = Gs×D×d×1000/2×C (2.4)

Trong đó, Mw0, Mw lần lượt là KLPT của CTS ban đầu và CTS cắt mạch,

D là liều xạ (kGy), d là khối lượng riêng dung dịch CTS (g/ml), C là nồng độ

dung dịch CTS (g/l) và Gs (mol/J) là hiệu suất cắt mạch bức xạ.

Xác định hằng số tốc độ phản ứng cắt mạch

Phản ứng cắt mạch bức xạ CTS bằng tia γCo60

tuân theo quy luật động

học bậc 1. Hằng số tốc độ phản ứng cắt mạch CTS được xác định dựa vào

phương trình [65], [106]:

0 0

1 1- (2.5)

w w

kD

M M m

Trong đó Mw0 và Mw là KLPT của CTS tương ứng tại thời điểm ban đầu

và thời điểm t, k (kGy-1

) là hằng số tốc độ phản ứng, D (kGy) là liều xạ, m0 là

KLPT của một đơn vị monome:

0m = §§A 161 + 203 100 - §§A /100 (2.6)

2.3.2. Đặc trưng cấu trúc vật liệu chitosan và oligochitosan

CTS và dẫn xuất của nó được đặc trưng phổ biến bằng phương pháp phổ

IR, UV-vis và nhiễu xạ tia X (XRD) [45]. Trước khi ghi phổ, CTS được tinh

chế theo quy trình sau:

1(g) mẫu CTS được ngâm trương trong nước 2 giờ, thêm axit lactic 3% tỉ

lệ 20/1 (ml/g), khuấy tan trong 5 giờ. Tủa dung dịch bằng etanol tuyệt đối với

tỉ lệ 1/5 (20 ml dung dịch/100ml etanol tuyệt đối), trợ kết tủa bằng NH4OH

47

2,5%. Lọc và rửa kết tủa 3 lần bằng etanol tuyệt đối cùng tỉ lệ trên [9]. Mẫu

được sấy khô ở 60°C trong tủ sấy quạt gió DNF 410, Yamaro, Nhật, sau đó

được nghiền mịn bằng máy nghiền bi Fritsch, Đức. Mẫu sau khi tinh chế ở

dạng bột mịn được bảo quản trong túi PE để ghi phổ.

Đo IR

Phổ IR được ghi trên máy FT-IR 8400S, Shimadzu, Nhật. Bước sóng ghi

phổ tử 400 - 4000 cm-1

. Thứ tự tiến hành như sau:

Mẫu CTS được nghiền nhỏ bằng cối nghiền bi Fritsch, Đức, rây qua rây

200 mesh. Cân khoảng 3 - 5 mg mẫu bột CTS trộn cùng với 100 mg KBr

trong cối mã não, ép viên trên máy ép chuyên dụng trong thời gian khoảng

10 phút, sau đó tiến hành đo phổ IR.

Đo UV-vis

Phổ UV-vis được đo trên máy UV-vis V630, Jasco, Nhật. Bước sóng hấp

thụ từ 200 - 600 nm, nồng độ dung dịch đo là CTS 0,1%, dung dịch so sánh là

axit axetic 0,05% [105].

Đo XRD

Giản đồ XRD của các mẫu CTS được đo trên máy XRD Siemens D5000,

Đức, sử dụng ống phát tia CuKα (1,54 Å), điện áp 40 kV, cường độ dòng ống

phát 40 mA, góc quét 2θ thay đổi từ 0-70 độ, tốc độ quét 0,2 độ/phút.

2.3.3. Các phương pháp chế tạo và biến tính vật liệu chitosan

Chế tạo CTS nguồn từ chitin

Cân 100g chitin đưa vào cốc thủy tinh loại 2 lít thêm vào 1 lít dung dịch

kiềm 50%. Đun cách thủy ở nhiệt độ 90°C, lấy mẫu theo thời gian 30, 90,

120, 180 và 240 phút [89]. Mẫu rửa sạch bằng nước cất đến pH =7 và sấy khô

trong tủ quạt gió ở nhiệt độ 60°C trong 2 giờ. Nghiền mịn các mẫu để xác

định ĐĐA và KLPT.

48

Cắt mạch CTS nguồn bằng hydro peroxit

Cân một lượng xác định CTS, thêm dung dịch H2O2 2% [76] theo tỉ lệ

1/10 (w/v), điều chỉnh pH = 9. Sau thời gian phản ứng, mẫu được rửa sạch

đến pH = 7 rồi sấy khô bằng tủ sấy quạt gió trong 2 giờ.

Hiệu ứng đồng vận chế tạo COS bằng chiếu xạ dung dịch

Chuẩn bị dung dịch chiếu xạ: Hòa tan 5 g CTS trong dung dịch axit

lactic 3% đến tan, thêm một lượng H2O2 30% vào và định mức đến 100 ml

thu được dung dịch chiếu xạ chứa 5% CTS và 0,5% H2O2. Tiến hành chiếu xạ

trên nguồn SVST Co – 60/B tại Trung tâm VINAGAMMA (hình 2.5.I), với

suất liều 1,33 kGy/h. Liều xạ được kiểm soát bằng liều kế (hình 2.5.II). Một

dung dịch chứa 5% CTS tan trong axit lactic 3% cũng được chiếu xạ đồng

thời để so sánh.

Hình 2.5. (I) – Sơ đồ nguồn SVST Co – 60/B; (II) – Liều kế: (a) - chưa

sử dụng, (b) - đã sử dụng

Ngoài ra, để tính hiệu ứng đồng vận, một dung dịch chứa 5% CTS và

0,5% H2O2 được cho phản ứng theo thời gian mà không chiếu xạ.

Xử lí mẫu sau chiếu xạ: Dung dịch sau khi chiếu xạ được kết tủa

bằng NH4OH 5% [76], thêm một lượng cồn bằng thể tích mẫu khuấy đều, sau

49

đó lọc kết tủa và rửa sạch bằng cồn với thể tích gấp 5 lần thể tích mẫu. Mẫu

sau khi rửa sạch, để khô tự nhiên sau đó sấy ở nhiệt độ 60°C trong 2 giờ.

Các thí nghiệm được tiến hành với ba loại CTS có ĐĐA khác nhau lần

lượt là 72; 80,3 và 91%.

Cắt mạch CTS bằng hiệu ứng đồng vận của H2O2/tia γCo60

ở dạng

trương và khảo sát ảnh hưởng của nồng độ, suất liều

Cho 2 g CTS dạng bột (Mw0 = 91,7 kDa; ĐĐA ~ 91,3%; PI = 2,26)

trương trong 10 ml dung dịch H2O2 với các nồng độ khác nhau là 0% (trương

trong 10 ml nước), 1%, 3% và 5% (w/v) trong 30 phút. Các mẫu sau đó được

chiếu xạ γCo60

trên thiết bị Gamma Chamber 500, khoảng liều từ 0 - 20 kGy

ở nhiệt độ phòng. Các mẫu sau khi chiếu xạ được sấy ở nhiệt độ 60°C bằng tủ

sấy quạt gió trong 2 giờ sau đó được nghiền thành bột mịn để đo GPC, FT-IR,

XRD và UV-Vis.

Mẫu chiếu xạ H2O2 5% ở 10 kGy được chúng tôi tiến hành với các suất

liều khác nhau từ 0,45 – 3,6 kGy/h để khảo sát ảnh hưởng của suất liều đến độ

suy giảm KLPT.

Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS ở dạng trương

Chuẩn bị mẫu và chiếu xạ: Cân 5 g CTS vào bình chiếu xạ, thêm vào

25 ml dung dịch H2O2 5%, trộn trong 30 phút để CTS trương đều. Mẫu được

chiếu xạ bằng nguồn SVST Co – 60/B đến liều tối đa là 25 kGy, suất liều

1,33 kGy/h, tại Trung tâm VINAGAMMA. Một mẫu khác chứa 5 g CTS

trương trong 25 ml nước cũng được chiếu xạ đồng thời để so sánh.

Ngoài ra, để tính hiệu ứng đồng vận, một hỗn hợp khác gồm 5 g CTS

trương trong 25 ml H2O2 5% cũng được chuẩn bị tương tự và cho phản ứng

theo thời gian mà không chiếu xạ.

50

Xử lí mẫu và chiếu xạ: Sau khi chiếu xạ, mẫu được rửa sạch bằng

nước cất, sau đó được sấy khô ở nhiệt độ 60°C trong 2 giờ.

Các thí nghiệm được tiến hành với ba loại CTS có ĐĐA khác nhau lần

lượt là 72; 80,3 và 91%.

Khả năng chế tạo COS bằng H2O2 trong dung dịch

Trong thí nghiệm này COS được chế tạo bằng phương pháp cắt mạch hóa

học mà không sử dụng năng lượng bức xạ, nguyên liệu sử dụng là CTS đã

được cắt mạch có thông số ban đầu như sau: Mw = 31,3 kDa, PI = 3,4 và

ĐĐA ~ 91%. Để tìm hiểu khả năng bảo vệ nhóm amin và hạn chế sự thay đổi

cấu trúc, CTS được cắt mạch theo hai phương pháp:

Phương pháp 1:

Cắt mạch CTS bằng H2O2 5% theo kiểu bổ sung gián đoạn

(1% H2O2/1 giờ) theo thời gian ở nhiệt độ cố định 55°C.

Chuẩn bị dung dịch CTS 5% trong dung dịch axit lactic 2,5%. Đun cách

thủy dung dịch để duy trì nhiệt độ ở 55°C. Cho vào dung dịch một lượng

H2O2 1%. Sau 1 giờ cắt mạch, lấy mẫu để phân tích GPC và FT-IR đồng thời

bổ sung thêm một lượng H2O2 1% để cắt mạch tiếp.

Phương pháp 2:

Cắt mạch CTS bằng H2O2 5%, đưa vào một lần ngay từ đầu lấy mẫu theo

thời gian phản ứng. Nhiệt độ phản ứng được cố định ở 55°C.

Mẫu thu được sau phản ứng được xử lý như phần cắt mạch CTS dạng

dung dịch.

51

2.3.4. Các phương pháp nghiên cứu ứng dụng vật liệu chitosan cắt mạch

Khảo sát hoạt tính chống oxi hóa

Hòa tan 2,2’-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid) (ABTS)

nồng độ 7,4 mM trong nước. Dùng 2 ml dung dịch 7,4 mM ABTS trộn với

2 ml dung dịch 2,6 mM K2S2O8 để tạo gốc tự do cation ABTS•+

. Dung dịch

ABTS•+

được để yên trong tối qua đêm, sau đó pha loãng bằng nước để nhận

được giá trị mật độ quang ~1,0 ± 0,1 tại bước sóng 734 nm. Các mẫu dung

dịch CTS và COS 0,2% (w/v) được pha trong axit axetic 0,1% dùng để

nghiên cứu hoạt tính chống oxi hóa. Dùng 0,6 ml dung dịch mẫu đưa vào

cuvet chứa 1 ml dung dịch ABTS•+

(mẫu đối chứng dùng 0,6 ml nước). Đo

mật độ quang (OD) của các mẫu theo thời gian trên máy quang phổ tại bước

sóng λ = 734 nm. Hiệu suất bắt gốc tự do được tính như sau:

Hiệu suất (%) = 100 × (ODAC - ODAS)/ODAC (2.7)

Trong đó ODAC là mật độ quang của mẫu đối chứng (nước và ABTS•+

) và

ODAS là mật độ quang của mẫu khảo sát (CTS/COS và ABTS•+

) [77], [94].

Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của CTS KLPT thấp

0,1 ml dung dịch CTS có Mw khác nhau 30, 45, 60, và 91,7 kDa được

thêm nước tiệt trùng đến 10 ml có nồng độ của CTS là 100 mg/l. Một thể tích

tương tự chứa axit axetic 0,5% được sử dụng làm mẫu đối chứng. Các mẫu

này được cấy 1 ml huyền phù E. coli 108

CFU/ml lắc và khuấy trộn trong

5 phút. Những tế bào E. coli còn sống trong mỗi mẫu được xác định tại Trung

tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn đo lường chất lượng 3 – Tp. HCM theo phương

pháp ISO 16649-2:2001. Hiệu suất kháng khuẩn được tính theo công thức:

, % = 100 × (N0 – Ni)/N0 (2.8)

Với N0 và Ni là đơn vị hình thành tế bào trên 1 ml (CFU/ml) của E. coli

trong mẫu đối chứng và mẫu CTS.

52

Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của CTS cắt mạch bằng phương pháp

hóa học

CTS KLPT thấp và COS chế tạo bằng phương pháp hóa học được xác

định hoạt tính diệt khuẩn Escherichia coli (E. coli) và Staphylococcos aureus

(S. aureus) bằng phương pháp như sau:

Bước 1: Chuẩn bị dung dịch mẫu CTS/COS

- Pha dung dịch axit axetic 0,5% (v/v)

- Hòa tan mẫu CTS hoặc COS vào dung dịch axit axetic 0,5% để đạt nồng độ

là 2 % (w/v).

Bước 2: Chuẩn bị giống E. coli/S. aureus

- Giống E. coli/S. aureus được hoạt hóa trong môi trường Luria Bertani, tăng

sinh ở 37°C, 20 giờ.

- Mật độ E. coli/S. aureus sau khi hoạt hóa đạt khoảng 107

CFU/ml, được

dùng cho thử nghiệm tiếp theo.

Bước 3: Đánh giá hoạt tính diệt khuẩn của dung dịch CTS và COS

- Hút 0,5 ml dung dịch mẫu CTS hoặc COS 2 %, hòa vào 8,5 ml nước cất.

- Dung dịch này được hấp vô trùng ở điều kiện 1 atm, 121°C, 15 phút.

- Sau khi làm nguội, bổ sung 1 ml dịch huyền phù E. coli vào dung dịch mẫu

đã hấp khử trùng (tổng thể tích cuối cùng của hỗn hợp là 10 ml).

- Lắc hỗn hợp ở tốc độ 150 vòng/phút, trong thời gian 60 phút.

- Mật độ tế bào E. coli/S. aureus trong hỗn hợp sau khi lắc được xác định theo

phương pháp ISO 16649 - 2: 2001.

-Thí nghiệm được tiến hành tương tự với mẫu đối chứng là dung dịch axit

axetic 0,5 %.

53

-Xác định hiệu quả diệt khuẩn của dung dịch CTS và COS theo công thức

(2.8).

- Số liệu phân tích thống kê được xử lý trên phần mềm SPSS-19.

Thử nghiệm khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng của CTS

cắt mạch trên gà

Thí nghiệm khảo sát khả năng kháng bệnh của các sản phẩm CTS cắt

mạch trên gà được chúng tôi tiến hành tại trại gà của anh Huỳnh Văn Tuấn,

Phường An Đông, Tp. Huế. Quy mô trang trại khoảng 2000 con. Thí nghiệm

áp dụng trên giống gà Lương Phượng được mua từ Công ty gà giống Lương

Mỹ - Quảng Nam. Gà được nuôi trong điều kiện bình thường. Đối các với lô

thí nghiệm thức ăn của gà được bổ sung thêm CTS cắt mạch. Trong thí

nghiệm này, chúng tôi chỉ khảo sát ảnh hưởng của KLPT và nồng độ CTS lên

khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng đối với gà.

Khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng theo KLPT của CTS

Khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng trên gà của CTS cắt mạch

có Mw khác nhau 5, 10 và 15 kDa kí hiệu tương ứng là COSM5, COSM10 và

CTSM15 được khảo sát bằng cách bổ sung vào thức ăn của gà với nồng độ

300 ppm trong quá trình nuôi để tìm KLPT phù hợp thông qua bố trí 4 lô thí

nghiệm như sau:

+ 03 lô có bổ sung COSM5, COSM10 và CTSM15: 50×3 = 150 con

+ 01 lô nuôi gà đối chứng: 50 con

Từ việc theo dõi tỷ lệ sống, tỷ lệ nhiễm bệnh, hình thái phân, hình thái

lông, hình thái chân, hình thái mào, độ linh hoạt, lượng thức ăn và tỉ lệ tăng

trưởng giữa các lô sử dụng COSM5, COSM10 và CTSM15 và lô đối chứng,

chúng tôi đưa ra kết luận và lựa chọn loại CTS cắt mạch phù hợp cho nghiên

cứu tiếp theo.

54

Khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng theo nồng độ của CTS

Khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng của CTS có Mw ~ 15 kDa

(CTSM15) trên gà được khảo sát ở 3 nồng độ là 100 ppm, 200 ppm và 400

ppm. CTSM15 được bổ sung vào quá trình nuôi để tìm nồng độ tối ưu thông

qua bố trí 4 lô thí nghiệm như sau:

+ 03 lô có bổ sung COS ở nồng độ khác nhau: 50×3 = 150 con

+ 01 lô nuôi gà đối chứng: 50 con

Từ việc theo dõi tỷ lệ sống, tỷ lệ nhiễm bệnh, hình thái phân, hình thái

lông, hình thái chân, hình thái mào, độ linh hoạt, lượng thức ăn và tỉ lệ tăng

trưởng giữa các lô sử dụng CTSM15 và lô đối chứng, chúng tôi đưa ra kết

luận về giá trị tối ưu của nồng độ CTSM15.

55

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. CHẾ TẠO CHITOSAN NGUỒN TỪ CHITIN

CTS nguồn chế tạo theo quy trình ở mục 2.3.3 được ghi phổ FT- IR trong

khoảng số sóng từ 400 đến 4000 cm-1

. Dựa trên phổ FT - IR (Phụ lục 1),

ĐĐA của CTS được tính theo phương trình (2.3) cho kết quả ở bảng 3.1

(với N = 3, α = 0,05). Mối quan hệ giữa ĐĐA và thời gian đề axetyl được

trình bày trên hình 3.1. Kết quả cho thấy CTS có ĐĐA khá cao, khoảng 83%,

dễ dàng thu được sau ba giờ phản ứng trong điều kiện 90°C, NaOH 50%,

CTS: NaOH 50% = 1:10 (w/v).

Bảng 3.1. Sự thay đổi ĐĐA của CTS theo thời gian phản ứng

t, phút 30 60 90 120 180 240

ĐĐA,% 63,9 ± 0,6 69,9 ± 0,7 72,8 ± 0,9 78,7 ± 0,8 83,0 ± 1,0 84,7 ± 0,5

ĐĐAChitin = 8,9 ± 0,3%

Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian đề axetyl đến ĐĐA của CTS

Quá trình đề axetyl luôn đi kèm với sự cắt mạch CTS [89]. Ở nhiệt độ

không đổi, ĐĐA và KLPT CTS phụ thuộc vào thời gian đề axetyl hóa.

56

Hình 3.1 cho thấy tốc độ đề axetyl xảy ra khá nhanh ở khoảng 30 phút đầu

của phản ứng. Sau 2 giờ, tốc độ đề axetyl xảy ra chậm. Sau 3 giờ, ĐĐA của

CTS thay đổi hầu như không đáng kể. Nguyên nhân là do nồng độ NaOH

giảm sau giai đoạn đầu của quá trình đề axetyl hóa. Một nguyên nhân khác là

giai đoạn đầu quá trình đề axetyl xảy ra đối với các nhóm axetyl trên bề mặt

của chitin ở dạng vảy, tiếp xúc trực tiếp với NaOH nên tốc độ đề axetyl xảy ra

khá nhanh. Sau đó, phản ứng đề axetyl xảy ra đối với các nhóm axetyl bên

trong vảy chitin rất khó tiếp xúc, đòi hỏi thời gian khuếch tán lâu hơn của

NaOH vào lớp bên trong. Vì vậy, tốc độ phản ứng đề axetyl hóa xảy ra rất

chậm. Ngoài ra, do chitin có mạch polyme dài, đan xen, cuộn xoắn che lấp

các nhóm chức nên rất khó loại bỏ hoàn toàn nhóm axetyl chỉ sau một lần đề

axetyl hóa. Tác giả Lê Thị Hải Yến và cộng sự (2003) [13] đã nghiên cứu

động học của quá trình đề axetyl chitin. Kết quả cho thấy ở nồng độ NaOH

60%, với CTS đã qua xử lý kỹ thuật, phải mất 48 giờ phản ứng ở nhiệt độ

phòng mới thu được CTS có ĐĐA ~ 83%. Nếu sử dụng NaOH 40% cho phản

ứng đề axetyl hóa thì phải lặp lại quá trình xử lý kỹ thuật nhiều lần và kéo dài

thời gian phản ứng lên đến 144 giờ mới thu được CTS có ĐĐA ~ 97%.

Trong nghiên cứu của chúng tôi, để rút ngắn thời gian phản ứng chúng tôi sử

dụng NaOH 50% đun nóng ở 90°C sau khoảng 3 giờ phản ứng đã thu được

CTS có ĐĐA ~ 83%.

Để thu được CTS có ĐĐA ≥ 90% cho nghiên cứu, qua tham khảo các tài

liệu [13], [89] và tiến hành các phản ứng thử nghiệm chúng tôi thu được hai

quy trình sau đây để gia tăng ĐĐA:

3.1.1. Cách 1

Sau 180 phút phản ứng ở 90°C như trên (lần 1), ngừng đun và để hỗn hợp

phản ứng nguội dần đến 12 giờ (ngâm qua đêm), CTS thu được có ĐĐA ~

95%.

57

3.1.2. Cách 2

Thực hiện phản ứng đề axetyl hóa lần 2 với CTS có ĐĐA ~ 83% ở điều

kiện phản ứng như lần 1, thời gian phản ứng là 30 phút. CTS thu được có

ĐĐA ~ 96%.

Trong luận án này CTS có ĐĐA ~ 79%, 84%, và 95,5% (hình 3.2) được

chúng tôi tiến hành chế tạo theo cách 1 nhằm tiết kiệm thời gian và hóa chất.

Hình 3.2. CTS có ĐĐA ~ 79% (a); 84% (b); 95,5% (c) chế tạo từ chitin

3.2. CẮT MẠCH CHITOSAN NGUỒN BẰNG HYDRO PEROXIT

Để nghiên cứu hiệu ứng đồng vận với mục tiêu chế tạo được COS, chúng

tôi tiến hành cắt mạch CTS nguồn bằng H2O2 nhằm giảm độ nhớt của CTS để

gia tăng nồng độ CTS trong dung dịch chiếu xạ. Theo Qin và cộng sự (2002)

[76], H2O2 là tác nhân cắt mạch CTS hiệu quả và ít làm thay đổi cấu trúc sản

phẩm nếu tiến hành ở nồng độ thấp và cắt mạch không quá sâu

(Mw > 50 kDa). Trong thí nghiệm này chúng tôi cắt mạch ở nhiệt độ phòng,

pH = 9, CTS/H2O2 2% = 1/10 (w/v), thời gian phản ứng lần lượt là 22, 35 và

40 giờ tương ứng với các loại CTS có ĐĐA là 95,5%; 84% và 79%. Thời gian

được lựa chọn sao cho KLPT của CTS cắt mạch thu được có giá trị gần bằng

nhau [7]. Kết quả thu được cho ở bảng 3.2.

Bảng 3.2 cho thấy CTS bị cắt mạch chậm theo thời gian kèm theo quá

trình giảm ĐĐA. Thời gian cắt mạch càng dài độ giảm ĐĐA càng tăng. Độ

giảm ĐĐA lần lượt là 4,2%; 4,4% và 8,8% tương ứng với thời gian cắt mạch

58

là 22, 35 và 40 giờ. Sau 22, 35 và 40 giờ cắt mạch, độ giảm KLPT tương ứng

chỉ là 65%, 69% và 73%. Nguyên nhân cắt mạch chậm được chúng tôi giải

thích là do ở pH ≥ 9 gốc hydroxyl có thể phân ly: • -OH H + O

đã làm

giảm tốc độ cắt mạch CTS.

Bảng 3.2. Sự thay đổi KLPT, ĐĐA và PI của CTS nguồn cắt mạch bằng

hydro peroxit

CTS ban đầu Thời gian CTS cắt mạch

ĐĐA, % Mw, kDa PI (giờ) ĐĐA, % Mw, kDa PI

79,0 183 4,35 40 72,0 48,7 4,21

84,0 163 3,77 35 80,3 50,0 3,72

95,5 138 3,62 22 91,0 49,0 3,64

Trong thí nghiệm này CTS nguồn được cắt mạch chậm nhằm hạn chế sự

thay đổi cấu trúc và giảm ĐĐA. Nghiên cứu của Qin và cộng sự (2002) [76]

cho thấy nếu cắt mạch sâu hơn bằng H2O2 sẽ làm thay đổi đáng kể cấu trúc

CTS với sự xuất hiện của nhóm cacboxyl và ĐĐA giảm khá mạnh. Vì vậy,

CTS nguồn với KLPT thấp sẽ được nghiên cứu cắt mạch sâu hơn bằng hiệu

ứng đồng vận của tia γCo60

và H2O2 ở nồng độ thấp.

Hình 3.3. CTS nguồn ĐĐA ~ 72% (a); 80,3% (b) và 91,0 % (c)

CTS nguồn sau khi chế tạo được nghiền mịn (hình 3.3) để đo các thông

số ban đầu, phần còn lại được bảo quản trong túi PE đặt trong bình hút ẩm để

thực hiện các thí nghiệm tiếp theo.

59

3.3. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BẰNG

CHIẾU XẠ DUNG DỊCH


axetyl ~ 91%

Hình 3.4. Sơ đồ chế tạo COS bằng chiếu xạ dung dịch

Hiệu ứng đồng vận của bức xạ γCo60

và hydro peroxit cắt mạch CTS có

ĐĐA ~ 91% (Mw0 = 49 kDa; PI = 3,64) được nghiên cứu bằng chiếu xạ cùng

lúc dung dịch 5% CTS và dung dịch có thành phần là 5% CTS + 0,5% H2O2

với liều chiếu xạ đến khoảng 25 kGy, suất liều 1,33 kGy/h. Sơ đồ tóm tắt quy

trình trên hình 3.4. Ngoài ra, một dung dịch CTS ĐĐA ~ 91% (CTS-91) cũng

với thành phần là 5% CTS + 0,5% H2O2 được cho phản ứng theo thời gian

đồng thời với quá trình chiếu xạ. Trong thí nghiệm này chúng tôi đã gia tăng

nồng độ CTS trong dung dịch chiếu xạ lên 5% so với nồng độ 3% CTS trong

nghiên cứu của Duy và cộng sự (2011) [32], đồng thời chọn nồng độ H2O2

0,5% nhằm hạn chế sự thay đổi cấu trúc và suy giảm ĐĐA của sản phẩm [32],

[76]. Các mẫu CTS sau quá trình cắt mạch được xử lý theo quy trình xử lý

mẫu (mục 2.3.3), sau đó xác định KLPT bằng GPC và ĐĐA bằng FT-IR

(sắc kí đồ GPC và phổ FT-IR ở phần phụ lục 2). Từ sắc kí đồ xác định được

thời gian lưu và tính được KLPT Mw dựa vào đường chuẩn như đã trình bày ở

mục 2.3.1. Số liệu thu được thể hiện trên bảng 3.3. Kết quả cho thấy CTS-91

cắt mạch bằng H2O2 0,5% có KLPT giảm xuống còn khoảng 23 kDa sau

18 giờ phản ứng. Khi cắt mạch bằng tia γCo60

(1,33 kGy/h) KLPT thu được là

60

19,4 kDa tương ứng với liều xạ 23,9 kGy. Nếu kết hợp đồng vận tia γCo60

và

H2O2 0,5% thì KLPT thu được sau 18 giờ cắt mạch tương ứng với liều xạ

23,9 kGy là 4,3 kDa. Sự suy giảm KLPT của CTS theo liều chiếu xạ tương

ứng với thời gian cắt mạch được thể hiện trên hình 3.5.

Bảng 3.3. Kết quả cắt mạch dung dịch 5% CTS-91 chế tạo COS

Liều xạ t A (H2O2 0,5%)* B (tia γCo60

) ** C (A & B) **

(kGy) ( giờ) Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI

2,2 1,7 45,2 3,71 41,9 3,40 22,5 3,03

7,6 5,7 36,7 3,56 32,7 3,39 9,9 2,15

15,1 11,4 32,3 3,47 25,5 2,94 5,8 1,32

19,8 14,9 24,9 3,34 19,9 2,83 4,7 1,25

23,9 18,0 23,2 2,99 19,4 2,69 4,3 1,22

Mw0 = 49 kDa , PI0 =3,64; * Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ (thời

gian, giờ = kGy/1,33)

Hình 3.5 cho thấy tốc độ cắt mạch bức xạ của tia γCo60

(suất liều

1,33 kGy/h) đối với CTS-91 là nhanh hơn so với H2O2 0,5%. Điều này phù

hợp với kết quả của Duy và cộng sự (2011) [32] khi nghiên cứu cắt mạch

CTS có ĐĐA ~ 84%. Theo đó, tốc độ cắt mạch CTS của tia γCo60

(1,14 kGy/h) cũng nhanh hơn so với H2O2 0,5%. Ngoài ra, tốc độ cắt mạch

thu được bằng H2O2 0,5% trong nghiên cứu của chúng tôi lớn hơn trong

nghiên cứu của Duy và cộng sự. Độ suy giảm KLPT (ĐSGKLPT) của

CTS-91 trong dung dịch 5% sau 18 giờ phản ứng khoảng 52,4%, giá trị này

trong nghiên cứu của Duy và cộng sự là khoảng 10%. Điều này có thể là do

KLPT của CTS-91 (Mw0 = 49 kDa) trong nghiên cứu của chúng tôi thấp hơn

so với KLPT ban đầu (Mw0 = 110 kDa) trong nghiên cứu của Duy và cộng sự.

KLPT thấp của CTS tương ứng với mạch polyme ngắn, độ xoắn của phân tử

61

polyme ít hơn vì thế gốc •OH dễ dàng tương tác lên mạch phân tử polysaccarit

làm cho tốc độ cắt mạch xảy ra nhanh hơn.

Hình 3.5 cũng cho thấy khi cắt mạch đồng vận bằng tia γCo60

và H2O2 ở

liều xạ lớn hơn 7 kGy (~ 5 giờ phản ứng), KLPT CTS-91 suy giảm hầu như

không đáng kể. Nguyên nhân theo chúng tôi có thể là do dưới tác dụng của tia

γCo60

, H2O2 đã bị phân li bức xạ rất nhanh ngay ở liều thấp nên khi tăng liều

xạ nồng độ H2O2 còn lại giảm dần vì vậy tốc độ cắt mạch xảy ra hầu như

không đáng kể. Trong khi đó, cắt mạch bằng H2O2 0,5% không sử dụng tia

γCo60

, KLPT CTS-91 suy giảm không đáng kể sau khoảng 15 giờ phản ứng.

Điều này chứng tỏ tia γCo60

là tác nhân gây phân hủy H2O2 nhanh ở liều xạ

thấp, ngay ở thời gian đầu chiếu xạ.

Hình 3.5. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-91 trong dung dịch 5% theo liều xạ

và thời gian phản ứng (thời gian, giờ = kGy/1,33)

Hình 3.5 cho thấy đối với quá trình chiếu xạ dung dịch 5% CTS-91

không sử dụng H2O2 0,5% và quá trình cắt mạch trong dung dịch 5% CTS-91

bằng H2O2 0,5% mà không chiếu xạ chỉ thu được CTS KLPT thấp, khoảng

20 - 25 kDa (bảng 3.3). Đối với trường hợp cắt mạch bằng H2O2 0,5%, theo

62

chúng tôi, nguyên nhân có thể là do sau khoảng 18 giờ phản ứng nồng độ

H2O2 còn lại rất thấp nên tốc độ cắt mạch xảy ra không đáng kể. Đối với quá

trình cắt mạch CTS-91 bằng bức xạ γCo60

, độ suy giảm KLPT cũng không

đáng kể ở liều xạ > 20 kGy. Xu hướng này đã được Tahtat và cộng sự (2012)

[89] đề cập khi cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS. Theo đó KLPT của

CTS giảm mạnh ở giai đoạn đầu của quá trình chiếu xạ, sau đó mức độ cắt

mạch giảm dần khi tăng liều xạ. Cơ chế của vấn đề này hiện vẫn chưa được

làm rõ. Tuy nhiên, theo quan điểm của chúng tôi vấn đề này có thể là do CTS

sau khi chiếu xạ có KLPT thấp tương ứng với cấu trúc nhỏ gọn, nếu tiếp tục

chiếu xạ sẽ tạo thành các gốc R• nhỏ gọn tương đối linh động hơn so với gốc

R• của CTS có KLPT cao vì vậy khả năng tái kết hợp giữa chúng cũng lớn

hơn. Do đó, KLPT polyme khi cắt mạch ở liều cao gần như không thay đổi.

Cũng có giả thiết cho rằng [68], [76], tốc độ cắt mạch CTS ban đầu xảy ra

nhanh trong vùng vô định hình và sau đó giảm mạnh ở theo thời gian khi phản

ứng cắt mạch xảy ra trong vùng tinh thể.

Bảng 3.4. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-91 trong dung dịch 5% bằng tia

γCo60

và H2O2 0,5%

Mẫu CTS

ĐSGKLPT, % = (Mw0 - Mw)×100/ Mw0

2,2 kGy

(1,7 giờ)

7,6 kGy

(5,7 giờ)

15,1 kGy

(11,4 giờ)

19,8 kGy

(14,9 giờ)

A (H2O2 0,5%)* 7,8 25,1 34,1 49,2

B (tia γCo60

) ** 14,5 33,3 48,0 59,4

C (A & B) ** 54,1 79,8 88,2 90,4

Hiệu ứng đồng vận D (%)

D = [C-(A+B)] 31,8 21,4 6,1 -

* Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ (thời gian, giờ = kGy/1,33)

63

Hiệu ứng đồng vận được định nghĩa là sự tương tác đồng thời của hai tác

nhân phản ứng lớn hơn tổng tương tác của các thành phần riêng rẽ [32].

Hình 3.5 cho thấy phương pháp kết hợp đồng thời tia γCo60

và H2O2 cho hiệu

quả cắt mạch tốt hơn so với khi sử dụng riêng rẽ từng tác nhân cắt mạch. Kết

quả tính toán cụ thể cho hiệu ứng đồng vận được ghi ra ở bảng 3.4. Cơ chế cắt

mạch CTS hiệu quả bằng kết hợp đồng vận (tia γCo60

và H2O2) có thể được giải

thích là do có sự phân li bức xạ của nước và H2O2 dưới tác dụng của tia γCo60

hình thành gốc tự do hydroxyl (•OH)

có tính oxy hóa mạnh làm tăng hiệu quả

cắt mạch CTS. Cơ chế phân li bức xạ của H2O2 và nước tạo ra electron solvat

(e-aq) và gốc hydroxyl

•OH được Ulanski và cộng sự (2000) đề xuất [100]:

γ ray - • • +

2 aq 2 2 2 3

γ ray •

2 2

H O e , H , OH, H O , H , H O (3.1)

H O 2 OH (3.2)

Trong quá trình chiếu xạ e-aq và H

• có thể phản ứng với H2O2 để tiếp tục

tạo ra gốc hydroxyl •OH:

- • -

aq 2 2

• •

2 2 2

e + H O OH + OH (3.3)

H + H O OH + H O (3.4)

Cũng theo Ulanski và cộng sự [100], gốc •OH bắt hydro, làm đứt liên kết

C – H hình thành gốc cacbohydrat R• dẫn đến liên kết glycosit bị cắt, tạo thành

phân tử CTS có KLPT thấp hơn. Bảng 3.4. cho thấy hiệu ứng đồng vận giảm

dần theo thời gian chiếu xạ. Điều này có thể là do theo thời gian phản ứng

nồng độ H2O2 giảm nên hiệu ứng đồng vận cũng giảm dần theo liều xạ.

Bảng 3.5. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-91 5% trong trường hợp

có và không có H2O2 0,5%

Liều xạ (kGy) 2,2 7,6 15,1 19,8 23,9

Gs γCo60

(μmol/J) 0,15 0,13 0,12 0,15 0,13

Gs γCo60

+ 0,5% H2O2 (μmol/J) 1,09 1,06 1,01 0,97 0,89

64

Hiệu suất cắt mạch bức xạ (HSCMBX) CTS-91 trong dung dịch bằng tia

γCo60

và tia γCo60

kết hợp đồng thời với H2O2 0,5% tính theo công thức (2.4)

thu được kết quả trên bảng 3.5. Xử lý thống kê với α = 0,05, giá trị trung bình

của HSCMBX thu được khi chiếu xạ γCo60

dung dịch CTS-91 là:

Gs = 0,14 ± 0,02 μmol/J. Dựa vào công thức tính HSCMBX:

(1/Mw – 1/Mw0) = Gs×D×d×1000/2C (2.4) ta nhận thấy sự phụ thuộc của

(1/Mw – 1/Mw0) theo liều xạ D là đường thẳng đi qua gốc tọa độ, đồ thị của

đường thẳng này được mô tả trên hình 3.6. Giá trị Gs trong trường hợp này là

hằng số không phụ thuộc vào liều xạ. Từ hệ số góc của đường thẳng trên

hình 3.6, giá trị của HSCMBX tính được bằng phương pháp đồ thị là:

Gs = 0,136 μmol/J. Kết quả này phù hợp với phương pháp xác định Gs theo

giá trị trung bình dựa vào bảng 3.5.

Hình 3.6. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-91 trong dung dịch 5%

theo liều xạ

Bảng 3.5 cho thấy khi có mặt H2O2 0,5% HSCMBX tia γCo60

được gia

tăng đáng kể. Giá trị Gs > 0,8 μmol/J và giảm dần theo liều xạ. Ở liều xạ 2,2

kGy, Gs thu được khi có mặt H2O2 0,5% cao hơn so với khi không có mặt

65

H2O2 0,5% là 1,09/0,136 ≈ 8 lần. Giá trị này thu được ở liều xạ 23,9 kGy là

0,89/0,136 ≈ 6,5 lần. Như vậy, trong khoảng liều xạ thấp (< 25 kGy), sự có

mặt của H2O2 0,5% đã giảm năng lượng chiếu xạ cần thiết ít nhất là 6 lần.

Mức độ gia tăng HSCMBX của H2O2 giảm dần theo liều xạ do nồng độ H2O2

giảm dần theo thời gian phản ứng. Lu và cộng sự (2004) [62] khi nghiên cứu

cắt mạch CTS bằng bức xạ cũng cho rằng H2O2 đóng vai trò như là chất nhạy

hóa hiệu quả (effective sensitizer) cho sự giảm cấp bức xạ CTS.

Đối với quá trình cắt mạch CTS bằng chiếu xạ không sử dụng H2O2, hằng

số tốc độ của phản ứng (k) tuân theo quy luật động học bậc nhất và được tính

dựa vào phương trình (2.5):

w w0 0

1 1 k- = D (2.5)

M M m

Phương trình (2.5) cho thấy sự phụ thuộc của (1/Mw – 1/Mw0) theo liều xạ

D cũng là đường thẳng đi qua gốc tọa độ và đồ thị của đường thẳng này được

đã được mô tả như trên hình 3.6. Từ phương trình (2.6) giá trị KLPT của một

đơn vị monome tính được đối với CTS-91 là m0 = 165,2 Da. Thay giá trị này

vào phương trình (2.5) và dựa vào hệ số góc của phương trình đường thẳng

trên hình 3.6, giá trị hằng số tốc độ phản ứng (HSTĐPƯ) tính được đối với

quá trình cắt mạch CTS-91 trong dung dịch bằng bức xạ γCo60

là:

k91d = 22,5×10-5

kGy-1

hay k91d = 30×10-5

giờ-1

(suất liều 1,33 kGy/h). Giá trị

này thấp hơn so với công bố của Tahtat và cộng sự (2012) [89], theo đó

HSTĐPƯ cắt mạch CTS có ĐĐA ~ 90% vào khoảng k = 68×10-5

kGy-1

.

Nguyên nhân có thể là do CTS-91 trong nghiên cứu của chúng tôi có KLPT

nhỏ hơn so với trong nghiên cứu Tahtat và cộng sự.

Hình 3.7. cho thấy khi cắt mạch CTS-91 trong dung dịch, độ đa phân tán,

PI, có xu hướng giảm dần theo liều xạ hay thời gian phản ứng. Giá trị PI thu

66

được khi cắt mạch CTS-91 bằng tia γCo60

thấp hơn so với cắt mạch bằng

H2O2 0,5%. Khi cắt mạch bằng hiệu ứng đồng vận tia γCo60

và H2O2, giá trị PI

giảm rõ rệt, COS thu được có độ phân tán đồng nhất hơn, PI ~ 1,3. Xu hướng

giảm PI của CTS cắt mạch dưới tác dụng của tia γCo60

và H2O2 cũng được

Duy và cộng sự (2011) [32] xác nhận khi chiếu xạ dung dịch 3% CTS

(PI0 = 2,26); 0,5% H2O2. Theo đó COS, Mw ~ 5,4 kDa, thu được ở liều xạ

20 kGy có PI = 1,42. Kết quả này gần với kết quả của chúng tôi thu được

trong luận án.

Hình 3.7. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch

CTS-91 5% theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)

Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) được áp dụng rộng rãi để đặc trưng

cấu trúc và xác định ĐĐA của CTS [17], [52], [62]. Hình 3.8 mô tả phổ

FT-IR của CTS-91 và sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch

CTS-91 5%, H2O2 0,5% ở những liều xạ khác nhau. Các pic xuất hiện ở 2350,

1650, 1375 và 1020 cm-1

đặc trưng tương ứng cho các nhóm cacbonyl hoặc

cacboxyl, metyl và C – O – C [45], [95]. Kết quả cho thấy FT-IR của CTS

KLPT thấp (hình 3.8 b) và COS (hình 3.8 c, d, e) xuất hiện hầu hết các pic

đặc trưng của CTS ban đầu (hình 3.8 a). Điều này chứng tỏ sản phẩm cắt

67

mạch thu được có những nhóm chức tương ứng với cấu tạo của CTS ban đầu

hầu như không thay đổi. Cường độ pic 1650 cm-1

tăng theo liều xạ thể hiện sự

hình thành nhóm cacbonyl hoặc cacboxyl sau khi giảm cấp. Sự tăng cường độ

của pic 1375 cm-1

thường đặc trưng cho sự hình thành của nhóm metyl sau

phản ứng mở vòng [45]. Hình 3.8 cho thấy chiều cao của các pic 1375 cm-1

của CTS cắt mạch gần như không thay đổi theo liều xạ chứng tỏ hầu như

không có phản ứng mở vòng khi cắt mạch CTS-91 bằng hiệu ứng đồng vận

tia γCo60

và H2O2 0,5%.

Hình 3.8. Phổ FT-IR của CTS-91 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ

dung dịch CTS-91 5%, H2O2 0,5% ở liều xạ 2,2 kGy (b); 7,6 kGy (c);

15,1 kGy (d) và 19,8 kGy (e)

68

Sự khác nhau về cường độ của các pic ở 1320 và 1420 cm-1

đặc trưng

tương ứng cho các nhóm N – acetylglucosamine và nhóm so sánh – CH2 cho

thấy sự thay đổi ĐĐA của sản phẩm cắt mạch [55]. ĐĐA tính theo phương

trình (2.3) cho kết quả ở bảng 3.6.

Bảng 3.6. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-91 5%,

H2O2 0,5% theo liều xạ

Liều xạ, kGy 2,2 7,6 15,1 19,8

ĐĐA, % 90,2 ± 0,1 88,4 ± 0,3 85,6 ± 0,1 83,2 ± 0,2

Bảng 3.6 và bảng 3.3 cho thấy COS có Mw = 10 kDa thu được ở liều xạ

khoảng 7,6 kDa có ĐĐA thay đổi không đáng kể (khoảng 2%) so với CTS-91

ban đầu. COS có Mw = 5,8 kDa và Mw = 4,7 kDa thu được ở các liều xạ tương

ứng 15,1 và 19,8 kGy có ĐĐA giảm lần lượt là 5,9 và 8,6% so với CTS-91

ban đầu. Cơ chế của sự đề amin hóa làm giảm ĐĐA đến nay vẫn chưa được

làm rõ. Tuy nhiên, theo Duy và cộng sự (2011) thì cắt mạch CTS sử dụng

H2O2 nồng độ thấp và liều xạ < 30 kGy có thể hạn chế sự mất nhóm amin

[32].

Quá trình nghiên cứu cắt mạch CTS-91 cho thấy COS với Mw < 10 kDa

có thể chế tạo hiệu quả bằng hiệu ứng đồng vận (tia γCo60

và H2O2 0,5%) ở

liều thấp sau khoảng 7 kGy chiếu xạ. COS thu được có độ phân tán PI ≈ 1,3;

có cấu tạo hầu như không khác biệt so với CTS ban đầu. ĐĐA của COS thu

được ở 7 kGy giảm không đáng kể. HSCMBX được gia tăng đáng kể (ít nhất

6,5 lần) khi có mặt H2O2 0,5% trong dung dịch chiếu xạ.

69


axetyl ~ 80,3%

Hiệu ứng đồng vận chế tạo COS từ CTS ban đầu có ĐĐA ~ 80,3%

(CTS-80) trong dung dịch được khảo sát tương tự như CTS-91. CTS-80 sau

khi cắt mạch được xử lý mẫu theo quy trình như ở mục 2.3.3 và đo GPC để

xác định KLPT. Số liệu thu được ghi ở bảng 3.7. Kết quả cho thấy khi cắt

mạch bằng H2O2 0,5% không sử dụng bức xạ, KLPT của CTS-80 cắt mạch

suy giảm còn 34,5 kDa sau 16 giờ phản ứng. Tương ứng với thời gian này nếu

chiếu tia γCo60

(1,33 kGy/h) vào dung dịch CTS không có H2O2, KLPT của

CTS-80 cắt mạch thu được là 30,5 kDa. Khi kết hợp đồng thời cả tia γCo60

và

H2O2 0,5%, KLPT thu được là 6,0 kDa sau 21,6 kGy (16 giờ) chiếu xạ. Như

vậy, COS có thể chế tạo từ CTS-80 bằng hiệu ứng đồng vận tia γCo60

và H2O2

0,5% ở khoảng liều xạ > 6 kGy.

Bảng 3.7. Kết quả cắt mạch dung dịch CTS-80 nồng độ 5% chế tạo COS


) ** C (A & B) **


2,6 2,0 47,6 3,68 45,6 3,41 23,3 3,63

5,8 4,4 42,5 3,69 40,0 3,42 14,1 2,45

10,7 8,0 39,0 3,67 34,9 2,91 8,8 1,72

15,3 11,5 36,5 3,38 32,6 2,93 7,7 1,55

21,2 16,0 34,5 3,19 30,5 2,87 6,0 1,52

Mw0 = 50 kDa, PI0 =3,72; * Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ (thời

gian, giờ = kGy/1,33)

Độ suy giảm KLPT của CTS-80 theo liều xạ và thời gian phản ứng với

H2O2 được mô tả trên hình 3.9. Kết quả cho thấy tia γCo60

(1,33 kGy/h) cắt

mạch hiệu quả hơn so với H2O2 0,5% trong cùng thời gian cắt mạch. Sự kết

hợp đồng thời giữa tia γCo60

và H2O2 để cắt mạch CTS là rất hiệu quả ở liều

70

xạ thấp hơn 10 kGy. Hình 3.9 cho thấy khi không có H2O2 tia γCo60

cắt mạch

ở liều xạ D2 = 10,7 kGy cho KLPT bằng với KLPT thu được khi cắt mạch có

sử dụng H2O2 ở liều xạ D1 = 2,1 kGy. Như vậy, sự có mặt của H2O2 0,5%

cùng với tia γCo60

đã gây ra hiệu ứng đồng vận, làm giảm liều xạ cắt mạch

xuống khoảng 5 lần (D2/D1). Khi tăng liều xạ, hiệu quả cắt mạch kết hợp giảm

đi. Nguyên nhân là do hiệu ứng đồng vận giữa tia γCo60

và H2O2 giảm vì nồng

độ H2O2 giảm dần theo thời gian phản ứng.

Hình 3.9. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-80 cắt mạch trong dung dịch 5% theo

liều xạ và thời gian phản ứng (thời gian, giờ = kGy/1,33)

Cơ chế của hiệu ứng đồng vận (tia γCo60

và H2O2) cắt mạch CTS tương tự

như đã trình bày ở mục 3.3.1. Theo cơ chế này, sự hình thành gốc tự do •OH

từ quá trình phân ly bức xạ nước và H2O2 kèm theo sự hình thành -

aqe và •H .

Đây là hai tác nhân làm phân hủy nhanh H2O2. Hằng số tốc độ của phản ứng

(3.3) và (3.4) lần lượt là k33= 1,1×1010

l.mol-1

.s-1

và k34= 9×107 l.mol

-1.s

-1 [19].

H2O2 phân hủy nhanh nên vai trò của nó trong tác dụng đồng vận giảm dần

theo liều xạ. Điều này giải thích tại sao khi tăng liều xạ hiệu ứng đồng vận

giảm từ 39,8% ở 2,6 kGy xuống còn 18,0% ở 21,2 kGy (bảng 3.8). Hiệu ứng

đồng vận giảm khi tăng thời gian chiếu xạ cũng được Duy và cộng sự (2011)

71

[32] đề cập khi nghiên cứu cắt mạch CTS với ĐĐA ~ 84%. Theo nhóm tác

giả này, hiệu ứng đồng vận đạt 42,2% ở 3,5 kGy giảm xuống 9,4% ở 12 kGy,

và COS thu được ở liều xạ < 10 kGy với dung dịch chiếu xạ ban đầu là CTS

3%, thấp hơn so với nồng độ CTS trong nghiên cứu của chúng tôi (5%).

Bảng 3.8. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-80 trong dung dịch 5% bằng tia

γCo60

và H2O2 0,5%

Mẫu CTS

ĐSGKLPT, % = (Mw0 - Mw) ×100/ Mw0

2,6 kGy

(2,0 giờ)

5,8 kGy

(4,4 giờ)

10,7 kGy

(8,0 giờ)

15,3 kGy

(11,5 giờ)

21,2 kGy

(16,0 giờ)

A (H2O2 0,5%)* 4,8 15,0 22,0 27,0 31,0

B (tia γCo60

) ** 8,8 20,0 30,2 34,8 39,0

C (A & B) ** 53,4 71,8 82,4 84,6 88,0


D = [C-(A+B)] 39,8 36,8 30,2 22,8 18,0


Khi không có H2O2, giá trị trung bình HSCMBX tính được từ bảng 3.9 là

Gs ≈ 0,07 ± 0,01 μmol/J (α = 0,05). Từ hệ số góc phương trình biểu diễn sự

phụ thuộc của (1/Mw – 1/Mw0) theo liều xạ D (2.4), đồ thị trên hình 3.10, giá

trị của Gs tính được là 0,067 μmol/J. Như vậy, giá trị Gs thu được bằng

phương pháp đồ thị khá phù hợp với giá trị tính theo phương pháp trung bình

số học. HSCMBX CTS-80 thu được thấp hơn không đáng kể so với công bố

của Duy và cộng sự (2011) khi chiếu xạ dung dịch CTS có ĐĐA ~ 84% (Gs

= 0,079 μmol/J) [32]. Nguyên nhân của sự chênh lệch này có thể là do sự

khác nhau về ĐĐA và KLPT của CTS ban đầu. CTS có ĐĐA cao thường dễ

bị cắt mạch bức xạ hơn so với CTS có ĐĐA thấp [89], [91]. Bảng 3.9 cũng

cho thấy khi cắt mạch CTS-80 trong dung dịch chứa H2O2 0,5%, giá trị Gs gia

72

tăng khoảng 10 lần so với khi không sử dụng H2O2. Như vậy, chỉ cần dùng

H2O2 ở nồng độ 0,5% có thể tiết kiệm được khoảng 90% năng lượng bức xạ.

Bảng 3.9. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-80 5% trong trường hợp

có và không có H2O2 0,5%

Liều xạ (kGy) 2,6 5,8 10,7 15,3 21,2

Gs γCo60

(μmol/J) 0,074 0,086 0,081 0,070 0,060

Gs γCo60

+ 0,5 H2O2 (μmol/J) 0,881 0,878 0,875 0,718 0,692

Giá trị m0 tính từ phương trình (2.6) và HSTĐPƯ tính theo phương trình

(2.5) cho kết quả lần lượt là: m0 = 169,3 Da; k80d = 11,34×10-5

kGy-1

hay

15,12×10-5

giờ-1

. Như vậy, HSTĐPƯ cắt mạch bức xạ thu được nhỏ hơn so

với khi cắt mạch CTS-91 (k91d = 22,5×10-5

kGy-1

). Điều này chứng tỏ CTS có

ĐĐA càng cao tốc độ cắt mạch bức xạ càng lớn.

Hình 3.10. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-80 cắt mạch trong

dung dịch 5% theo liều xạ

Độ đa phân tán của sản phẩm cắt mạch CTS-80 có xu thế giảm theo liều

xạ và thời gian phản ứng (hình 3.11). Tương tự như khi cắt mạch CTS-91,

CTS-80 cắt mạch đồng thời bằng H2O2 và tia γCo60

có giá trị PI thấp hơn so

với khi cắt mạch riêng rẽ bằng H2O2 hay tia γCo60

. Hình 3.11 cũng cho thấy

73

cắt mạch bằng tia γCo60

cho phân bố KLPT của polyme tương đối đồng đều

hơn (PI thấp hơn) so với cắt mạch bằng H2O2. Ở giai đoạn đầu của quá trình

chiếu xạ dung dịch CTS-80 chứa H2O2, giá trị PI thu được cao hơn so với khi

chiếu xạ dung dịch không chứa H2O2 (hình 3.11). Nguyên nhân của vấn đề

này theo chúng tôi là do ở giai đoạn đầu của quá trình chiếu xạ (khoảng

2,5 kGy), nồng độ gốc •OH sinh ra do sự phân hủy H2O2 là rất lớn, gốc tự do

hydroxyl phản ứng với cacbohydrat ở tốc độ cao tạo thành gốc tự do R• (phản

ứng 3.5). Các gốc tự do này trải qua các phản ứng sâu hơn trước khi tái kết

hợp tạo thành sản phẩm [76].

•

2RH + OH R + H O (3.5)

Do phản ứng của gốc tự do ở tốc độ cao thường không có tính chọn lọc

[76] vì vậy khi chiếu xạ ở liều thấp dung dịch chứa H2O2 , tốc độ tạo thành

gốc R lớn, dẫn đến giá trị PI thu được cao hơn so với khi không sử dụng

H2O2. Ở những liều xạ cao hơn, khi nồng độ H2O2 giảm dần, nồng độ gốc tự

do •OH cũng giảm dần, tốc độ phản ứng giảm, sự tương tác của gốc tự do R

•

đồng đều hơn, và do đó giá trị PI thu được có xu thế thấp hơn.



74

Phổ FT-IR trên hình 3.12 cho thấy cấu trúc chính của CTS KLPT thấp

(hình 3.12 b, c) và COS (hình 3.12 d, e) không thay đổi so với CTS-80 ban

đầu (hình 3.12 a). Các pic ở 1254 cm-1

đặc trưng cho dao động biến dạng của

nhóm O-H, 1028 cm-1

đặc trưng cho dao động biến dạng của nhóm C–O–C

trong vòng glucopyranose, 1153 cm-1

và 895 cm-1

đặc trưng của liên kết

β(1→4) glycosit [95] đều xuất hiện trên FT-IR của CTS-80 ban đầu và CTS-

80 cắt mạch. Sự phá vỡ vòng glucopyranose dẫn đến sự hình thành nhóm

–OH được biểu hiện thông qua sự tăng cường độ hấp thụ của pic –OH

(3445 cm-1

, 1254 cm-1

), đồng thời giảm cường độ của pic C-O-C (1028 cm-1

)

[106]. Hình 3.12 cho thấy cường độ các pic này hầu như không thay đổi,

chứng tỏ vòng glucopyranose không bị phá vỡ trong quá trình cắt mạch

CTS-80. Kết quả xác định ĐĐA của CTS-80 cắt mạch dựa vào các pic ở

1320 cm-1

, 1420 cm-1

và tính theo phương trình (2.3) cho các giá trị ở bảng

3.10. Kết quả cho thấy ĐĐA của COS được chế tạo ở liều xạ 10 kGy giảm

khoảng 10% so với ĐĐA của CTS ban đầu.



10,7 kGy (d) và 21,2 kGy (e)

75



Mẫu CTS 0 kGy 2,6 kGy 5,8 kGy 10,7 kGy 21,2 kGy

ĐĐA,% 80,3 ± 0,02 77,5 ± 0,04 76,2 ± 0,03 71,7 ± 0,01 68,5 ± 0,02

Qua nghiên cứu cắt mạch CTS-80 trong dung dịch bằng hiệu ứng đồng

vận tia γCo60

và H2O2 chúng tôi nhận thấy: Sự kết hợp H2O2 ở nồng độ thấp

(0,5%) với chiếu xạ tia γCo60

đã làm giảm liều xạ khoảng 5 lần so với phương

pháp cắt mạch chỉ bằng chiếu xạ tia γCo60

. COS có KLPT Mw < 10 kDa có

thể chế tạo hiệu quả bằng phương pháp kết hợp tia γCo60

và H2O2 cắt mạch

CTS trong khoảng liều xạ thấp < 10 kGy. Các nhóm chức chính cấu tạo nên

sản phẩm cắt mạch CTS-80 phân tích bằng FT-IR cho kết quả hầu như không

thay đổi so với CTS-80 ban đầu. ĐĐA của COS thu được tại 10,7 kGy giảm

khoảng 10%. Hiệu ứng đồng vận (tia γCo60

và H2O2) giảm dần theo liều xạ.

Tại liều xạ 9 kGy hiệu ứng đồng vận đạt được là khoảng 33% tương ứng với

Mw và ĐĐA của COS thu được lần lượt là 10 kDa và 73% (tính nội suy dựa

vào bảng 3.7; 3.8 và 3.10). Liều xạ này (tương ứng với ĐĐA giảm khoảng

8%) nên được lựa chọn để chế tạo COS nhằm hạn chế sự đề amin hóa giảm

ĐĐA của sản phẩm.

76


axetyl ~ 72%

Hiệu ứng đồng vận chế tạo COS từ CTS ban đầu có ĐĐA 72% (CTS-72)

được khảo sát tương tự như CTS-91 và CTS-80. Số liệu thu được ở bảng 3.11.

Bảng 3.11. Kết quả cắt mạch CTS-72 trong dung dịch 5% chế tạo COS


) ** C (A & B) **

(kGy) (giờ) Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI

3,0 2,3 47,3 3,73 44,2 3,51 25,3 3,12

8,2 6,2 44,5 3,77 38,9 3,52 17,9 2,24

12,3 9,2 41,0 3,72 35,0 3,14 14,4 2,10

16,5 12,4 37,0 3,44 32,1 2,93 11,8 1,72

21,4 16,1 35,7 3,06 30,6 2,79 9,8 1,44

Mw0 = 48,7 kDa; PI0 =4,21; * Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ


Kết quả từ bảng 3.11 cho thấy khi cắt mạch bằng H2O2 0,5%, sau khoảng

16 giờ, chỉ thu được CTS KLPT thấp khoảng 36 kDa, tương ứng với độ suy

giảm KLPT khoảng 27%. Khi cắt mạch bằng chiếu tia γCo60

với suất liều

1,33 kGy/h, sau 16 giờ chiếu xạ KLPT của CTS thu được khoảng 30 kDa

tương ứng với độ suy giảm KLPT là 38 %. Khi chiếu tia γCo60

vào dung dịch

CTS chứa H2O2 0,5%, sau 16 giờ chiếu xạ đã thu được COS KLPT khoảng

10 kDa tương ứng với độ suy giảm KLPT là 80%. Điều này cho thấy đối với

cắt mạch CTS trong dung dịch, tác nhân tia γCo60

(1,33 kGy/h) tỏ ra hiệu quả

hơn so với H2O2 0,5%. Nếu sử dụng hai tác nhân này một cách riêng rẽ thì chỉ

thu được CTS KLPT thấp khoảng 30-35 kDa tương ứng với thời gian phản

ứng khoảng 16 giờ. Khi tăng thời gian cắt mạch KLPT của CTS suy giảm

theo thời gian hay liều xạ là không đáng kể. Nguyên nhân có thể là do các gốc

77

R• tạo ra từ CTS KLPT thấp có cấu trúc nhỏ gọn dễ dàng di động và tái kết

hợp nên mức độ suy giảm KLPT của CTS ở liều xạ cao là không đáng kể như

chúng tôi đã trình bày ở phần cắt mạch CTS-91. Hơn nữa, H2O2 sau 16 giờ

phản ứng hầu như đã phân hủy hết nên hiệu quả cắt mạch CTS sau 16 giờ gần

như là không đáng kể.

Sự phụ thuộc KLPT của CTS-72 cắt mạch vào liều xạ được thể hiện trên

hình 3.13. Kết quả cho thấy để chế tạo được COS từ CTS-72 cần liều xạ lớn

hơn 17 kGy, cao hơn so với liều xạ cần thiết để chế tạo COS từ CTS-91

(7 kGy) và CTS-80 (9 kGy). Điều này chứng tỏ CTS có ĐĐA thấp khó bị cắt

mạch hơn CTS có ĐĐA cao [89]. Nguyên nhân là do CTS có ĐĐA thấp bền

hơn so với CTS có ĐĐA cao, chitin bền hơn CTS. Taşkin và cộng sự (2014)

[91], khi nghiên cứu ảnh hưởng của ĐĐA đến khả năng giảm cấp bức xạ của

CTS có cùng KLPT cũng đã kết luận CTS có ĐĐA càng cao thì khả năng cắt

mạch bức xạ càng thuận lợi.

Hình 3.13. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-72 trong dung dịch 5% theo liều xạ

và thời gian phản ứng (thời gian, giờ = kGy/1,33)

78

Hiệu ứng đồng vận của tia γCo60

và H2O2 0,5% cắt mạch CTS-72 được

tính dựa trên mức độ suy giảm KLPT của CTS khi cắt mạch bằng H2O2 0,5%,


và cắt mạch sử dụng đồng thời tia γCo60

và

H2O2 0,5%. Kết quả tính toán trên bảng 3.12 cho thấy cũng giống như

CTS-91 và CTS-80, hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 giảm dần theo thời

gian tương ứng với liều xạ.

Bảng 3.12. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 trong dung dịch 5%

bằng tia γCo60

và H2O2 0,5%

Mẫu CTS

ĐSGKLPT, % = (Mw0 - Mw) ×100/ Mw0

3,0 kGy

(2,3 giờ)

8,2 kGy

(6,2 giờ)

12,3 kGy

(9,2 giờ)

16,5 kGy

(12,4 giờ)

21,4 kGy

(16,1 giờ)

A (H2O2 0,5%)* 2,9 8,6 15,6 24,0 26,7

B (tia γCo60

) ** 9,2 20,1 28,1 34,1 37,2

C (A & B) ** 48,0 63,2 70,4 75,8 79,9


D = [C-(A+B)] 35,9 34,5 26,7 17,7 16,0


Hiệu ứng đồng vận (D) của tia γCo60

và H2O2 0,5% tác dụng lên các loại

CTS có ĐĐA khác nhau được mô tả trên hình 3.14. Độ dốc của các đường

biểu diễn sự phụ thuộc D vào liều xạ cho thấy tốc độ suy giảm hiệu ứng đồng

vận theo liều xạ. Kết quả cho thấy hiệu ứng đồng vận D của CTS-91 suy giảm

nhanh theo liều xạ. Trong khi đó, hiệu ứng đồng vận D của CTS-80 và

CTS-72 suy giảm với tốc độ tương đối chậm hơn. Nguyên nhân theo quan

điểm của chúng tôi là do sự khác nhau về cấu trúc của CTS hay cụ thể hơn là

sự khác nhau về giá trị ĐĐA ban đầu. CTS có ĐĐA thấp trong phân tử vẫn

tồn tại lượng tương đối lớn nhóm -COCH3. Nhóm này gây hiệu ứng không

79

gian cản trở sự tác kích của gốc •OH lên chuỗi CTS do đó tốc độ suy giảm

nồng độ gốc •OH chậm hơn, hiệu ứng đồng vận do vậy cũng suy giảm chậm

hơn so với CTS có ĐĐA cao.

Hình 3.14. Hiệu ứng đồng vận của các loại CTS trong dung dịch 5%/0,5%

H2O2 theo liều xạ

Hình 3.15. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-72 trong dung dịch 5%

theo liều xạ

80



Liều xạ (kGy) 3,0 8,2 12,3 16,5 21,4

Gs γCo60

(μmol/J) 0,070 0,063 0,065 0,064 0,057

Gs γCo60

+ 0,5 H2O2 (μmol/J) 0,633 0,431 0,398 0,389 0,381

Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-72 trong dung dịch 5% khi có H2O2 0,5%

và không có H2O2 0,5% tính theo phương trình (2.4) được trình bày trên

bảng 3.13. Kết quả cho thấy khi có H2O2 0,5%, HSCMBX tăng lên ít nhất 6

lần so với khi không sử dụng H2O2 0,5%. Giá trị Gs khi sử dụng H2O2 0,5%

giảm dần theo liều xạ cùng với sự giảm hiệu ứng đồng vận do nồng độ của

H2O2 giảm dần theo thời gian phản ứng. Trong khi đó, giá trị Gs của CTS-72

trong dung dịch 5% cắt mạch bằng tia γCo60

gần như là hằng số theo liều xạ.

Nguyên nhân là sự giảm cấp CTS bằng bức xạ γCo60

tuân theo quy luật động

học bậc nhất [32], [89], [106]. Do vậy, giá trị Gs có thể tính dựa vào độ dốc

của đường thẳng mô tả sự phụ thuộc của (1/Mw –1/Mw0) theo liều xạ được mô

tả trên hình 3.15. Dựa vào hệ số góc của đường thẳng này kết hợp với phương

trình (2.4), giá trị Gs tính được theo phương pháp đồ thị thu được đối với

CTS-72 là 0,060 μmol/J. Gs này tính trung bình theo số liệu ở bảng 3.13 cho

kết quả là: 0,064 ± 0,006 μmol/J (ở mức ý nghĩa α = 0,05). Giá trị Gs thu được

nhỏ hơn không đáng kể so với Gs khi cắt mạch CTS-80 (Gs = 0,067 μmol/J)

nhưng chỉ bằng một nửa giá trị Gs thu được khi cắt mạch CTS-91 (Gs = 0,136

μmol/J). Nguyên nhân Gs tăng đột biến đối với CTS-91 hiện chúng tôi vẫn

chưa có mô hình giải thích phù hợp. Tuy nhiên, một kết quả tương tự đã được

Tahtat và cộng sự (2012) [89] xác nhận trong nghiên cứu cắt mạch CTS có

ĐĐA khác nhau bằng chiếu xạ dung dịch CTS 1%. Theo đó Gs của CTS có

ĐĐA 90% và 70% tương ứng là 0,0382 μmol/J và 0,00740 μmol/J. Như vậy,

Gs của CTS có ĐĐA 90% cao gấp 5 lần so với Gs của CTS có ĐĐA 70%. So

81

với kết quả của Tahtat và cộng sự, giá trị Gs trong nghiên cứu của chúng tôi

thu được là cao hơn. Nguyên nhân là do nồng độ CTS trong nghiên cứu của

chúng tôi cao gấp 5 lần so với nghiên cứu của Tahtat và cộng sự. Nồng độ

polyme càng cao thì hiệu suất hấp thụ năng lượng càng lớn [32] dẫn đến

HSCMBX thu được tương đối lớn hơn.

Hằng số tốc độ phản ứng cắt mạch của CTS-72 trong dung dịch 5% thu

được bằng tính toán dựa vào độ dốc của đường thẳng trên

hình 3.15 và phương trình (2.5) với m0 = 172,8 Da thu được kết quả

là: k72d = 10,5×10-5

kGy-1

(14 giờ-1

). Giá trị này nhỏ hơn so với

k80d = 11,3 ×10-5

kGy-1

và k91d = 22,5×10-5

kGy-1

tương ứng với HSTĐPƯ

cắt mạch của CTS-80 và CTS-91. Nguyên nhân theo chúng tôi là do CTS có

ĐĐA cao tương ứng độ nhớt thấp [91]. Trong dung dịch có độ nhớt thấp mức

độ di động của gốc •OH tăng lên và chúng dễ dàng tương tác với chuỗi phân

tử polyme, làm tăng tốc độ phản ứng. Ngoài ra, trong dung dịch có độ nhớt

thấp, khoảng cách giữa hai gốc tự do R• cạnh nhau trở nên xa hơn điều này

làm giảm đáng kể khả năng tái kết hợp của chúng [89]. Do đó, HSTĐPƯ cắt

mạch và giá trị Gs của chúng cao hơn so với CTS có độ nhớt cao - ĐĐA thấp.



82

Hình 3.16 mô tả sự thay đổi giá trị PI của CTS-72 khi cắt mạch. Kết quả

cho thấy phân bố của CTS-72 trong dung dịch 5% cắt mạch đồng thời bằng

tia γCo60

và H2O2 0,5% đồng đều hơn so với khi cắt mạch bằng các tác nhân

riêng rẽ. Tác nhân cắt mạch tia γCo60

vẫn chiếm ưu thế về khả năng giảm độ

đa phân tán so với H2O2 0,5%. Hình 3.16 cũng cho thấy không có hiện tượng

tăng PI ở giai đoạn đầu của quá trình chiếu xạ như trường hợp cắt mạch

CTS-80 (hình 3.11). Nguyên nhân có thể là do tốc độ tương tác của các tác

nhân cắt mạch lên CTS-72 trong dung dịch 5% tương đối chậm hơn vì hiệu

ứng không gian của nhóm –COCH3. Do đó ở giai đoạn đầu của quá trình

chiếu xạ tốc độ xảy ra tương đối chậm hơn, giá trị PI thay đổi có tính trật tự

hơn.



16,5 kGy (d) và 21,4 kGy (e)

83

Cấu trúc phân tử của CTS-72 cắt mạch trong dung dịch 5% được nghiên

cứu bằng phổ FT-IR và được trình bày trên hình 3.17. FT-IR của CTS cắt

mạch xuất hiện hầu hết các pic đặc trưng của CTS-72 ban đầu. Dao động biến

dạng của các nhóm N-H và O-H đặc trưng bởi pic mạnh và rộng ở 3500 cm-1

.

Pic ở 1627 và 600 cm-1

đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm amido, pic ở

khoảng 1158-892 đặc trưng cho cấu trúc của polysaccarit, pic ở 2881 và

2920 cm-1

đặc trưng cho dao động biến dạng của nhóm C-H [102]. Nhìn

chung phổ IR của CTS cắt mạch không thay đổi so với CTS-72 ban đầu trong

khoảng liều xạ áp dụng. Điểm đặc biệt trên hình 3.17 đáng chú ý là sự dịch

chuyển về số sóng ở vùng 3500 cm-1

tương ứng với dao động biến dạng của

nhóm N-H và O-H. Đối với CTS cắt mạch ở liều xạ 8,2 kGy (hình 3.17 b) và

12,3 kGy (hình 3.17 c) sự dịch chuyển về số sóng cao hơn. Trong khi đó CTS

cắt mạch ở liều xạ lớn hơn 16,5 kGy (hình 3.17 d) và 21,4 kGy (hình 3.17 e)

lại dịch chuyển về phía số sóng thấp. Điều này có thể được giải thích như sau:

Đối với CTS cắt mạch ở liều xạ cao (hình 3.17 c và d) sự dịch chuyển số sóng

ở vùng 3500 cm-1

về phía thấp hơn cho thấy liên kết hydro nội phân tử và

ngoại phân tử trong cấu trúc CTS cắt mạch yếu hơn [102], nghĩa là độ kết tinh

của CTS cắt mạch bé hơn, hay CTS cắt mạch ở liều xạ cao có cấu trúc vô

định hình. Điều này phù hợp với kết quả thu được trên giản đồ XRD của CTS

cắt mạch do Duy và cộng sự (2011) công bố. Theo đó COS thu được từ CTS

cắt mạch ở liều cao cũng có cấu trúc vô định hình [32]. CTS chiếu xạ ở liều

thấp (hình 3.17 b và c) có sự dịch chuyển của pic tương ứng với nhóm –OH ở

3500 cm-1

về phía số sóng cao hơn tương ứng với sự gia tăng độ kết tinh ở

giai đoạn đầu của quá trình chiếu xạ. Cơ chế của vấn đề này hiện vẫn chưa

được làm rõ. Tuy nhiên, các nghiên cứu của Qin (2002) [76], Kang (2007)

[45] và cộng sự cũng ghi nhận được kết quả tương tự, CTS giảm cấp có sự gia

tăng về độ kết tinh ở giai đoạn đầu của quá trình cắt mạch, sau đó độ kết tinh

giảm khi cắt mạch sâu hơn và CTS chuyển thành dạng vô định hình.

84

Bảng 3.14. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-72

5%, H2O2 0,5% theo liều xạ

Mẫu CTS 0 kGy 8,2 kGy 12,3 kGy 16,5 kGy 21,4 kGy

ĐĐA,% 72,0 ± 0,3 69,5 ± 0,2 67,2 ± 0,1 66,3 ± 0,5 63,0 ± 1

Dựa vào sự thay đổi cường độ các pic 1320 cm-1

và 1420 cm-1

và tính

theo phương trình (2.3), các giá trị ĐĐA của CTS-72 cắt mạch trong dung

dịch 5% được trình bày ở bảng 3.14. Kết quả cho thấy ĐĐA của COS tạo

thành ở liều xạ 21 kGy giảm khoảng 12% so với CTS-72 ban đầu. Nhìn

chung, độ suy giảm ĐĐA của CTS-72 tương đối thấp hơn so với CTS-80 và

CTS-91. Nguyên nhân có thể là do CTS-72 tương đối bền hơn nên tốc độ cắt

mạch thấp hơn vì vậy sự thay đổi về mặt cấu trúc nói chung và ĐĐA nói riêng

ít hơn so với CTS-80 và CTS-91.

Qua quá trình nghiên cứu hiệu ứng đồng vận của H2O2 0,5% và tia γCo60

đối với CTS-72 ở dạng dung dịch chúng tôi thu được một số kết luận sau:

- Để chế tạo được COS từ CTS-72 trong dung dịch H2O2 0,5% cần liều

xạ khá cao khoảng 17 kGy. COS tạo thành có ĐĐA giảm khoảng 12% so với

CTS-72 ban đầu.

- Hiệu ứng đồng vận giảm dần theo liều xạ từ 35,9% tương ứng với liều

xạ 3 kGy xuống 16% tương ứng với liều xạ 21,4 kGy.

- Cấu trúc chính của COS không thay đổi so với CTS-72 ban đầu.

CTS-72 cắt mạch có độ kết tinh giảm ở liều xạ lớn hơn 16,5 kGy.

Hình 3.18. Dung dịch 5% CTS-91 trước khi chiếu xạ (a) và sau chiếu xạ (b)

85

Hình 3.19. CTS -91 (a), CTS-91 cắt mạch (b), COS thu được từ CTS-91 (c),

CTS-80 (d) và CTS-72 (e)

Sự khác biệt về màu sắc của dung dịch 5% CTS trước và sau khi chiếu xạ

được thể hiện trên hình 3.18. Các sản phẩm CTS nguồn, CTS cắt mạch và

COS chế tạo bằng chiếu xạ dung dịch thể hiện trên hình 3.19. CTS sau khi cắt

mạch chuyển sang màu vàng đậm hoặc màu nâu, liều xạ càng cao màu sắc

càng đậm. Sự thay đổi màu đặc trưng cho sự tạo thành cấu trúc vòng

glucopyranose chưa bão hòa (chứa nhóm cacbonyl hay nhóm cacboxyl) khi

các gốc tự do tái kết hợp với nhau [105]. Phổ UV-vis của CTS trên hình 3.20

cho thấy pic hấp thụ đặc trưng của nhóm cacbonyl ở bước sóng 290 nm.

Nhóm cacbonyl hình thành ở cuối mạch như là sản phẩm của quá trình giảm

cấp [95], [102]. CTS cắt mạch càng sâu cường độ hấp thụ ở pic 290 nm càng

mạnh. Hình 3.20 cho thấy cường độ hấp thụ ở pic 290 nm của COS tạo thành

từ CTS-91 là lớn nhất tương ứng với CTS được cắt mạch sâu nhất

KLPT ~ 4,7 kDa. Ngoài ra, phổ UV-vis cũng cho thấy pic hấp thụ mạnh ở

260 nm tương ứng với sự chuyển dịch điện tử n→σ* trong nhóm amido của

phân tử CTS cắt mạch. Đối với CTS ban đầu chưa cắt mạch, sự chuyển dịch

n→σ* này ghi nhận được ở bước sóng khoảng 200 nm [102]. Ngoài ra, cũng

có giả thiết cho rằng sự thay đổi màu sắc của CTS cắt mạch còn do sự hình

thành liên kết đôi N=C từ phản ứng Maillard giữa nhóm –CHO (nhóm cuối

của 2,5-anhydro-D-mannose) và nhóm – NH2 của CTS [100].

86

Hình 3.20. Phổ UV – vis của CTS-91 (a), sản phẩm cắt mạch CTS-91 (b),

COS thu được từ CTS-72 (c), CTS-80 (d) và CTS-91 (e) nồng độ 0,1 % (w/v)

trong dung dịch axit axetic 0,05%

Từ kết quả cắt mạch CTS trong dung dịch chúng tôi thu được một số

nhận xét quan trọng sau:

- Bằng giải pháp cắt mạch CTS nguồn sử dụng H2O2 để giảm KLPT của

CTS ban đầu xuống khoảng 50 kDa, độ nhớt của dung dịch CTS chiếu xạ

giảm. Kết quả là lần đầu tiên, chúng tôi đã chế tạo được dung dịch COS ở

nồng độ 5% cao hơn hẳn so với các nghiên cứu trước đây chỉ từ 1-3%.

- COS có thể chế tạo hiệu quả bằng hiệu ứng đồng vận của tia γCo60

và

H2O2 0,5% ở liều xạ tương đối thấp dưới 20 kGy. Liều xạ cần thiết để chế tạo

COS từ CTS-91, CTS-80 và CTS-72 ban đầu tương ứng là 7, 9 và 17 kGy.

- Hiệu ứng đồng vận của tia γCo60

và H2O2 0,5% giảm dần theo liều xạ.

CTS-91 có hiệu ứng đồng vận giảm nhanh hơn khi tăng liều xạ so với CTS-80

và CTS-72.

87

- Trong dung dịch, tác nhân tia γCo60

(1,33 kGy/h) cắt mạch hiệu quả

hơn so với H2O2 0,5% trong cùng thời gian phản ứng.

- Hiệu suất cắt mạch bức xạ được gia tăng đáng kể khi có mặt

H2O2 0,5% trong dung dịch chiếu xạ, Gs của CTS giảm dần theo thứ tự

CTS-91 > CTS-80 > CTS-72.

- CTS-91 có HSTĐPƯ cắt mạch bức xạ lớn so với CTS-80 và CTS-72:

k91d > k80d ~ k72d

- Độ đa phân tán PI giảm sau quá trình cắt mạch trong dung dịch. Cắt

mạch bằng tia γCo60

cho độ phân tán KLPT của polyme tương đối thấp hơn so

với khi cắt mạch bằng H2O2 0,5%.

88

3.4. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CẮT MẠCH CHITOSAN Ở DẠNG

TRƯƠNG

3.4.1. Xác định một số thông số ban đầu của chitosan cắt mạch ở

dạng trương

Để thuận lợi cho quá trình cắt mạch CTS bằng hiệu ứng đồng vận ở dạng

trương (swollen state), một số thông số ban đầu của CTS như độ ẩm, độ

trương nước bão hòa (ĐTNBH), khối lượng riêng của một số loại CTS có

ĐĐA khác nhau 70 – 90% đã được chúng tôi nghiên cứu xác định (các số liệu

tính toán được trình bày ở phần phụ lục 5). Độ ẩm được xác định bằng

phương pháp phân tích khối lượng [14] và được tính theo phương trình (2.1).

ĐTNBH được xác định dựa theo phương pháp của No (2000) [69], Ocloo

(2011) [71] và được tính theo phương trình (2.2) mục 2.2.1. Kết quả xác định

độ ẩm và ĐTNBH cho ở bảng 3.15.

Bảng 3.15. Độ ẩm và ĐTNBH các mẫu CTS

Kí hiệu mẫu CTS ĐĐA (%) Mw (kDa) Độ ẩm (%) ĐTNBH (%)

C90 91 166 13,9 ± 0,3 600 ± 40

C80 83 176 14,0 ± 0,3 1170 ± 50

C70 72 183 19,2 ± 0,4 1060 ± 60

Bảng 3.15 cho thấy độ ẩm của các mẫu CTS giảm dần theo chiều tăng

ĐĐA, C70 (Độ ẩm = 19,2 %; SD = 0,32; N = 5) > C80 (Độ ẩm = 13,99 %;

SD = 0,12; N = 5) > C90 (Độ ẩm = 13,90 %; SD = 0,09; N = 5). Tuy nhiên, ở

mức ý nghĩa α = 0,05, kết quả phân tích ANOVA một chiều và LSD cho thấy

độ ẩm của C70 lớn hơn có ý nghĩa thống kê so với C90 và C80 (p = 0,000).

Trong khi đó độ ẩm của C80 và C90 xấp xỉ nhau (p = 0,569).

Điều này có thể là do trong quá trình đề axetyl – sự thay thế nhóm

-NHCOCH3 bằng nhóm -NH2 đã làm giảm liên kết hydro nội phân tử I và

89

tăng liên kết liên hydro liên phân tử (III) (hình 3.21) làm cho mạch CTS sít lại

dẫn đến khả năng hút ẩm giảm. Các tác giả Cho (1999) [28] và Murugadoss

(2008) [66] đã chế tạo CTS tan trong nước (Water soluble chitosan) sử dụng

như chất ổn định để chế tạo bạc nano làm xúc tác dị thể và làm màng chữa vết

thương cũng xác nhận CTS liên kết với nước tốt và có khả năng tan trong

nước ở ĐĐA tương đối thấp, khoảng 50 – 60%. Tuy nhiên, CTS tan trong các

nghiên cứu trên được chế tạo bằng phương pháp axetyl hóa CTS có ĐĐA cao,

khác với CTS thông thường được chế tạo bằng phương pháp đề axetyl chitin.

Kết quả đo của mẫu C80 và C90 thu được độ ẩm tương đối khoảng 13,9%,

khá phù hợp với nghiên cứu của Ocloo và cộng sự (2011) [71] khi xác nhận

độ ẩm của CTS có ĐĐA = 82% là 13,65%.

Hình 3.21. Liên kết hydro trong phân tử của CTS

Bảng 3.15 cũng cho thấy ĐTNBH của mẫu C70 và C80 lần lượt là

1060% và 1170%, lớn hơn rất nhiều so với mẫu C90 (ĐTNBH = 600%).

Điều này cho thấy ĐĐA có ảnh hưởng nhiều đến ĐTNBH. Phân tích

ANOVA một chiều kết hợp với test LSD cho kết quả: ĐTNBH của C80

90

(ĐTNBH = 1170,69; SD = 28,33; N = 4) lớn hơn có ý nghĩa thống kê so với

ĐTNBH của C70 (ĐTNBH = 1057,92; SD = 41,99; N = 4). ĐTNBH C70 lớn

hơn có ý nghĩa thống kê so với ĐTNBH của C90 (ĐTNBH = 602,38; SD =

26,22; N = 4). Điều này cho thấy xu thế trương nước giảm của CTS khi được

đề axetyl đến hoàn toàn (ĐĐA trên 90%). Xu hướng giảm độ trương nước đối

với CTS có ĐĐA > 90% cũng được Trang Sĩ Trung và cộng sự (2010) [12]

xác nhận khi đo ĐTNBH của các mẫu CTS có ĐĐA 75%, 87%, 96% với các

kết quả ĐTNBH thu được lần lượt là 660, 470, 490%. Giá trị ĐTNBH trong

nghiên cứu của Trang Sĩ Trung và cộng sự (2010) tương đối nhỏ hơn so với

những số liệu của chúng tôi thu được. Nguyên nhân là do trong tính toán độ

ĐTNBH của Trang Sĩ Trung và cộng sự (2010) đã chấp nhận độ ẩm tương đối

của các mẫu CTS có ĐĐA khác nhau là như nhau. Hơn nữa, công bố này

cũng không nêu rõ kết quả nghiên cứu dành cho CTS được chế tạo từ loại

nguyên liệu ban đầu nào, để có thể xác định cấu trúc tinh thể dạng α, β, hay γ

[12] của CTS, nên việc so sánh kết quả chỉ mang tính chất tương đối. Nhìn

chung, ngoài ĐĐA, độ ẩm và ĐTNBH của CTS còn phụ thuộc khá phức tạp

vào nhiều yếu tố khác cần được nghiên cứu thêm như: nguồn gốc chitin chiết

tách – dạng tồn tại (α, β, hay γ), liên kết hydro trong phân tử và đặc biệt là

KLPT Mw. Một kết quả nghiên cứu của Ocloo và cộng sự (2011) [71] đã cho

thấy CTS ĐĐA khoảng 82% có ĐTNBH chỉ là 599%. Tuy nhiên, trong

nghiên cứu của Ocloo và cộng sự, các mẫu CTS có KLPT Mw ~ 463 kDa, lớn

hơn gấp đôi so với Mw của chúng tôi nên chưa đủ cơ sở để so sánh.

Trên cơ sở nghiên cứu ĐTNBH của các mẫu CTS có ĐĐA khác nhau từ

70 – 90 % chúng tôi nhận thấy: CTS với ĐĐA từ 70 - 90% có ĐTNBH thấp

nhất là 600%, tương ứng với tỉ lệ CTS/H2O = 1/6. Để quá trình vận hành thiết

bị được thuận lợi, CTS không bị tách nước trước khi chiếu xạ, chúng tôi chọn

tỉ lệ CTS/H2O = 1/5 cho tất cả các thí nghiệm.

91

3.4.2. Cắt mạch chitosan bằng hiệu ứng đồng vận của H2O2/tia γCo60

ở

dạng trương và khảo sát ảnh hưởng của nồng độ, suất liều

Trong thí nghiệm này, chúng tôi nghiên cứu tác dụng đồng thời của H2O2

và tia γCo60

để cắt mạch CTS chế tạo CTS có KLPT thấp ở dạng trương và

khảo sát một số yếu tố có liên quan đến quá trình cắt mạch như nồng độ H2O2

và suất liều bức xạ.

Mẫu CTS ban đầu có Mw0 = 91,7 kDa; ĐĐA ~ 91,3%; PI = 2,26 được

chúng tôi chế tạo theo quy trình ở mục 3.1, sau khi thu được CTS

ĐĐA ~ 83% chúng tôi tiến hành đề axetyl lần 2 với thời gian là 15 phút.

FT-IR và sắc kí đồ GPC của CTS ban đầu trình bày ở phụ lục 6.

Mẫu CTS (2 g) dạng bột sau khi để trương 30 phút trong 10 ml dung dịch

H2O2 với các nồng độ khác nhau là 0% (trương trong 10 ml nước), 1%, 3% và

5% (w/v) được chiếu xạ γCo60

trên thiết bị Gamma Chamber 500, tại Viện

Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, khoảng liều từ 0 - 20 kGy (3,6 kGy/giờ) ở nhiệt

độ phòng. Các mẫu sau chiếu xạ được sấy ở nhiệt độ 60°C bằng tủ sấy quạt

gió trong 2 giờ, sau đó được phân tích bằng các phương pháp FT-IR, XRD,

GPC và UV-vis để xác định KLPT, ĐĐA, cấu trúc và độ kết tinh của CTS cắt

mạch.

Bảng 3.16. KLPT của CTS cắt mạch theo liều xạ với nồng độ H2O2 khác nhau

Liều xạ

(kGy)

KLPT, kDa

γCo60

/H2O γCo60

/H2O2 1% γCo60

/H2O2 3% γCo60

/H2O2 5%

5 88 59 49 45

10 86 45 39 35

15 84 39 36 32

20 83 38 36 30

92

Hình 3.22. Sự suy giảm KLPT của CTS trương trong nước

và trong dung dịch H2O2 theo liều xạ

KLPT của CTS cắt mạch suy giảm theo thời gian được trình bày trên

bảng 3.16. Sự phụ thuộc KLPT theo liều xạ được thể hiện trên hình 3.22. Kết

quả cho thấy KLPT của CTS giảm khi tăng liều xạ và nồng độ H2O2.

Hình 3.22 cho thấy KLPT CTS giảm mạnh trong khoảng liều xạ từ 0 đến

7 kGy cho cả ba nồng độ H2O2 sử dụng. Sau đó sự suy giảm KLPT chậm dần

đến 20 kGy. Trong khi đó, KLPT của mẫu CTS chiếu xạ ở dạng trương trong

nước giảm không đáng kể. Điều ngạc nhiên là CTS trương trong nước bị giảm

cấp bằng chiếu xạ ở mức độ thấp hơn so với CTS ở dạng bột, HSCMBX

khoảng 0,021 μmol/J (bảng 3.17). Giá trị này nhỏ hơn khoảng 60 lần so với

HSCMBX của CTS ở dạng bột (Gs = 1,36 μmol/J) [99], [93]. Nguyên nhân có

thể là do đối với CTS trương trong nước quá trình cắt mạch bức xạ xảy ra

đồng thời với quá trình khâu mạch bức xạ [108] nhưng với mức độ khác nhau

dẫn đến sự suy giảm KLPT trong trường hợp này không thật sự chiếm ưu thế.

93

Vì vậy, nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của nước lên sự giảm cấp bức xạ

nên được tiến hành trong thời gian tới.

Hình 3.22 cũng cho thấy nồng độ H2O2 càng cao mức độ cắt mạch xảy ra

càng mạnh. Điều này có thể giải thích là do hiệu ứng giảm cấp đồng vận xảy

ra khi chiếu xạ CTS có mặt H2O2 [34], [45], [32]. Cơ chế hiệu ứng đồng vận

giảm cấp CTS gây ra bởi tia γCo60

và H2O2 được mô tả chi tiết trong nghiên

cứu của Kang [45], Duy [32] và các cộng sự. Cơ chế này được chúng tôi trình

bày cụ thể ở mục 3.3.1. Tóm lại, gốc •OH sinh ra do sự phân ly của nước và

H2O2 là tác nhân chính gây ra quá trình cắt mạch của CTS trong dung dịch

cũng như ở dạng trương.

Bảng 3.17. HSCMBX Gs theo liều xạ ở những nồng độ H2O2 khác nhau

Liều xạ, kGy Gs, (μmol/J)

γCo60

/H2O γCo60

/H2O2 1% γCo60

/H2O2 3% γCo60

/H2O2 5%

5 0,031 0,405 0,636 0,741

10 0,024 0,379 0,493 0,591

15 0,022 0,329 0,377 0,454

20 0,019 0,258 0,296 0,375

Giả sử CTS trương trong H2O2 như là một dung dịch thì Gs có thể tính

theo phương trình (2.4). Giá trị tính Gs được trình bày trên bảng 3.17. Kết quả

cho thấy Gs của CTS ở trạng thái trương trong nước từ 0,02 – 0,03 μmol/J, giá

trị trung bình trong khoảng liều từ 0 – 20 kGy là Gs = 0,024 ± 0,008 μmol/J.

Giá trị này nếu tính theo phương pháp đồ thị dựa vào độ dốc của đường thẳng

trên hình 3.23 theo phương trình (2.4) là 0,0211 μmol/J. Trong khi đó

HSCMBX Gs ở trạng thái trương trong H2O2 có giá trị cao hơn rất nhiều từ

0,26 – 0,74 μmol/J. Điều này chứng tỏ khi có mặt H2O2 đã làm gia tăng

HSCMBX lên ít nhất 10 lần. Hằng số tốc độ cắt mạch k = 1,07×10-5

kGy-1

.

Giá trị này thấp hơn so với HSTĐPƯ cắt mạch ở dạng rắn do Tahtat và cộng

94

sự công bố (k = 2,1×10-5

kGy-1

) [89]. Điều này chứng tỏ nước liên kết trong

CTS có ảnh hưởng đến quá trình cắt mạch bức xạ như chúng tôi đã đề cập ở

phần trên.

Hình 3.23. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS ( ĐĐA ~ 91,3%) cắt mạch

ở dạng trương nước theo liều xạ

Kết quả trong bảng 3.17 cũng cho thấy ở cùng một liều xạ, nồng độ H2O2

càng cao HSCMBX càng lớn. Ở cùng một nồng độ H2O2 HSCMBX càng

giảm khi tăng liều xạ. Duy và cộng sự (2011) [32] nghiên cứu sự giảm cấp

đồng vận của CTS bằng chiếu xạ dung dịch CTS 3% chứa H2O2 ở các nồng

độ khác nhau là 0; 0,25; 0,5; và 1%. Kết quả cũng cho thấy nồng độ H2O2

càng cao HSCMBX thu được càng lớn. Cụ thể, ở cùng liều xạ 12 kGy, Gs thu

được là 0,08; 0,55; 0,70 và 1,04 μmol/J tương ứng với nồng độ H2O2 lần lượt

là 0; 0,25; 0,5 và 1%. Duy và cộng sự cũng ghi nhận được giá trị Gs giảm dần

khi tăng liều xạ. Nguyên nhân theo chúng tôi là do hầu hết H2O2 bị phân hủy

ở liều thấp hơn 10 kGy nên lượng gốc tự do sinh ra từ sự phân ly bức xạ H2O2

cũng giảm đi khi tăng liều xạ. Do đó, liều xạ càng cao Gs thu được càng giảm.

Vì vậy, phương trình (2.4) có thể chỉ phù hợp để tính Gs một cách biểu kiến

95

cho quá trình cắt mạch bức xạ CTS có chứa H2O2 vì phản ứng cắt mạch bức

xạ trong trường hợp này xảy ra theo bậc hỗn hợp giữa bậc 1 và bậc 2 [100].

Như vậy, sự có mặt của H2O2 trong quá trình chiếu xạ có thể làm gia tăng

đáng kể HSCMBX, tiêu biểu là ở trạng thái trương. Vì vậy, giảm cấp CTS ở

trạng thái trương với dung dịch H2O2 bằng chiếu xạ ở liều thấp là rất có triển

vọng để áp dụng với quy mô lớn.

Bảng 3.18. ĐĐA của CTS chiếu xạ ở 10 kGy với nồng độ H2O2 khác nhau

Mẫu CTS ban đầu CTS cắt mạch

γCo60

/H2O2 1% γCo60

/H2O2 3% γCo60

/H2O2 5%

ĐĐA 91,3 ± 0,3 90,0 ± 0,4 91,0 ± 0,3 91,2 ± 0,3

Hình 3.24. Phổ FT-IR của CTS ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch CTS ở

dạng trương với H2O2 nồng độ 1% (b), 3% (c), 5% (d) tại liều xạ 10 kGy

Phổ FT-IR của CTS ban đầu và sản phẩm cắt mạch CTS ở dạng trương

với H2O2 có nồng độ khác nhau tại liều xạ 10 kGy được thể hiện trên

hình 3.24, ĐĐA cho ở bảng 3.18. Kết quả cho thấy CTS cắt mạch xuất hiện

hầu hết các nhóm đặc trưng như CTS ban đầu. Nhóm ở khoảng 1158 – 890

96

cm-1

là nhóm đặc trưng của cấu trúc polysaccarit. Pic ở 3450, 1650 và 1250

cm-1

lần lượt đặc trưng tương ứng cho các nhóm hydroxyl, cacbonyl hoặc

cacboxyl, metyl và nhóm C – O – C [73]. Như vậy, FT-IR cho thấy không có

sự thay đổi về cấu tạo của các nhóm chính trong CTS cắt mạch so với CTS

ban đầu. Pic ở 2290, 2872, 1423 và 1265 cm-1

, thể hiện dao động đối xứng và

bất đối xứng của nhóm -CH2 trong vòng D-glucopyranose [105], không thay

đổi cho thấy không có phản ứng mở vòng. Hơn nữa, nhóm cacboxyl hình

thành như sản phẩm chuyển hóa của phản ứng oxi hóa mở vòng

glucopyranose ở pic 1730 cm-1

[76] không xuất hiện. Điều này một lần nữa

xác nhận sự oxi hóa mở vòng glucopyranose để hình thành nhóm axit là

không xảy ra.

Hình 3.25. Giản đồ XRD của CTS ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch CTS ở

dạng trương với H2O2 nồng độ 1% (b), 3% (c), 5% (d) tại liều xạ 10 kGy

Giản đồ XRD của CTS ban đầu và sản phẩm cắt mạch CTS được thể hiện

trên hình 3.25. Kết quả cho thấy các sản phẩm cắt mạch CTS cũng có 2 pic ở

2θ = 10,3° và 19,8° tương tự như các pic đặc trưng của CTS ban đầu [34],

[45], [32]. Điều này cho thấy cấu trúc tinh thể của CTS cắt mạch hầu như

không thay đổi so với CTS ban đầu ở liều xạ 10 kGy.

97

Phổ UV-vis của CTS với KLPT khác nhau chế tạo bằng tác dụng đồng

vận của H2O2 và tia γCo60

được thể hiện trên hình 3.26. Kết quả cho thấy CTS

ban đầu Mw ~ 91,7 kDa hầu như không hấp thụ trong khoảng bước sóng từ

240 – 320 nm. Trong khi đó, CTS chiếu xạ có pic ở 299 nm mô tả sự dịch

chuyển n → π* của liên kết đôi cacbon – oxi [34], đó là bằng chứng cho thấy

sự có mặt của nhóm cacbonyl (C=O) trong cấu trúc của CTS chiếu xạ [30],

[33]. Nhóm cacbonyl như là sản phẩm cuối mạch tại các vị trí C1 và C4 khi

CTS bị cắt mạch [89].

Hình 3.26. Phổ UV-vis của dung dịch CTS 0,1% có KLPT khác nhau trong

dung dịch axit axetic 0,05%

Ảnh hưởng của suất liều đến sự suy giảm KLPT được chúng tôi khảo sát

ở liều xạ 10 kGy với các suất liều khác nhau từ 0,45 – 3,6 kGy/h, kết quả

được trình bày trên bảng 3.19. Bảng 3.19 cho thấy suất liều càng thấp hiệu

quả cắt mạch bức xạ càng cao và giá trị PI có xu hướng giảm khi giảm suất

liều. Tuy nhiên, theo chúng tôi suất liều > 1 kGy/h nên được lựa chọn để áp

98

dụng cho quy mô lớn nhằm tiết kiệm thời gian và khả năng vận dụng thiết bị

chiếu xạ. Hơn nữa, ở suất liều nhỏ hơn 1 kGy/h, mức độ giảm cấp của CTS

thay đổi không đáng kể (bảng 3.19).

Bảng 3.19. KLPT và PI của CTS cắt mạch dạng trương trong H2O2 5%

ở liều xạ 10 kGy với suất liều khác nhau

Suất liều, kGy/h 3,6 1,8 0,9 0,45

Mw, kDa 35,2 28,3 26,9 26,3

PI 2,51 2,41 2,40 2,41

Hình 3.27. CTS ban đầu – dạng bột (a), CTS trương trong dung dịch H2O2

5% (b) và CTS cắt mạch bằng hiệu ứng đồng vận (c)

Từ kết quả cắt mạch CTS chế tạo CTS KLPT thấp ở dạng trương chúng

tôi nhận thấy khi áp dụng nồng độ H2O2 5% ở liều xạ thấp không làm thay đổi

cấu trúc chính của CTS. Một nghiên cứu khác của chúng tôi khi cắt mạch

CTS ở cùng điều kiện về tỉ lệ trương (CTS/H2O2 =1/5) với nồng độ H2O2 lần

lượt là 2,5; 5; 7,5 và 10% ở liều xạ 10,5 kGy cũng cho thấy ở nồng độ H2O2

5%, ĐSGKLPT đạt 82%, ĐĐA thay đổi không đáng kể. Tuy nhiên, khi tăng

nồng độ H2O2 > 5% chúng tôi nhận thấy ĐĐA của sản phẩm cắt mạch giảm

mạnh (bảng 3.20) đồng thời FT – IR (hình 3.28) của sản phẩm xuất hiện pic ở

1730 cm-1

tương ứng với liên kết C=O trong nhóm cacboxyl, điều này cho

thấy có thể đã có phản ứng mở vòng làm thay đổi cấu trúc chính của sản

phẩm cắt mạch [76]. Ngoài ra, Kang và cộng sự (2007) [45] khi chế tạo CTS

KLPT thấp bằng phương pháp chiếu xạ CTS dạng huyền phù (suspension)

99

trong dung môi axit axetic với nồng độ H2O2 là 2; 10 và 30% cũng xác nhận

ở nồng độ H2O2 10% sử dụng cho hỗn hợp chiếu xạ, sản phẩm CTS thu được

có sự xuất hiện của nhóm cacboxyl là sản phẩm của phản ứng mở vòng

glucopyranose, thay đổi cấu trúc của CTS. Như vậy, các kết quả thí nghiệm

đã dẫn ra việc sử dụng nồng độ H2O2 > 5% trong quá trình chiếu xạ là không

thuận lợi để chế tạo CTS KLPT thấp trên phương diện duy trì cấu trúc của

CTS và hạn chế sự suy giảm ĐĐA.

Bảng 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến KLPT và ĐĐA

của CTS ở liều xạ 10,5 kGy

H2O2 (%) Mw (kDa) PI ĐĐA (%)

0*

105 2,9 91,1

2,5 37,5 3,4 90,2

5 29,1 3,4 88,3

7,5 28,5 3,6 85,7

10 25,6 3,8 72,5

*5ml H2O/1g CTS

Hình 3.28. Phổ FT-IR của sản phẩm cắt mạch CTS ở dạng trương với H2O2 nồng

độ 0% (5ml H2O/1g CTS, a); 5% (b); 7,5% (c); 10% (d) tại liều xạ 10,5 kGy

100

Từ phân tích kết quả thí nghiệm và so sánh với các tài liệu tham khảo

[45], [76] chúng tôi nhận thấy nồng độ H2O2 5% là phù hợp cho quá trình cắt

mạch CTS ở dạng trương. Suất liều bức xạ 1,33 kGy/h cũng được lựa chọn

cho những thí nghiệm tiếp theo vì suất liều này được sử dụng phổ biến để

chiếu xạ khử trùng thực phẩm thường xuyên tại Trung tâm chiếu xạ

VINAGAMMA, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam.

101

3.4.3. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 91% ở

dạng trương

Hình 3.29. Sơ đồ cắt mạch CTS ở dạng trương

Trong thí nghiệm này, mỗi mẫu CTS được để trương trong nước/dung

dịch H2O2 theo tỉ lệ 1/5 (w/v). Thời gian trương là 30 phút [71]. Mẫu sau đó

được chiếu xạ đến 25 kGy, suất liều 1,33 kGy/h. Sơ đồ cắt mạch chiếu xạ

CTS ở dạng trương được tóm tắt trên hình 3.29. Sản phẩm thu được sau chiếu

xạ được xử lý theo quy trình ở mục 2.3.3 rồi xác định KLPT bằng GPC và

kiểm tra cấu trúc phân tử bằng phương pháp IR. Kết quả xác định KLPT và PI

được trình bày ở bảng 3.21.

Bảng 3.21. Kết quả cắt mạch CTS-91 ở dạng trương trong dung dịch

H2O2 5%

Liều xạ t A (H2O2 5%)* B ( tia γCo60

)** i C (A & B)**


3,7 2,8 46,5 3,57 48,4 3,54 23,4 3,15

8,2 6,2 41,3 3,48 47,5 3,42 16,8 2,93

12,0 9,0 37,4 3,49 46,9 3,07 14,1 2,94

15,9 12,0 35,7 3,32 46,3 2,38 12,5 2,12

22,7 17,1 34,2 3,09 44,9 2,86 11,2 1,96

Mw0 = 49 kDa; PI0 =3,64; * Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ

(thời gian, giờ = kGy/1,33); i 1g CTS/5ml H2O

102

Bảng 3.21 cho thấy CTS-91 cắt mạch bằng H2O2 5% có ĐSGKLPT

khoảng 30% sau 17 giờ phản ứng. Tương ứng với thời gian này, nếu cắt mạch

bằng tia γCo60

thì ĐSGKLPT đạt được chỉ là 8,5% ứng với liều xạ 22,7 kGy.

Nếu kết hợp đồng vận tia γCo60

và H2O2 5% thì sau 17,1 giờ chiếu xạ

(22,7 kGy) ĐSGKLPT thu được là 77%. Giá trị này lớn hơn tổng ĐSGKLPT

thu được khi sử dụng γCo60

và H2O2 5% một cách riêng rẽ. Nguyên nhân là do

hiệu ứng đồng vận của tia γCo60

và H2O2 5% đã làm gia tăng tốc độ cắt mạch.

Giá trị tính toán cụ thể cho hiệu ứng đồng vận ở các liều xạ khác nhau được

trình bày trên bảng 3.22. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-91 cắt mạch ở dạng

trương theo liều xạ được thể hiện trên hình 3.30.

Hình 3.30. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối với CTS-91 cắt mạch ở dạng

trương trong nước và dung dịch H2O2 5% (thời gian, giờ = kGy/1,33)

Hình 3.30 cho thấy sự khác biệt về hiệu quả cắt mạch CTS của tia γCo60

và H2O2 5% ở dạng trương so với dạng dung dịch. Theo đó, H2O2 5% cắt

mạch hiệu quả hơn so với tia γCo60

(1,33 kGy/h). Nguyên nhân là do nồng độ

H2O2 5% áp dụng ở trạng thái trương lớn hơn 10 lần so với nồng độ H2O2

0,5% trong dung dịch. Đối với dạng trương, tỉ lệ khối lượng giữa H2O2 và

CTS là 0,25 g H2O2/1 g CTS. Trong khi đó, tỉ lệ này khi cắt mạch CTS trong

103

dung dịch là 0,1 g H2O2/1 g CTS. Điều đáng chú ý là CTS trương trong nước

có ĐSGKLPT theo liều xạ là rất thấp so với ĐSGKLPT khi chiếu xạ trong

dung dịch. Nguyên nhân có thể là do cơ chế cắt mạch của CTS ở trạng thái

trương bị thay đổi do thiếu nước. Ngoài sự phân li bức xạ của nước theo

phương trình (3.1) tạo ra gốc •OH đóng vai trò là tác nhân cắt mạch, phản ứng

giảm cấp còn xảy ra do sự tiếp xúc trực tiếp của bức xạ lên chuỗi phân tử CTS

[62], [45].

1 2

R R (3.6)

R R +R (3.7)

hv

Ở trạng thái trương, khoảng cách giữa các gốc tự do gần nhau hơn so với

khoảng cách của chúng trong dung dịch, vì vậy sự tái kết hợp giữa các gốc tự

do tăng lên và do đó mức độ suy giảm KLPT không đáng kể.

Hình 3.30 cũng cho thấy khi cắt mạch bằng H2O2 5%, ĐSGKLPT là đáng

kể so với cắt mạch bằng tia γCo60

, nguyên nhân có thể là do đối với quá trình

cắt mạch bằng H2O2 gốc •OH đóng vai trò là tác nhân chính trong quá trình

cắt mạch. Cơ chế của quá trình cắt mạch bằng H2O2 đã được Qin và cộng sự

(2002) [76] đề cập, theo đó cơ chế cắt mạch gồm các bước sau:

+ -

2 2

- -

- •-

2 2 2 2

• •

2

• •

1 2

H O H + HOO (3.8)

HOO OH + (O) (3.9)

HOO + H O OH + O +H O (3.10)

R-H + OH R + H O (3.11)

R R + R (3.12)

(R-H: CTS)

Theo cơ chế này gốc •OH là tác nhân cắt mạch được tạo ra từ phản ứng

phân hủy H2O2 và do đó quá trình cắt mạch dưới tác dụng của gốc •OH – tác

nhân có tính oxi hóa mạnh là khá hiệu quả.

104

Hiệu quả của sự kết hợp đồng thời hai tác nhân cắt mạch γCo60

và H2O2

thể hiện rõ trên hình 3.30. Theo đó sự kết hợp hai tác nhân này cho hiệu quả

suy giảm KLPT của CTS-91 là rất đáng kể. Nguyên nhân của hiện tượng này

đã được một số tác giả đề cập thông qua hiệu ứng đồng vận [32], [45] của

γCo60

và H2O2 làm gia tăng gốc •OH là tác nhân oxy hóa mạnh gây ra quá

trình cắt mạch.

Hình 3.31. Mô hình đề nghị cho cơ chế cắt mạch đồng vận ở trạng thái trương

105

Cơ chế của quá trình này cũng được Ulanski và cộng sự đề cập chi tiết

như chúng tôi đã trình bày ở mục 3.3.1 phần cắt mạch CTS-91 trong dung

dịch. Tuy nhiên, theo chúng tôi hiệu quả cắt mạch còn có thể được gia tăng do

nước và H2O2 ở trạng thái liên kết (binding) với CTS ở dạng trương [71] nên

gốc •OH mới sinh (in-situ) do phân ly bức xạ nước và H2O2 dễ dàng bắt hydro

trên phân tử CTS tạo thành các gốc tự do R• trước khi chúng tái kết hợp. Các

gốc tự do R• trải qua các quá trình chuyển vị và tái kết hợp với H

• hoặc các

gốc tự do khác tạo thành CTS KLPT thấp hơn. Mô hình chi tiết đề nghị cơ

chế cắt mạch đồng vận ở trạng thái trương được chúng tôi trình bày trên hình

3.31.


và H2O2 5%

Mẫu CTS


3,7 kGy

(2,8 giờ)

8,2 kGy

(6,2 giờ)

12,0 kGy

(9,0 giờ)

15,9 kGy

(12,0 giờ)

22,7 kGy

(17,1 giờ)

A (H2O2 5%)* 5,1 15,7 23,7 27,4 30,2

B (tia γCo60

)** i 1,2 3,1 4,3 5,5 8,4

C (A & B) ** 52,2 65,7 71,2 74,5 77,1


D = [C-(A+B)] 45,9 46,9 43,2 41,9 38,5

* Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ (thời gian, giờ = kGy/1,33);

i 1g CTS/5ml H2O

Khác với kết quả chiếu xạ CTS dạng dung dịch – có hiệu ứng đồng vận

giảm nhanh theo liều xạ, CTS-91 cắt mạch ở dạng trương có hiệu ứng đồng

vận ban đầu thấp, sau đó đó tăng dần đến liều xạ khoảng 9 kGy rồi giảm dần

khi tăng liều xạ (bảng 3.22). Nguyên nhân theo chúng tôi là do ở giai đoạn

đầu của quá trình chiếu xạ ở dạng trương mạch phân tử CTS vẫn còn khá lớn,

106

khả năng xâm nhập của gốc •OH bị hạn chế ở trạng thái trương do độ nhớt

cao. Vì vậy, hiệu ứng đồng vận đạt được ở giai đoạn đầu chiếu xạ tương đối

thấp. Khi tăng liều xạ, KLPT CTS giảm dần, độ nhớt vì vậy cũng giảm, khả

năng di động của gốc •OH tăng lên, hiệu ứng đồng vận tăng. Sau đó, hiệu ứng

đồng vận giảm dần vì nồng độ H2O2 giảm dần trong hỗn hợp phản ứng khi

tăng liều xạ.

Hình 3.32. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-91 cắt mạch theo liều xạ ở

trạng thái trương trong nước

Bảng 3.23. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-91 ở dạng trương trong nước và


Liều xạ (kGy) 3,7 8,2 12,0 15,9 22,7

Gs γCo60

(μmol/J)i

0,023 0,026 0,025 0,026 0,027

Gs γCo60

+ 5% H2O2 (μmol/J) 2,020 1,597 1,409 1,304 1,016

i 1g CTS/5ml H2O

HSCMBX của CTS-91 ở dạng trương tính theo phương trình (2.4) cho

kết quả ở bảng 3.23. HSCMBX trung bình khi không sử dụng H2O2 là

0,025 ± 0,002 μmol/J (mức ý nghĩa α = 0,05). Tính theo phương pháp đồ thị

107

(hình 3.32) giá trị này thu được là 0,0267 μmol/J. Bảng 3.23 cũng cho thấy

HSCMBX khi có mặt H2O2 lớn hơn ít nhất 37 lần so với khi không sử dụng

H2O2. Gs thu được khi cắt mạch chiếu xạ có sử dụng H2O2 giảm dần theo liều

xạ. Nguyên nhân là do nồng độ H2O2 giảm dần khi tăng thời gian phản ứng.

Hằng số tốc độ phản ứng cắt mạch bằng tia γCo60

thu được tính theo độ

dốc của đường thẳng ứng với phương trình (2.5), có đồ thị trên hình 3.32 cho

kết quả là k91t = 1,32×10-5

kGy-1

. HSTĐPƯ cắt mạch thu được nhỏ hơn so với

kết quả của Tahtat và cộng sự (2012) [89] công bố khi cắt mạch CTS có

ĐĐA ~ 90%, Mw ~ 100 kDa ở dạng rắn (k = 2,1×10-5

kGy-1

). Nguyên nhân có

thể là do sự khác nhau về KLPT ban đầu cũng như trạng thái cắt mạch.

Hình 3.33. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trương theo liều

xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)

Hình 3.33 mô tả sự thay đổi giá trị PI của CTS cắt mạch trong các điều

kiện khác nhau của quá trình cắt mạch theo liều xạ. Kết quả cho thấy giá trị PI

khi cắt mạch bằng tia γCo60

hay H2O2 5% ở liều thấp < 10 kGy gần như

không thay đổi so với PI của CTS ban đầu. Sự cắt mạch đồng vận cho kết quả

PI giảm đáng kể ở liều xạ thấp. Nhìn chung, quy luật thay đổi PI đối với chiếu

108

xạ CTS ở dạng trương không thật sự rõ ràng. Giá trị PI thay đổi bất thường ở

một số điểm tương ứng với liều xạ 12,0 và 15,9 kGy. Nguyên nhân theo

chúng tôi là do hỗn hợp CTS cắt mạch ở dạng trương có sự thay đổi không

đồng đều về độ nhớt khi KLPT giảm, dẫn đến khả năng di động của gốc •OH

trong các hỗn hợp phản ứng khác nhau. Vì vậy, giá trị PI thay đổi khá phức

tạp khi tăng liều xạ.

Hình 3.34. Phổ FT-IR của CTS-91(a) và sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng

trương trong H2O2 5% tại các liều xạ 8,2 kGy (b); 12,0 kGy (c);15,9 kGy (d)

và 22,7 kGy (e)

Bảng 3.24. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trương trong dung

dịch H2O2 5% theo liều xạ

Liều xạ, kGy 0 8,2 12,0 15,9 22,7

ĐĐA, % 91 ± 0,3 89,7 ± 0,1 87,5 ± 0,2 84,7 ± 0,3 79,1 ± 0,1

109

Hình 3.34 mô tả FT – IR của CTS-91 ban đầu và sản phẩm cắt mạch

CTS-91 ở dạng trương trong H2O2 5% theo liều xạ. Kết quả cho thấy hầu hết

các nhóm đặc trưng của CTS-91 đều xuất hiện trong FT – IR của sản phẩm

cắt mạch. Điều này cho thấy cấu trúc chính của CTS cắt mạch hầu như không

thay đổi so với CTS ban đầu ở liều xạ thấp. Tuy nhiên, khi liều xạ lớn hơn

12 kGy chúng tôi nhận thấy có dấu hiệu xuất hiện nhóm cacboxyl – pic ở

1730 cm-1

đồng thời cường độ pic ở 1320 cm-1

đặc trưng cho nhóm

N-acetylglucosamine giảm mạnh. Điều này chứng tỏ CTS-91 chiếu xạ ở trạng

thái trương trong H2O2 5% với liều xạ lớn hơn 12 kGy có khả năng xảy ra

phản ứng phá vỡ vòng glucopyranose [76] và cắt nhóm amin. Kết quả tính

ĐĐA ở bảng 3.24 cho thấy CTS cắt mạch ở liều xạ 15,9 kGy có ĐĐA giảm

6,9% so với CTS ban đầu. Khi tăng liều xạ lên 22,7 kGy, độ suy giảm ĐĐA là

13%. Kết quả này cho thấy mức độ suy giảm ĐĐA cũng không khác biệt

nhiều so với khi cắt mạch CTS-91 dạng dung dịch.

Hình 3.35. CTS-91 ban đầu - 49 kDa (a); CTS-91 KLPT thấp - 14 kDa (b)

Tương tự như khi cắt mạch trong dung dịch, CTS-91 sau khi cắt mạch ở

trạng thái trương (hình 3.35 b) cũng có màu vàng đậm khác với CTS-91 ban

đầu (hình 3.35 a) có màu trắng sáng.

Từ kết quả cắt mạch CTS-91 ở dạng trương chúng tôi rút ra một số nhận

xét sau:

110

- Ở trạng thái trương, H2O2 5% cắt mạch CTS-91 hiệu quả hơn so với tia

γCo60

(1,33 kGy/h).

- ĐSGKLPT CTS-91 khi cắt mạch bằng tia γCo60

ở dạng trương thấp

hơn đáng kể so với khi cắt mạch bằng chiếu xạ trong dung dịch.

- Khác với cắt mạch bằng chiếu xạ trong dung dịch – hiệu ứng đồng vận

giảm theo liều xạ, CTS-91 cắt mạch ở dạng trương có hiệu ứng đồng vận đạt

cực đại ở liều xạ khoảng 9 kGy rồi giảm dần khi tăng liều xạ.

- HSCMBX được gia tăng đáng kể (ít nhất 37 lần) khi có mặt H2O2. Mức

độ gia tăng Gs giảm khi tăng liều xạ.

- CTS KLPT thấp có thể chế tạo hiệu quả bằng kết hợp đồng vận tia

γCo60

và H2O2 5%. ĐĐA của CTS KLPT thấp (Mw ~ 14 kDa) thu được ở liều

xạ 12 kGy (hình 3.35 b) giảm khoảng 3,8 % so với CTS-91 ban đầu

(hình 3.35 a).

- Khi tăng liều xạ > 12 kGy, CTS KLPT thấp chế tạo được có khả năng

bị phá vỡ vòng glucopyranose và cắt nhóm amin.

111

3.4.4. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 80,3% ở

dạng trương

Hiệu ứng đồng vận của tia γCo60

và H2O2 5% cắt mạch CTS-80 được

nghiên cứu tương tự như CTS-91. CTS-80 cắt mạch được xử lý theo quy trình

ở mục 2.3.3 và xác định KLPT ghi ở bảng 3.25. Kết quả thu được cho thấy

khi cắt mạch CTS-80 bằng H2O2 5% chỉ thu được CTS KLPT thấp khoảng

20 kDa tương ứng với thời gian cắt mạch khoảng 17 giờ. KLPT của CTS-80


ở trạng thái trương thay đổi hầu như không đáng kể.

Sự kết hợp đồng vận tia γCo60

và H2O2 5% cho hiệu quả suy giảm KLPT là

đáng kể, COS có thể chế tạo được ở liều xạ 16 kGy. Giá trị PI nhìn chung có

xu hướng giảm khi tăng liều xạ hay thời gian phản ứng.

Bảng 3.25. Kết quả cắt mạch CTS-80 ở dạng trương trong nước và trong

dung dịch H2O2 5%

Liều xạ t A (H2O2 5%)* B (tia γCo60

)** i C (A & B) **


3,5 2,6 31,2 3,63 49,5 3,54 28,6 3,25

7,1 5,3 23,9 3,48 49,0 3,57 19,9 3,02

15,5 11,7 20,4 3,51 48,0 3,38 11,7 2,98

20,1 15,1 20,3 3,32 47,6 2,72 9,6 2,19

22,6 17,0 20,2 3,01 47,2 2,64 9,2 2,01

Mw0 = 50 kDa; PI0 =3,72; * Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ


Hình 3.36 mô tả sự suy giảm KLPT của CTS-80 theo liều xạ và thời gian

phản ứng với H2O2. Kết quả cho thấy H2O2 5% cắt mạch CTS-80 hiệu quả

hơn so với bức xạ γCo60

(1,33 kGy/h) trong cùng thời gian cắt mạch. Khác

với công bố của Duy [32], Hien [40] và cộng sự khi cắt mạch CTS trong dung

112

dịch, hiệu quả cắt mạch của tia γCo60

(1,33 kGy/h) có xu hướng lớn hơn so

với cắt mạch bằng H2O2. Nguyên nhân là do nồng độ H2O2 của chúng tôi sử

dụng là 5%, cao hơn so với nghiên cứu của các tác giả trên (< 1%). Hơn nữa,

sự khác biệt về trạng thái – trương trong nước và dung dịch cũng có thể gây

ảnh hưởng đến hiệu quả cắt mạch. Một kết quả đáng chú ý – tương tự như

CTS-91 là CTS-80 trương trong nước theo tỉ lệ 1 g CTS/5 ml nước gần như

không bị suy giảm KLPT khi tăng liều xạ hay nói cách khác là không bị cắt

mạch bức xạ (hình 3.36). Nguyên nhân của hiện tượng này vẫn chưa được

biết cần được nghiên cứu thêm.


trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5% (thời gian, giờ = kGy/1,33)

Hình 3.36 cũng cho thấy phương pháp kết hợp đồng thời tia γCo60

và

H2O2 cho hiệu quả cắt mạch tốt hơn khi sử dụng kết hợp riêng rẽ từng tác

nhân cắt mạch. Kết quả tính toán cụ thể cho hiệu ứng đồng vận được ghi ra ở

bảng 3.26. Cơ chế cắt mạch CTS hiệu quả bằng kết hợp đồng vận (tia γCo60

và H2O2) có thể được giải thích là do có sự phân li bức xạ của nước và H2O2

dưới tác dụng của tia γCo60

hình thành gốc tự do hydroxyl (•OH)

có tính oxy

113

hóa mạnh làm tăng hiệu quả cắt mạch CTS như chúng tôi đã trình bày ở

mục 3.3.1.

Bảng 3.26 cho thấy hiệu ứng đồng vận của γCo60

và H2O2 tăng dần từ liều

xạ thấp đến khoảng 20 kGy, sau đó giảm dần theo liều xạ. Kết quả này cũng

khác với những nghiên cứu cắt mạch CTS trong dung dịch. Theo đó, hiệu ứng

đồng vận giảm dần theo thời gian chiếu xạ [6], [32], [40]. Nguyên nhân có thể

là do trong nghiên cứu của chúng tôi CTS được chiếu xạ ở trạng thái trương

nước đã làm hạn chế tính linh động của gốc •OH vì vậy hiệu ứng đồng vận ở

liều xạ thấp có giá trị nhỏ. Khi tăng liều xạ, KLPT polyme càng giảm, khả

năng trương nước của CTS cắt mạch càng thuận lợi đã làm tăng tính linh

động của gốc •OH do đó hiệu ứng đồng vận tăng và đạt giá trị cao nhất ~ 17%

ở liều xạ khoảng 20 kGy. Khi tiếp tục tăng liều xạ, hiệu ứng đồng vận có xu

hướng giảm dần do nồng độ H2O2 suy giảm vì đã bị phân hủy theo các phản

ứng (3.2), (3.3), (3.4).


và H2O2 5%

ở dạng trương

Mẫu CTS


3,5 kGy

(2,6 giờ)

7,1 kGy

(5,3 giờ)

15,5 kGy

(11,7 giờ)

20,1 kGy

(15,1 giờ)

22,6 kGy

(17,0 giờ)

A (H2O2 5%)* 37,6 52,2 59,2 59,4 59,6

B (tia γCo60

)**i 1,0 2,0 4,0 4,8 5,6

C (A & B)** 48,2 60,7 76,6 80,8 81,6


D = [C-(A+B)] 4,2 6,0 13,4 16,6 16,4

* Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ (thời gian, giờ = kGy/1,33);

i 1g CTS/5ml H2O

114

HSCMBX của CTS-80 được tính theo phương trình (2.4) cho các giá trị

trên bảng 3.27. Kết quả cho thấy HSCMBX khi có H2O2 5% giảm dần theo

liều xạ do sự suy giảm nồng độ H2O2 theo thời gian phản ứng. Trong khi đó,

Gs thu được khi chiếu xạ CTS-80 trương nước có giá trị gần như không đổi

0,018 ± 0,001 μmol/J (α = 0,05). Nếu tính theo phương pháp đồ thị tương tự

như CTS-91 giá trị Gs thu được là 0,0175 μmol/J. Bảng 3.27 cho thấy

HSCMBX gia tăng ít nhất 75 lần khi có mặt H2O2 5% trong hỗn hợp chiếu xạ.

Như vậy, H2O2 là tác nhân cần thiết và hiệu quả trong việc gia tăng HSCMBX

nhằm tiết kiệm năng lượng bức xạ khi cắt mạch CTS.



Liều xạ (kGy) 3,5 7,1 15,5 20,1 22,7

Gs γCo60

i (μmol/J) 0,019 0,019 0,018 0,017 0,018

Gs γCo60

+ H2O2 5% (μmol/J) 1,431 1,426 1,414 1,402 1,314

i 1gCTS/5ml H2O

Hình 3.37. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-80 cắt mạch theo liều xạ

ở trạng thái trương trong nước

115

HSTĐPƯ cắt mạch CTS-80 trương trong nước tính theo độ dốc của

đường thẳng trên hình 3.37 có giá trị là k80t = 0,88×10-5

kGy-1

, thấp hơn so với

HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 (1,32×10-5

kGy-1

). Nguyên nhân theo chúng tôi là

do CTS-80 có độ kết tinh cao hơn so với CTS-91. CTS có độ kết tinh cao

tương ứng với cấu trúc phân tử được sắp xếp chặt chẽ hơn vì vậy khả năng

tiếp xúc với tác nhân cắt mạch •OH khó khăn hơn do vậy tốc độ phản ứng cắt

mạch diễn ra chậm hơn. Taşkin và cộng sự (2014) [91] cũng thu được kết quả

tương tự khi cắt mạch CTS ở dạng rắn, theo đó ĐĐA càng cao HSTĐPƯ thu

được càng cao.

Sự thay đổi độ đa phân tán PI của CTS-80 cắt mạch được thể hiện trên

hình 3.38. Kết quả cho thấy PI có xu hướng giảm dần khi cắt mạch trong cả

ba trường hợp: cắt mạch bằng H2O2 5%, cắt mạch tia γCo60

và cắt mạch đồng

thời bằng tia γCo60

và H2O2 5%. Hình 3.38 cũng cho thấy khi cắt mạch ở liều

thấp, mức độ giảm PI của quá trình cắt mạch bằng tia γCo60

không khác nhiều

so với cắt mạch bằng H2O2 5%. Ở liều xạ lớn hơn 12 kGy phương pháp cắt

mạch bằng tia γCo60

cho giá trị PI tương đối thấp hơn.

Hình 3.38. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng trương theo

liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)

116

Hình 3.39. Phổ FT-IR của CTS-80 (a) và sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng

trương trong H2O2 5% tại các liều xạ 7,1 kGy (b); 15,5 kGy (c); 20,1 kGy (d) và

22,6 kGy (e)

Phổ FT-IR trên hình 3.39 cho thấy sản phẩm cắt mạch CTS-80 – KLPT

thấp (hình 3.39 b, c) và COS (hình 3.39 d, e) có cấu trúc chính không thay đổi

so với CTS-80 ban đầu (hình 3.39 a). Sự khác nhau về cường độ của các pic ở

1320 và 1420 cm-1

đặc trưng tương ứng cho nhóm N – acetylglucosamine và

nhóm so sánh – CH2 thể hiện sự thay đổi ĐĐA của CTS [55]. Hình 3.36 và

bảng 3.25 cho thấy CTS KLPT thấp, Mw < 30 kDa có thể được chế tạo ở liều

xạ rất thấp < 5 kGy bằng phương pháp kết hợp γCo60

/H2O2 chiếu xạ CTS-80 ở

dạng trương. CTS KLPT thấp thu được có ĐĐA thay đổi không đáng kể so

với CTS ban đầu, khoảng 5%. Để chế tạo COS KLPT < 10 kDa bằng phương

pháp như trên cần liều xạ > 15 kGy, ĐĐA của CTS cắt mạch giảm khoảng

16% ở liều xạ 15,5 kGy. Nếu gia tăng liều xạ > 20 kGy, ĐĐA của COS giảm

117

mạnh (bảng 3.28). Cơ chế của sự đề amin hóa, làm giảm ĐĐA đến nay vẫn

chưa được nghiên cứu. Tuy nhiên, từ kết quả nhận được chúng tôi thấy rằng

để chế tạo CTS KLPT thấp và COS theo phương pháp chiếu xạ γCo60

CTS

trương trong dung dịch H2O2 thì nên sử dụng nồng độ H2O2 < 5% để hạn chế

sự suy giảm ĐĐA của sản phẩm.

Bảng 3.28. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng trương trong dung

dịch H2O2 5% theo liều xạ

Liều xạ, kGy 3,5 7,1 15,5 20,1 22,6

ĐĐA, % 76,2 ± 0,4 75,4 ± 0,1 66,9 ± 0,2 64,2 ± 0,3 47,9 ± 0,1

Qua nghiên cứu hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-80 ở trạng thái trương

chúng tôi có nhận xét như sau: CTS KLPT thấp và COS đã được chế tạo bằng

phương pháp kết hợp đồng vận tia γCo60

và H2O2 cắt mạch CTS-80 ở trạng

thái trương, trong khoảng liều xạ thấp < 20 kGy. ĐĐA của CTS KLPT thấp

thay đổi không đáng kể so với CTS ban đầu. Hiệu ứng đồng vận (tia γCo60

và

H2O2) làm gia tăng hiệu quả cắt mạch và đạt giá trị cực đại là ~17% ở liều xạ

20 kGy. Sự kết hợp H2O2 và chiếu xạ tia γCo60

cho phép chế tạo hiệu quả CTS

KLPT thấp (hình 3.40 b) và COS từ CTS ban đầu (hình 3.40 a) ở dạng trương

trong nước.

Hình 3.40. CTS-80 ban đầu - 50 kDa (a); CTS-80 KLPT thấp – 11,7 kDa (b)

118

3.4.5. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 72% ở

dạng trương

Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 ở dạng trương được tiến hành tương

tự như CTS-80. Sản phẩm cắt mạch của CTS-72 được xác định KLPT bằng

GPC cho số liệu trên bảng 3.29. Kết quả cho thấy khi cắt mạch bằng

H2O2 5%, CTS thu được có KLPT thấp khoảng 20,5 kDa sau 16,8 giờ phản

ứng. Nếu cắt mạch bằng tia γCo60

thì KLPT của CTS-72 cắt mạch đạt được ở

22,4 kGy - tương ứng với 16,8 giờ phản ứng là 47 kDa. Trong khi đó, KLPT

của CTS cắt mạch thu được khi áp dụng đồng thời tia γCo60

và H2O2 5% là

13,3 kDa ở cùng liều xạ 22,4 kGy. Điều này cho thấy cắt mạch đồng vận

CTS-72 bằng tia γCo60

và H2O2 là khá hiệu quả.

Bảng 3.29. Kết quả cắt mạch CTS-72 ở dạng trương trong nước và trong

dung dịch H2O2 5%

Liều xạ t A (H2O2 5%)* B (tia γCo60

)**i

C** (A & B)


3,5 2,6 32,3 4,17 48,4 3,56 30,2 3,19

7,5 5,6 24,3 4,01 48,1 3,59 21,1 2,33

14 10,5 21,7 3,91 47,6 3,12 14,7 2,36

20,1 15,1 20,7 3,42 47,1 3,01 13,6 1,98

22,4 16,8 20,5 3,12 47,0 2,92 13,3 1,62

Mw0 = 48,7 kDa ; PI0 =4,21; * Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ


Sự thay đổi KLPT theo liều xạ tương ứng với thời gian phản ứng được

mô tả trên hình 3.41. Kết quả cho thấy H2O2 5% cắt mạch CTS-72 khá hiệu

quả. Trong khi đó ĐSGKLPT của CTS-72 cắt mạch bằng tia γCo60

là khá

thấp. Sự kết hợp đồng vận tia γCo60

và H2O2 5% cho kết quả không thật sự

119

vượt trội so với cắt mạch bằng H2O2 5%. Kết quả tính hiệu ứng đồng vận trên

bảng 3.30 cũng cho thấy hiệu ứng đồng vận tối đa đạt được khoảng 12% ở 14

kGy. Giá trị này nhìn chung thấp hơn so với hiệu ứng đồng vận cắt mạch

CTS-91 và CTS-80. Sự khác biệt này theo chúng tôi là do sự khác nhau về độ

kết tinh của CTS. CTS có ĐĐA càng thấp, độ kết tinh càng cao nên khả năng

cắt mạch càng thấp.


trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5% (thời gian, giờ = kGy/1,33)


và H2O2 5%


Mẫu CTS


3,5 kGy

(2,6 giờ)

7,5 kGy

(5,6 giờ)

14,0 kGy

(10,5 giờ)

20,1 kGy

(15,1 giờ)

22,4 kGy

(16,8 giờ)

A (5% H2O2)* 33,7 50,1 55,4 57,5 57,9

B (tia γCo60

)**i

0,6 1,2 2,3 3,3 3,5

C (A & B)** 38,0 56,7 69,8 72,1 72,7


D = [C-(A+B)] 3,7 5,4 12,1 11,3 11,3

* Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ (thời gian, giờ = kGy/1,33); i 1 g CTS/5 ml H2O

120

Bảng 3.30 cũng cho thấy hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 tương đối

nhỏ ở liều xạ thấp, sau đó tăng dần đến 12% ở liều xạ 14 kGy rồi giảm dần

khi tăng liều xạ. Nguyên nhân của vấn đề này như đã được trình bày ở phần

cắt mạch CTS-80. Theo đó, hiệu ứng đồng vận ban đầu tương đối thấp là do

khả năng di động của gốc •OH tương đối khó khăn ở trạng thái trương khi

KLPT CTS còn lớn. Khi tăng liều xạ KLPT CTS giảm dần theo đó độ nhớt

giảm dẫn đến khả năng linh động của •OH tăng lên, tương tác của

•OH với

chuỗi CTS trở nên thuận lợi hơn dẫn đến hiệu ứng đồng vận tăng. Ở liều xạ

cao hơn 14 kGy hiệu ứng đồng vận giảm là do nồng độ H2O2 giảm dần theo

thời gian phản ứng.

Hình 3.42. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-72 cắt mạch theo liều xạ ở

trạng thái trương trong nước



Liều xạ (kGy) 3,5 7,5 14,0 20,1 22,4

Gs γCo60

i (μmol/J) 0,012 0,013 0,012 0,012 0,011

Gs γCo60

+ H2O2 5% (μmol/J) 1,203 1,199 1,136 0,883 0,817

i 1 g CTS/5 ml H2O

121

HSCMBX tính theo phương trình (2.4) cho các giá trị trên bảng 3.31. Kết

quả cho thấy tương tự như cắt mạch CTS-80. HSCMBX khi có H2O2 giảm

dần theo liều xạ. Trong khi đó, giá trị HSCMBX của CTS trương nước gần

như không đổi và có giá trị trung bình tính theo các số liệu trên bảng 3.31 là

0,012 ± 0,001 μmol/J. Giá trị này tính bằng phương pháp đồ thị (hình 3.42)

cho kết quả là 0,0116 μmol/J. Như vậy, Gs khi cắt mạch CTS-72 trương trong

nước thấp hơn Gs khi cắt mạch CTS-72 trương trong H2O2 5% ít nhất là 74

lần.

HSTĐPƯ cắt mạch tính được dựa vào hệ số góc của đường thẳng (2.5)

trên hình 3.42 là k72t = 0,6×10-5

kGy-1

. Giá trị này nhỏ hơn so với HSTĐPƯ

cắt mạch của CTS-91 (k917 = 1,32×10-5

kGy-1

) và CTS-80 (k80t = 0,88×10-5

kGy-1

). Taşkin và cộng sự (2014) cho rằng ĐĐA càng thấp tương ứng với độ

kết tinh càng cao cấu trúc càng nhỏ gọn hơn làm gia tăng sự tái kết hợp của

các gốc R• trong chuỗi CTS, do đó tốc độ cắt mạch thấp hơn, giá trị Gs giảm

(bảng 3.32) [91].

Bảng 3.32. Sự phụ thuộc của HSCMBX và HSTĐPƯ theo ĐĐA khi cắt mạch

ở trạng thái rắn [91]

CTS-ĐĐA 78 80 89 97

Gs (μmol/J) 1,36 1,37 1,62 2,07

k (kGy-1

) 2,58×10-7

2,59×10-7

2,99×10-7

3,75×10-7

Bảng 3.32 cũng cho thấy HSTĐPƯ ở trạng thái rắn theo công bố của

Taşkin và cộng sự tương đối thấp hơn so với giá trị mà chúng tôi nhận được

khi cắt mạch ở trạng thái trương. Nguyên nhân có thể là do sự khác nhau về

suất liều bức xạ, KLPT và hàm lượng nước liên kết CTS ban đầu sử dụng.

Tahtat và cộng sự (2012) cũng cắt mạch CTS có ĐĐA ~ 90% ở dạng rắn, kết

quả cho thấy HSTĐPƯ thu được là k = 2,1×10-5

kGy-1

[89]. Giá trị này lớn

hơn so với HSTĐPƯ cắt mạch ở trạng thái rắn do Taşkin và cộng sự công bố

122

(bảng 3.32). Nhìn chung, HSTĐPƯ cắt mạch bức xạ phụ thuộc khá phức tạp

vào KLPT, ĐĐA và điều kiện cắt mạch CTS như: dạng dung dịch, dạng rắn,

hay dạng trương… Nghĩa là hàm lượng nước liên kết với CTS cũng ảnh

hưởng đáng kể đến tốc độ và hiệu suất cắt mạch. Vì vậy, yếu tố này nên được

quan tâm nghiên cứu trong thời gian tới.

Sự thay đổi độ phân tán PI được thể hiện trên hình 3.43. Kết quả cho thấy

PI có xu hướng giảm dần khi tăng liều xạ hay thời gian cắt mạch. Sự kết hợp

đồng vận của tia γCo60

và H2O2 cắt mạch cho phân bố KLPT của CTS đồng

đều hơn. PI của CTS KLPT thấp đạt được < 2 ở liều xạ lớn hơn 20 kGy. Hình

3.43 cũng cho thấy cắt mạch bằng tia γCo60

cho CTS có độ phân tán thấp hơn

so với cắt mạch bằng H2O2 5%. Nguyên nhân có thể là do tác dụng của tia

γCo60

lên CTS đồng đều hơn ở các vị trí của mẫu so với H2O2 5% ở trạng thái

trương, vì vậy cắt mạch bằng tia γCo60

cho độ phân tán KLPT của CTS tương

đối thấp hơn.



123

Hình 3.44. Phổ FT-IR của CTS-72 ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch CTS ở

dạng trương trong H2O2 5% tại các liều xạ 7,5 kGy (b); 14,0 kGy (c);

20,1 kGy (d) và 22,4 kGy (e)

Sự thay đổi cấu trúc của sản phẩm cắt mạch CTS-72 so với CTS-72 ban

đầu được phân tích bằng phổ FT-IR thể hiện trên hình 3.44. Dễ dàng nhận

thấy sản phẩm cắt mạch CTS-72 có các nhóm cấu tạo chính hầu như không

thay đổi so với CTS-72 ban đầu. Kết quả tính ĐĐA theo phương trình (2.3)

dựa vào cường độ pic 1320 và 1420 cm-1

cho kết quả ở bảng 3.33. CTS-72 cắt

mạch – KLPT thấp ở liều xạ 20 kGy có ĐĐA giảm so với CTS-72 ban đầu

khoảng 12%. Độ suy giảm ĐĐA tương đối thấp hơn so với CTS-91 và

CTS-80. Nguyên nhân theo chúng tôi là do CTS-72 khó cắt mạch hơn so với

CTS-91 và CTS-80, mức độ suy giảm KLPT thấp hơn nên sự cắt nhóm amin

cũng ít hơn, độ suy giảm ĐĐA bé hơn.

124



Liều xạ, kGy 0 7,5 14,0 20,1 22,4

ĐĐA, % 72 ± 0,3 70,5 ± 0,3 66,1 ± 0,2 63,2 ± 0,5 63,3 ± 0,3

Hình 3.45. CTS-72 ban đầu - 47,8 kDa (a); CTS-72 KLPT thấp - 13,3 kDa (b)

Hình 3.45 mô tả sự khác nhau về màu sắc của CTS-72 sau khi cắt mạch

so với CTS-72 ban đầu. Kết quả cho thấy tương tự như CTS-91 và CTS-80,

sản phẩm CTS-72 cắt mạch (hình 3.45 b) ở dạng trương cũng có màu vàng

đậm khác hẳn so với CTS-72 ban đầu (hình 3.45 a) có màu trắng sáng.

Qua thí nghiệm nghiên cứu hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 chúng

tôi có một số nhận xét sau:

- Áp dụng hiệu ứng đồng vận tia γCo60

và H2O2 5% cắt mạch CTS-72 có thể

chế tạo được CTS KLPT thấp khoảng 13 kDa (hình 3.45 b) ở liều xạ khoảng

22 kGy. CTS cắt mạch có các nhóm cấu tạo chính hầu như không thay đổi so

với CTS-72 ban đầu (hình 3.45 a).

- Tác nhân H2O2 5% cắt mạch khá hiệu quả CTS-72, độ suy giảm KLPT

CTS-72 không đáng kể khi cắt mạch bằng tia γCo60

.

125

- Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 cực đại đạt được tương đối thấp

khoảng 12%.

- Áp dụng hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 ở trạng thái trương cho hiệu

quả cắt mạch không thật sự vượt trội so với cắt mạch bằng H2O2 5% về mức

độ suy giảm KLPT. Tuy nhiên, phương pháp cắt mạch đồng vận có ưu điểm

trong việc giảm độ đa phân tán của polyme cắt mạch.

Hình 3.46. CTS sau khi cắt mạch bức xạ ở dạng trương

Hình 3.47. CTS-80 (a); CTS KLPT thấp cắt mạch từ CTS-72 (b); CTS-80 (c);

CTS-91(d) và COS chế tạo từ CTS-80 (e)

Hình 3.46 mô tả hỗn hợp sản phẩm sau khi chiếu xạ cắt mạch CTS ở

dạng trương. CTS-91 cắt mạch có màu sắc tương đối đậm hơn so với CTS-80

và CTS-72 cắt mạch. Sau khi chiếu xạ CTS-91 ở dạng vảy tương đối khô

trong khi CTS-80 và CTS-72 cắt mạch ở dạng khối nhão. Nguyên nhân có thể

là do CTS có ĐĐA thấp có khả năng liên kết với nước tốt nên dễ tạo thành

khối nhão. Điều này phù hợp với kết quả nghiên cứu ĐTNBH khi CTS có

ĐĐA 70 – 80% có ĐTHBH vượt trội so với CTS có ĐĐA 90%.

126

Hình 3.47 mô tả một số sản phẩm CTS cắt mạch ở dạng trương sau khi

đã xử lý theo quy trình. Kết quả cho thấy CTS cắt mạch càng sâu cho màu

càng đậm. CTS KLPT thấp (hình 3.47 b, c, d) có màu vàng đậm hơn so với

màu trắng ngà của CTS-80 ban đầu (hình 3.47 a). Trong khi đó màu của COS

(hình 3.47 e) chuyển hẳn sang màu nâu. Nguyên nhân sự thay đổi màu của

CTS cắt mạch là do sự hình thành cấu trúc vòng glucopyranose chưa bão hòa

như chúng tôi trình bày ở phần cắt mạch dung dịch.

Hình 3.48. Phổ UV –vis của CTS-80 (a); CTS KLPT thấp cắt mạch từ

CTS-72 (b); CTS-80 (c); CTS-91(d) và COS chế tạo từ CTS-80 (e) nồng độ

0,1 % (w/v) trong dung dịch axit axetic 0,05%

Phổ Uv-vis cho thấy CTS cắt mạch (hình 3.48 b, c, d, e) xuất hiện pic

293 nm và cường độ của pic này tăng dần theo chiều giảm KLPT.

Wasikiewicz [105] và Tahtat [89] cũng đưa ra kết quả tương tự về xuất hiện

pic 293 nm của CTS cắt mạch bằng bức xạ γCo60

cũng như bức xạ vi sóng

(microwave). Pic 293 nm biểu thị cho sự xuất hiện của nhóm cacbonyl (C=O)

127

cuối mạch tại các vị trí cacbon C1 và C4 khi CTS bị cắt mạch [89]. Ngoài ra,

Phổ UV-vis của CTS còn cho thấy pic hấp thụ ở 230 nm tương ứng với

sự chuyển dịch n→σ* của nhóm amido trong phân tử CTS. Wang và cộng sự

[102] cho rằng đối với CTS ban đầu chưa cắt mạch, sự chuyển dịch n→σ*

này có thể quan sát được ở bước sóng ngắn hơn khoảng 200 nm [102].

Qua nghiên cứu hiệu ứng đồng vận tia γCo60

và H2O2 5% cắt mạch CTS ở

dạng trương chúng tôi thu được một số kết luận quan trọng sau:

- H2O2 5% cắt mạch CTS ở dạng trương hiệu quả hơn so với tia γCo60

(1,33 kGy/h).

- ĐSGKLPT CTS khi cắt mạch bằng tia γCo60

ở dạng trương thấp hơn đáng

kể so với khi cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch.

- Khác với cắt mạch bằng chiếu xạ trong dung dịch – hiệu ứng đồng vận giảm

theo liều xạ, CTS cắt mạch ở dạng trương cho hiệu ứng đồng vận đạt cực đại

ở liều xạ khoảng 9, 20 và 14 kGy tương ứng với CTS-91; CTS-80 và CTS-72

ban đầu.

- HSCMBX được gia tăng đáng kể khi có mặt H2O2. Mức độ gia tăng

HSCMBX giảm khi tăng liều xạ.

- CTS KLPT thấp có thể chế tạo hiệu quả bằng kết hợp đồng vận tia γCo60

và

H2O2 5%. Cấu trúc và ĐĐA của CTS KLPT thấp thay đổi không đáng kể so

với CTS ban đầu ở liều xạ < 12 kGy.

- Đây là lần đầu tiên quá trình nghiên cứu cắt mạch CTS ở dạng trương được

tiến hành. Sản phẩm CTS KLPT thấp và COS sau chiếu xạ được thu hồi dễ

dàng hơn so với chiếu xạ dung dịch vì vậy rất có triển vọng áp dụng ở quy mô

công nghiệp. Ngoài ra CTS KLPT thấp có thể được ứng dụng trực tiếp hoặc

làm nguyên liệu để chế tạo COS trong dung dịch với liều xạ thấp.

128

3.5. KHẢ NĂNG CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BẰNG H2O2 TRONG

DUNG DỊCH

Các kết quả cắt mạch sử dụng H2O2 [76], [44], [45] đều cho thấy song

song với quá trình cắt mạch luôn kèm theo sự đề amin hóa. Mức độ đề amin

hóa càng mạnh khi cắt mạch càng sâu và tăng nồng độ H2O2 [45]. Qin và cộng

sự trong nghiên cứu cắt mạch CTS bằng H2O2 đã thông báo COS chế tạo

được có Mw ~ 1,2 kDa mất đến 40% nhóm amin [76].

Trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành cắt mạch hóa học sử dụng

H2O2 theo hai phương pháp khác nhau nhằm nghiên cứu khả năng bảo vệ

nhóm amin và hạn chế sự thay đổi cấu trúc của CTS cắt mạch. Phương pháp 1

là phương pháp cắt mạch theo bậc – đưa H2O2 vào phản ứng theo kiểu gián

đoạn 1% H2O2/1 giờ. Phương pháp 2 là phương pháp cắt mạch trực tiếp – đưa

H2O2 vào hệ phản ứng một lúc ngay từ đầu. Kết quả của nghiên cứu này được

dùng để so sánh với phương pháp chế tạo COS bằng hiệu ứng đồng vận

(tia γCo60

và H2O2) trên phương diện hiệu quả cắt mạch và hạn chế sự suy

giảm ĐĐA.

Hình 3.49. CTS có KLPT 31 (a), 15(b), 10(c) và 5 kDa (d)

Hình ảnh của CTS cắt mạch bằng phương pháp hóa học theo bậc (phương

pháp 1) so với CTS ban đầu thể hiện trên hình 3.49. Kết quả cắt mạch theo

phương pháp này cho số liệu trên bảng 3.34.

129

Bảng 3.34. KLPT, PI và ĐĐA của CTS được cắt mạch với các thời

gian khác nhau theo phương pháp 1

Stt Thời gian cắt mạch Mw (kDa) PI ĐĐA (%)

0 0 31,3 3,40 91,0

1 Cho vào 1% H2O2, phản ứng 1 giờ 25,5 3,10 -

2 Thêm 1% H2O2, phản ứng tiếp 1 giờ 18,6 2,60 -

3 Thêm 1% H2O2, phản ứng tiếp 1 giờ 15,6 2,40 76,9



6 Không thêm H2O2, phản ứng tiếp 1 giờ 5,1 2,12 -

(-) không xác định

Sự phụ thuộc giữa KLPT CTS vào thời gian cắt mạch được trình bày

trên hình 3.50. Kết quả cho thấy KLPT của CTS giảm khi gia tăng thời gian

cắt mạch. Kết quả trên bảng 3.34 cũng cho thấy thời gian phản ứng 1 giờ là

phù hợp để 1% H2O2 phản ứng hết. Sau 1 giờ phản ứng khi không thêm H2O2

KLPT của CTS thay đổi không đáng kể. Điều đáng chú ý là ĐĐA giảm từ

91% xuống 73,6 % chứng tỏ rằng song song với quá trình cắt mạch có sự đề

amin hóa. COS thu được sau 5 giờ phản ứng có ĐĐA giảm khoảng 18% so

với CTS ban đầu. Mức độ suy giảm ĐĐA này là lớn hơn đáng kể so với

phương pháp chế tạo COS bằng chiếu xạ dung dịch áp dụng hiệu ứng đồng

vận của tia γCo60

và H2O2 (có độ suy giảm ĐĐA <12%).

Hồi qui phi tuyến theo hai mô hình hàm luỹ thừa với biến số thời gian và

hàm mũ cơ số tự nhiên về sự phụ thuộc của Mw theo thời gian cắt mạch t (giờ)

trong dung dịch CTS 5% ở nhiệt độ 55oC bằng tác nhân H2O2 5% theo

phương pháp thêm H2O2 gián đoạn (H2O21%/1giờ), chúng tôi nhận thấy mối

liên hệ này có thể diễn tả bằng hàm số:

Mw = 34,665×e-0,324×t

(3.13)

130

Hình 3.50. Sự phụ thuộc của KLPT vào thời gian cắt mạch theo phương pháp 1

Bảng 3.35. Kết quả hồi qui phi tuyến theo mô hình hàm mũ cơ số tự nhiên

(exponential) và hàm luỹ thừa với biến số thời gian (power)

theo phương pháp 1

Mô hình Hệ số ANOVA

R2

Hằng số Thời gian F P

Exponential 34,665 -0,324 184,776 0,000 0,974

Power 31,352 -0,926 30,164 0,005 0,883

Kết quả phân tích thống kê cho thấy ở mức kiểm định nghiêm ngặt

α = 0,001 mô hình hàm mũ (3.13) mô tả tốt số liệu thực nghiệm

(F(6) = 184,766; p = 0,000) với R2 = 0,974 (bảng 3.35) có nghĩa là 97,4 %

của phương sai có thể giải thích bằng mô hình. Như vậy mô hình này thích

hợp mô tả mối tương quan giữa thời gian cắt mạch và KLPT.

Từ kết quả trên có thể dự đoán phản ứng cắt mạch tuân theo mô hình

động học bậc nhất theo đó tốc độ cắt mạch không phụ thuộc vào nồng độ

131

H2O2 có thể do được bổ sung liên tục nên duy trì giá trị không đổi. Giả thiết

tốc độ giảm khối lượng phân tử r, chỉ tỉ lệ bậc nhất với KLPT ta có:

[ ] (3.14)ww

dMr k M

dt

Tách biến và lấy tích phân hai vế với điều kiện biên là tại thời điểm t = 0,

KLPT có giá trị M0

w

[Mw] = [M0

w]e-kt

(3.15)

Mô hình động học bậc nhất này cũng phù hợp với kết quả hồi qui phi

tuyến ta có M0

w = 34,99 kDa và k = 0,329 giờ-1

. Giá trị M0

w = 34,99 kDa cũng

gần với giá trị ban đầu là 31,2 kDa.

Theo phương pháp 2, H2O2 5% được đưa vào một lần. Sau 1 giờ cắt

mạch, lấy mẫu để phân tích GPC và FT-IR. Kết quả thu được trên bảng 3.36.

Sự phụ thuộc KLPT của CTS cắt mạch vào thời gian phản ứng được trình bày

trên hình 3.51.

Bảng 3.36. KLPT và ĐĐA phụ thuộc thời gian cắt mạch theo phương pháp 2

Stt Thời gian cắt mạch (giờ) Mw (kDa) PI ĐĐA (%)

0 0 31,3 3,40 91,0

1 0,5 21,3 2,82 -

2 1 16,9 2,49 -

3 2 14,0 2,31 -

4 3 13,8 2,37 -

5 4 12,1 2,16 -

6 5 10,6 2,09 71,5

(-) không xác định

Tương tự như phương pháp 1, chúng tôi cũng nhận thấy có sự đề amin

hóa khi quá trình cắt mạch xảy ra nhưng ở mức độ mạnh hơn. CTS KLPT

132

thấp thu được sau 5 giờ phản ứng có ĐĐA khoảng 71,5%, giảm 21% so với

CTS ban đầu. Trong cả hai trường hợp độ đa phân tán PI có khuynh hướng

giảm nhẹ từ 3,4 đến 2,0. Phân tích thống kê cho thấy độ đa phân tán của

phương pháp 1 (PItrung bình = 2,51; SD = 0,56; N = 7) không khác với độ phân

tán phương pháp 2 (PItrung bình = 2,52; SD = 0,46; N = 7) với t(12) = -0,026,

p = 0,98; trong đó SD là độ lệch chuẩn và N là cỡ mẫu.

Hình 3.51. Sự phụ thuộc của KLPT vào thời gian cắt mạch


Bảng 3.37. Kết quả hồi qui phi tuyến theo mô hình hàm mũ cơ số tự nhiên

(exponential) và hàm luỹ thừa với biến số thời gian (power)


Mô hình Hệ số ANOVA

R2

Hằng số Thời gian F P

Exponential 26,288 -0,164 51,769 0,001 0,912

Power 21,566 -0,368 150 0,000 0,987

133

Hồi qui phi tuyến mối quan hệ KLPT và thời gian cắt mạch theo hàm lũy

thừa với biến số thời gian và hàm mũ cơ số tự nhiên chúng tôi thu được kết

quả trình bày ở bảng 3.37. Với mức kiểm định nghiêm ngặt α = 0,001 chỉ có

hàm mũ cơ số thời gian phù hợp với số liệu thực nghiệm (p < 0,001). Hệ số

tương quan cao R2 = 0,987 cho thấy có đến 98,7% của phương sai có thể giải

thích bằng mô hình.

Mw = 21,566×t-0,368

(3.16)

Như vậy, mô hình này thích hợp cho số liệu thực nghiệm. Trong trường

hợp này rõ ràng động học phản ứng xảy ra khác với trường hợp trên. Chúng

tôi vẫn chưa lý giải được cơ chế xảy ra mô hình.

Qua quá trình nghiên cứu cắt mạch CTS bằng H2O2 trong dung dịch

chúng tôi thu được một số nhận xét sau: Với phương pháp 1 – H2O2 được đưa

vào từng giai đoạn khác nhau, động học cắt mạch tuân theo mô hình động học

bậc nhất. Khi H2O2 được đưa vào cùng một lúc (theo phương pháp 2) phản

ứng không tuân theo mô hình bậc nhất, mô hình cụ thể của nó cần nghiên cứu

thêm. Phương pháp 1 có ưu thế hơn so với phương pháp 2 về phương diện

bảo vệ nhóm amin và ít làm thay đổi cấu trúc của sản phẩm. Tuy nhiên, so với

phương pháp chiếu xạ áp dụng hiệu ứng đồng vận của H2O2 và tia γCo60

thì

chế tạo COS bằng phương pháp hóa học có độ suy giảm ĐĐA lớn hơn.

134

3.6. ỨNG DỤNG SẢN PHẨM CHITOSAN CẮT MẠCH

3.6.1. Hiệu ứng chống oxi hóa

Trong thí nghiệm này, chúng tôi lựa chọn một số mẫu CTS có Mw khác

nhau được chế tạo bằng hiệu ứng đồng vận tia γCo60

và H2O2 để khảo sát khả

năng chống oxi hóa. Kí hiệu mẫu và điều kiện chế tạo mẫu được trình bày ở

bảng 3.38.

Bảng 3.38: Kí hiệu các mẫu CTS cho nghiên cứu hiệu ứng chống oxi hóa

Kí hiệu mẫu Mw, kDa ĐĐA,% Mục chế tạo

CTSM45T 45,0 91 3.4.2

CTSM23T 23,4 90 3.4.3

COSM10D 9,9 88 3.3.1

COSM5D 4,7 83 3.3.1

T chế tạo ở dạng trương,

D mẫu chế tạo trong dung dịch

Kết quả đo OD, tính hiệu suất bắt gốc tự do dựa vào công thức (2.7) theo

thời gian được trình bày ở hình 3.52. Kết quả cho thấy CTS và COS có Mw

càng nhỏ hiệu suất bắt gốc tự do càng cao. Tại thời gian phản ứng 90 phút,

hiệu suất bắt gốc tự do là 69,9; 84,5; 89,2 và 99,3% tương ứng đối với Mw

CTS và COS là 45,0; 23,4; 9,9 và 4,7 kDa. Tomida và cộng sự [96] cũng xác

nhận xu hướng này khi nghiên cứu hiệu suất chống oxi hóa của CTS và COS

có Mw từ 2,8 đến 931 kDa. Kết quả của Feng và cộng sự [36] nghiên cứu hoạt

tính chống oxi hóa của CTS cắt mạch bằng phương pháp chiếu xạ tia γCo60

trong khoảng liều cho đến 20 kGy cũng cho thấy mẫu CTS chiếu xạ tại liều

20 kGy có hoạt tính chống oxi hóa là cao nhất 63,8% so với 16,6; 41,1 và

47,1% tương ứng với liều xạ 0, 2 và 10 kGy. Yang và cộng sự [113] cho rằng

nhóm amin (–NH2) và hydroxyl (–OH) của CTS và COS đóng vai trò quyết

định hoạt tính chống oxi hóa. So sánh với CTS thì các nhóm –NH2 và –OH

135

của COS linh động hơn. Các nhóm này trong phân tử của CTS kém linh động

vì liên kết hydro nội phân tử và ngoại phân tử do đó làm giảm hoạt tính chống

oxi hóa của CTS.

Hình 3.52. Hiệu suất bắt gốc tự do của CTS và COS

3.6.2. Hiệu ứng kháng khuẩn

Hiệu ứng kháng khuẩn của CTS KLPT thấp chế tạo bằng chiếu xạ

Từ kết quả chế tạo CTS KLPT thấp bằng phương pháp chiếu xạ γCo60

CTS trương trong dung dịch H2O2 5% ở mục 3.4.2, các mẫu CTS ban đầu

91,7 kDa và một số mẫu CTS có Mw khác nhau: 60; 45; 30 kDa được chúng

tôi lựa chọn để khảo sát hiệu ứng kháng khuẩn theo phương pháp đã trình bày

trong mục 2.3.4. Kết quả khảo sát được trình bày trên bảng 3.39.

136

Bảng 3.39. Hoạt tính kháng khuẩn của CTS có KLPT Mw (kDa)

khác nhau đối với E. coli

Mẫu Đối chứng CTSM91 CTSM60 CTSM45 CTSM30

E. coli, CFU/ml 2,9×108 1,6×10

8 7,0×10

2 7,8×10

3 9,7×10

2

, % - 44,8276 99,9998 99,9973 99,9997

Kết quả trên bảng 3.39 cho thấy các mẫu CTS Mw 30 – 60 kDa được chế

tạo bằng phương pháp chiếu xạ γCo60

CTS trương trong dung dịch H2O2 5%

có hiệu ứng kháng khuẩn tốt với η ~ 100%. Trong đó, mẫu CTSM60 tương

ứng với KLPT 60 kDa được chế tạo bằng chiếu xạ ở liều thấp 2,5 kGy thể

hiện hoạt tính kháng khuẩn tốt hơn các mẫu còn lại. Qin và cộng sự (2006)

[74] cũng cho rằng hoạt tính kháng khuẩn tối ưu đạt được đối với CTS

khoảng 50 đến 60 kDa. Vì vậy, CTS KLPT thấp chế tạo được bằng hiệu ứng

đồng vận γCo60

và H2O2 ở liều thấp trong nghiên cứu của luận án có thể sử

dụng để làm chất bảo quản thực phẩm và cho nhiều mục đích kháng khuẩn

khác.

Hiệu ứng kháng khuẩn của CTS KLPT thấp và COS chế tạo bằng

phương pháp hóa học

CTS KLPT thấp chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ cho hiệu ứng kháng

khuẩn tốt và có thể áp dụng sản xuất với quy mô lớn nhưng đòi hỏi phải có

nguồn bức xạ. Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng CTS KLPT thấp và COS bằng

phương pháp hóa học hiện vẫn còn phù hợp trong điều kiện nguồn xạ chưa

phổ biến đối với nước ta hiện nay. Trong thí nghiệm này chúng tôi nghiên cứu

khả năng kháng khuẩn của CTS cắt mạch bằng phương pháp hóa học nhằm

mục đích ứng dụng vào chăn nuôi ở các địa phương chưa có nguồn xạ.

Từ kết quả chế tạo COS bằng phương pháp hóa học ở mục 3.5, các mẫu

CTS có Mw khác nhau gồm 5, 10, 15 kDa được chúng tôi lựa chọn để khảo sát

137

hiệu ứng kháng khuẩn với kí hiệu tương ứng là COSM5, COSM10 và

CTSM15. Đối tượng vi khuẩn được lựa chọn để khảo sát là E. coli (gram âm)

và S. aureus (gram dương).

Hiệu ứng kháng khuẩn E. coli

Kết quả khảo sát hiệu ứng kháng E. coli của mẫu CTS và COS được trình

bày trên bảng 3.40.

Bảng 3.40. Hiệu suất diệt khuẩn E. coli của CTS KLPT thấp và COS

Mẫu Đối chứng COSM5 COSM10 CTSM15

E. coli, CFU/ml 5,3×102 2,9×10

1 2,1×10

1 < 1

, % 0 94,53 96,04 100

* Nồng độ CTS/COS 400 ppm

Bảng 3.40 cho thấy các mẫu CTS cắt mạch có hoạt tính kháng khuẩn cao.

Đặc biệt mẫu CTSM15 tương ứng với CTS có Mw ~ 15 kDa cho hiệu quả

kháng khuẩn tốt hơn so với COS, hiệu suất kháng khuẩn đạt ~100%. Mẫu này

được lựa chọn để khảo sát hiệu quả kháng khuẩn theo nồng độ. Kết quả cho ở

bảng 3.41.

Bảng 3.41. Hiệu quả diệt khuẩn E. coli của CTSM15 có nồng độ khác nhau

Mẫu Đối chứng 200 ppm 300 ppm 400 ppm

E. coli, CFU/ml 3,2×107

7,8×106

6,4×104

1,7×102

, % 0 75,63 99,80 99,99

Bảng 3.41 cho thấy nồng độ CTSM15 phù hợp để sử dụng cho hoạt tính

kháng khuẩn là 300 ppm.

Hiệu ứng kháng khuẩn S. aureus

Hiệu ứng kháng khuẩn S. aureus cũng được khảo sát tương tự như đối

với E. coli. Kết quả thu được cho ở bảng 3.42.

138

Bảng 3.42. Hiệu quả diệt khuẩn S. aureus của CTS có KLPT khác nhau

Mẫu Đối chứng COSM5 COSM10 CTSM15

S.Aureus, CFU/ml 1,3×104

1,2×102

< 1 < 1

, % 0 99 100 100

* Nồng độ CTS/COS 200 ppm

Bảng 3.42 cho thấy khi tăng Mw hiệu quả diệt khuẩn tăng. Mẫu COSM10

ở nồng độ 200 ppm đã có khả năng diệt gần như hoàn toàn vi khuẩn S.

aureus. Tuy nhiên, để diệt được E. coli bằng COSM10 cần nồng độ lớn hơn >

400 ppm (bảng 3.41). Do đó CTSM15 vẫn được lựa chọn để đảm bảo khả

năng diệt đồng thời cả hai loại vi khuẩn này ở nồng độ thấp. Kết quả khảo sát

hiệu ứng kháng khuẩn của CTS15 theo nồng độ được thể hiện trên bảng 3.43.

Bảng 3.43. Hiệu quả diệt khuẩn S. aureus của CTS có nồng độ khác nhau

Mẫu Đối chứng 100 ppm 200 ppm 300 ppm

S. aureus, CFU/ml 1,4.104

2,6.103

3,1.102

< 1

, % 0 81,23 97,79 100

Bảng 3.43 cho thấy nồng độ tối thiểu để diệt vi khuẩn S. aureus là

200 ppm. Kết quả này cũng cho thấy khả năng kháng khuẩn của CTSM15 lên

vi khuẩn gram dương (S. aureus) là tốt hơn so với vi khuẩn gram âm (E. coli).

Qua kết quả thu được từ nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của CTS cắt

mạch bằng phương pháp hóa học, chúng tôi có một số nhận xét như sau:

- CTS có KLPT Mw ~ 10 - 15 kDa chế tạo bằng phương pháp cắt mạch hóa

học theo bậc có khả năng kháng khuẩn tốt.

- Nồng độ CTS Mw 15 kDa thích hợp để kháng vi khuẩn E. coli (gram âm) là

300 ppm, vi khuẩn S. aureus (gram dương) là 200 ppm.

139

3.6.3. Hiệu ứng kích thích tăng trưởng và kháng bệnh trên gà

Qua tìm hiểu tài liệu chúng tôi nhận thấy việc bổ sung COS vào khẩu

phần ăn của gà con đã làm giảm số lượng E. coli trong đường tiêu hóa, tăng

mật độ vi nhung mao đường ruột, tăng nồng độ kháng thể trong huyết thanh

chống lại virus Newcastle, và tăng hiệu suất sinh trưởng [104]. Vì vậy trong

thí nghiệm này, chúng tôi bước đầu nghiên cứu khả năng kích thích tăng

trưởng và kháng bệnh cho gà dựa trên kết quả kháng khuẩn của CTS chế tạo

được.

CTS Mw thấp 30 – 60 kDa cho hiệu ứng kháng khuẩn tốt. Tuy nhiên, khả

năng ứng dụng của loại CTS này vào quá trình chăn nuôi gặp cản trở vì khả

năng hấp thu thấp. Trong khi đó, COS dễ dàng hấp thu qua ruột, nhanh chóng

đi vào máu và gây các hiệu ứng sinh học có hệ thống [42]. Vì vậy, các mẫu

COSM5, COSM10 và CTSM15 được lựa chọn cho nghiên cứu thử nghiệm

kích thích tăng trưởng và kháng bệnh trên gà.

Thí nghiệm khảo sát khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng trên

gà được bố trí gồm 4 lô. Trong đó, có 1 lô đối chứng và 3 lô còn lại được bổ

sung các loại COSM5, COSM10 và CTSM15 vào thức ăn với nồng độ

300 ppm. Từ việc so sánh giữa các lô thí nghiệm, các chỉ tiêu theo dõi khả

năng kháng bệnh và tăng trưởng của gà được đưa ra ở bảng 3.44 và bảng

3.45.

140

Bảng 3.44. Ảnh hưởng của CTS có Mw khác nhau

Hiện tượng Lô 1

COSM5

Lô 2

COSM10

Lô 3

CTSM15

Lô đối chứng

Chết Chết 1 con Chết 2 con

Lông tơ Lông tơ rụng

bình thường

Lông tơ rụng

khá nhiều

Lông tơ rụng

gần hết

Lông tơ rụng

thưa thớt

Hình thái phân Phân khá khô,

tròn vẫn còn

màu vàng của

bột, cho thấy

tiêu hóa

không tốt lắm.

Phân khô,

tròn, màu

vàng của bột

ít, cho thấy

tiêu hóa khá

tốt

Phân khô,

tròn, màu

vàng của bột

rất ít, cho

thấy tiêu hóa

tốt

Phân khô,

khá tròn,

màu vàng

của bột còn

nhiều, cho

thấy tiêu hóa

không tốt

Nhanh nhẹn Phát triển

chưa đều, đa

số không năng

động lắm

Phát triển

khá đều,

năng động

Phát triển

đều, không

có gà còi

cọc, năng

động

Phát triển

bình thường,

gà còi cọc

khá nhiều.

Màu lông,

mào, chân

Không phân

biệt rõ so với

gà đối chứng

Lông màu

đậm, mào

đỏ, chân

vàng sáng

Lông màu

đậm, mào đỏ

tươi, chân

vàng sáng

Bình thường

Dấu hiệu khác

(độ linh hoạt,

ăn kém,…)

Bị tác động

nhẹ khi thời

tiết thay đổi

hoặc khi tiêm

thuốc

Không bị tác

động khi

thời tiết thay

đổi hoặc khi

tiêm thuốc

Không bị tác

động khi

thời tiết thay

đổi hoặc khi

tiêm thuốc

Bị tác động

khi thời tiết

thay đổi

hoặc khi

tiêm thuốc

141


Mã số cân

(8 con/mã cân)

Lô đối chứng Lô 1

COSM5

Lô 2

COSM10

Lô 3

CTSM15

1 14,4 14,8 15,4 15,3

2 14,0 14,7 15,3 15,5

3 14,2 14,9 15,3 15,7

4 14,1 15,0 15,4 15,6

5 14,3 14,6 15,3 15,4

Trung bình 14,2 ± 0,2 14,8 ± 0,2 15,3 ± 0,1 15,5 ± 0,2

Độ tăng trọng, % - 4,20 ± 0,02 8,04 ± 0,01 9,20 ± 0,03

Phân tích ANOVA một chiều (one-way ANOVA), và kiểm định LSD kết

quả cho thấy COSM5, COSM10 và CTSM15 đều cho hiệu quả tăng trọng cao

hơn so với mẫu đối chứng (p = 0,00). Trong đó, COM10 và CTS15 không có sự

khác biệt thống kê (p = 0,089) và cho hiệu quả tốt hơn so với COSM5 (p = 0,00).

Kết quả khảo sát sơ bộ các chỉ tiêu phát triển của gà ở bảng 3.44 cho thấy

gà được bổ sung CTSM15 cho hiệu ứng phát triển tốt, gà không bị chết, còi

cọc và ít bị tác động khi thời tiết thay đổi hay khi tiêm thuốc. Vì vậy mẫu

CTSM15 phù hợp để bổ sung vào thức ăn của gà và được chúng tôi lựa chọn

để khảo sát nồng độ thích hợp để bổ sung vào thức ăn.

Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ CTSM15 đến khả năng

kháng bệnh và kích thích tăng trưởng lên gà cũng được tiến hành với 4 lô.

Trong đó, có 3 lô được bổ sung CTSM15 vào thức ăn với nồng độ 100 ppm,

200 ppm và 400 ppm, lô còn lại là lô đối chứng. Từ việc so sánh giữa các lô

thí nghiệm, các chỉ tiêu theo dõi khả năng kháng bệnh và tăng trưởng của gà

được đưa ra ở bảng 3.46 và bảng 3.47.

142

Bảng 3.46. Ảnh hưởng của CTSM15 có nồng độ khác nhau

Hiện tượng Lô 1

(100 ppm)

Lô 2

(200 ppm)

Lô 3

(400 ppm)

Lô

đối chứng

Dịch Chết 10 con Chết 6 con Chết 5 con Chết 11 con

Lông tơ Lông tơ rụng

bình thường

Lông tơ rụng

khá nhiều

Lông tơ rụng

gần hết

Lông tơ rụng

thưa thớt

Hình thái

phân

Phân khá khô,

tròn vẫn còn

màu vàng của

bột, cho thấy

tiêu hóa

không tốt lắm.

Phân khô, tròn,

màu vàng của

bột ít, cho thấy

tiêu hóa khá tốt

Phân khô,

tròn, màu

vàng của bột

rất ít, cho

thấy tiêu hóa

tốt

Phân khô,

khá tròn,

màu vàng

của bột còn

nhiều, cho

thấy tiêu hóa

không tốt

Nhanh nhẹn Phát triển

chưa đều, đa

số không năng

động lắm

Phát triển khá

đều, năng động

Phát triển

đều, không

có gà còi

cọc, năng

động

Phát triển

bình thường,

gà còi cọc

khá nhiều.

Con to thì to

rất nhanh

Màu lông,

mào, chân

Không phân

biệt rõ so với

gà đối chứng

Lông màu đậm,

mào đỏ, chân

vàng sáng

Lông màu

đậm, mào đỏ

tươi, chân

vàng sáng

Bình thường

Dấu hiệu

khác

(độ linh

hoạt, ăn

kém,…)

Bị tác động

nhẹ khi thời

tiết thay đổi

hoặc khi tiêm

thuốc

Không bị tác

động khi thời

tiết thay đổi

hoặc khi tiêm

thuốc

Không bị tác

động khi

thời tiết thay

đổi hoặc khi

tiêm thuốc

Bị tác động

khi thời tiết

thay đổi

hoặc khi

tiêm thuốc

143


Mã số cân

(8 con/mã cân)

Lô đối chứng

(0 ppm)

Lô 1

(100 ppm)

Lô 2

(200 ppm)

Lô 3

(400 ppm)

1 12,7 13,4 13,5 13,9

2 12,7 13,5 13,6 13,5

3 12,8 13,3 13,7 13,7

4 12,9 13,6 13,7 13,8

5 12,7 13,2 13,5 13,6

Trung bình 12,8 ± 0,1 13,4 ± 0,2 13,6 ± 0,1 13,7 ± 0,2

Độ tăng trọng, % - 5,00 ± 0,01 6,58 ± 0,01 7,40 ± 0,02

Phân tích ANOVA một chiều và kiểm định LSD kết quả cho thấy nồng độ

100, 200 và 400 ppm đều cho hiệu quả tăng trọng cao hơn so với mẫu đối chứng

(p = 0,00). Trong đó, nồng độ 200 và 400 ppm không có sự khác biệt thống kê

(p = 0,243) và cho hiệu quả tốt hơn so với 100 ppm (p = 0,027 và p = 0,002).

Kết quả khảo sát sơ bộ các chỉ tiêu phát triển của gà ở bảng 3.46 cho thấy

gà được bổ sung CTSM15 với nồng độ 200 - 400 ppm cho hiệu quả phát triển

tốt, gà ít bị chết khi gặp dịch, phát triển đều không bị còi cọc và ít bị tác động

khi thời tiết thay đổi hay khi tiêm thuốc.

Qua thử nghiệm khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng trên gà

của CTSM15 chúng tôi có một số kết luận như sau:

Khi có bổ sung CTSM15 gà có sức đề kháng tốt hơn khi thời tiết thay đổi

hoặc khi tiêm vắc-xin phòng dịch. CTSM15 có tác dụng giúp cho hệ tiêu hóa

của gà tốt hơn, phân khô hơn làm cho chuồng trại khô ráo, sạch sẽ, không ẩm

ướt, ít mùi hôi thối. Màu lông đậm hơn, mào đỏ tươi, chân sáng hơn. Do ít bị

nhiễm bệnh nên gà có tốc độ lớn ổn định. Kết quả phân tích cho thấy

CTSM15 nồng độ 200 - 400 ppm bổ sung vào thức ăn của gà cho hiệu quả

kháng bệnh và tăng trưởng tốt nhất.

144

KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN

Đây là công trình đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu một cách có hệ thống

về hiệu ứng đồng vận của tia γCo60

và H2O2 cắt mạch chitosan với các độ đề

axetyl khác nhau: 70, 80 và 90%. Kết quả thu được khi nghiên cứu hiệu ứng

đồng vận cắt mạch chitosan ở trạng thái trương, cắt mạch trong dung dịch với

nồng độ 5% chitosan và cắt mạch bằng H2O2 theo bậc là những kết quả mới

chưa được công bố. Luận án đóng góp cho việc phát triển ứng dụng chế tạo

dung dịch oligochitosan ở nồng độ cao 5% hướng tới sản xuất với quy mô lớn

(trước đây chỉ 1 - 3%). Từ nội dung nghiên cứu của luận án chúng tôi đạt

được một số kết quả sau:

1. Chitosan có độ đề axetyl khá cao 83% đã được chế tạo trong điều kiện

NaOH 50%, nhiệt độ 90°C chỉ sau 3 giờ phản ứng. Độ đề axetyl có thể được

gia tăng lên đến 95,5% bằng cách để nguội hỗn hợp phản ứng sau 12 giờ.

2. Dung dịch oligochitosan 5% được chế tạo bằng kết hợp đồng vận của tia

γCo60

và H2O2 0,5% ở liều xạ thấp dưới 20 kGy. Hiệu ứng đồng vận giảm khi

tăng liều xạ. Liều xạ cần để chế tạo oligochitosan từ chitosan ban đầu có độ

đề axetyl là 91, 80 và 72% tương ứng là 7, 9 và 17 kGy. Hiệu suất cắt mạch

bức xạ được gia tăng đáng kể khi có mặt H2O2 trong dung dịch chiếu xạ.

Chitosan có độ đề axetyl càng cao thì hiệu suất cắt mạch bức xạ và hằng số

tốc độ cắt mạch bức xạ càng cao. Độ đề axetyl của oligochitosan suy giảm so

với chitosan ban đầu dưới 12% tùy thuộc vào liều xạ.

3. Chitosan khối lượng phân tử 30 – 45 kDa được chế tạo hiệu quả bằng chiếu

xạ chitosan (Mw ~ 91,7 kDa, ĐĐA ~ 91,3%) ở dạng trương trong dung dịch

H2O2 trong khoảng liều xạ thấp 2,5 – 10 kGy. Nồng độ H2O2 5% là phù hợp

cho quá trình cắt mạch chitosan ở trạng thái trương trên phương diện hạn chế

145

sự thay đổi cấu trúc và giảm độ đề axetyl của sản phẩm. Suất liều càng thấp

hiệu quả cắt mạch càng cao.

4. Lần đầu tiên chitosan khối lượng phân tử thấp và oligochitosan được chế

tạo bằng hiệu ứng đồng vận ở dạng trương. Tác nhân H2O2 5% cắt mạch

chitosan hiệu quả hơn so với tia γCo60

(1,33 kGy/h). Hiệu suất cắt mạch

chitosan bằng tia γCo60

ở trạng thái trương thấp hơn đáng kể so với trạng thái

dung dịch. Chitosan cắt mạch ở dạng trương có hiệu ứng đồng vận đạt cực đại

ở liều xạ khoảng 9, 20 và 14 kGy tương ứng với chitosan ban đầu có độ đề

axetyl khoảng 91, 80 và 72%. Cấu trúc và độ đề axetyl của sản phẩm cắt

mạch thay đổi không đáng kể so với chitosan ban đầu ở liều xạ < 12 kGy.

5. Phương pháp cắt mạch gia tăng nồng độ H2O2 theo thời gian tuân theo mô

hình động học bậc nhất. Phương pháp này có ưu thế hơn so với việc sử dụng

H2O2 ở nồng độ cao ngay từ đầu về mặt hiệu quả cắt mạch cũng như bảo vệ

nhóm amin. Tuy nhiên, xét về hiệu quả cắt mạch thì phương pháp này vẫn

kém hơn so với phương pháp sử dụng hiệu ứng đồng vận tia γCo60

và H2O2.

6. Chitosan khối lượng phân tử càng nhỏ thể hiện hoạt tính chống oxi hóa

càng cao. Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan khối lượng phân tử thấp cao

hơn so với oligochitosan. Chitosan khối lượng phân tử 30 - 60 kDa thể hiện

hoạt tính kháng khuẩn tốt với hiệu suất kháng khuẩn ~100%. Khối lượng

phân tử khoảng 15 kDa là phù hợp để gia tăng sức đề kháng và trọng lượng

cho gà. Nồng độ thích hợp để bổ sung vào thức ăn cho gà là 200 - 400 ppm.

Đề nghị cho những nghiên cứu tiếp theo

- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nước liên kết với chitosan đến tốc độ

và hiệu suất cắt mạch đồng vận của tia γCo60

và H2O2 ở trạng thái trương.

- Nghiên cứu cơ chế thay đổi tốc độ phản ứng khi cắt mạch sâu chitosan ở liều

cao hoặc kéo dài thời gian cắt mạch.

146

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1] Bùi Duy Du, Đặng Văn Phú, Bùi Duy Cam, Nguyễn Quốc Hiến (2008),

“Nghiên cứu hiệu ứng cắt mạch chitosan tan trong nước bằng bức xạ gamma

Co – 60”, Tạp chí Hóa học, 46(1), tr. 57-61.

[2] Phạm Lê Dũng, Nguyễn Thị Đông, Phạm Thị Mai, Lê Thanh Sơn, Nguyễn

Kim Thanh, Võ Thị Thứ, Trịnh Bình, Nguyễn Thị Bình, Bạch Huy Anh, Cao

Vân Điểm (2001), “Màng sinh học VINACHITIN”, Tạp chí Hóa học, 39(2),

tr. 21-27.

[3] Phạm Thị Lệ Hà, Trần Thị Thủy, Lê Hải, Nguyễn Quốc Hiến (2012),

“Khả năng diệt nấm phồng lá chè (Exobasidum vexans mesee) của chitosan

chiếu xạ”, Tạp chí Sinh học, 24(2), tr. 47-50.

[4] Phạm Thị Hà, Trần Thị Thủy, Lê Hải, Võ Tấn Thiện, Nguyễn Quốc Hiến

(1996), “Nghiên cứu chiếu xạ chitin để chế tạo chitosan trọng lượng phân tử

thấp”, Tạp chí Hóa học, 34(ĐB), tr. 10-12.

[5] Nguyễn Quốc Hiến, Lê Hải, Lê Quang Luân, Trương Thị Hạnh, Phạm Thị

Lệ Hà (2000), “Nghiên cứu chế tạo oligochitosan bằng kỹ thuật bức xạ”, Tạp

chí Hóa học, 38(2), tr. 22-24.

[6] Nguyễn Quốc Hiến, Đặng Văn Phú, Nguyễn Thị Kim Lan, Nguyễn Ngọc

Duy, Nguyễn Thụy Ái Trinh, Bùi Duy Du (2011), “Nghiên cứu hiệu ứng

đồng vận cắt mạch chitosan bằng bức xạ gamma Co – 60 kết hợp với

hydroperoxit”, Tạp chí Hóa học, 49(1), tr. 122-124.

[7] Trần Thái Hòa (2014), “Nghiên cứu chế tạo chitosan oligosaccharide

(COS) phục vụ chăn nuôi gà ở tỉnh Thừa Thiên Huế”, Báo cáo tổng kết đề tài

khoa học công nghệ cấp tỉnh, Mã số: TTH.2011- KC. 05, Tp. Huế.

147

[8] Châu Văn Minh, Phạm Hữu Điển, Đặng Lan Hương, Trịnh Đức Hưng,

Hoàng Thanh Hương (1996), “Nghiên cứu sử dụng chitosan trong nông

nghiệp và bảo quản thực phẩm”, Tạp chí Hóa học, 34(4), tr. 29-33.

[9] Bùi Phước Phúc, Hà Thúc Huy, Nguyễn Ngọc Duy, Đặng Văn Phú,

Nguyễn Quốc Hiến (2006), “Nghiên cứu giảm cấp chitosan bằng

hydroperoxit kết hợp với bức xạ gamma Co-60”, Tạp chí Hóa học và Ứng

dụng, 52(4), tr. 29-32.

[10] Bùi Phước Phúc, Hà Thúc Huy, Nguyễn Ngọc Duy, Đặng Văn Phú,

Nguyễn Quốc Hiến (2007), “Nghiên cứu cắt mạch beta-chitosan bằng H2O2

kết hợp với bức xạ Gamma 60

Co”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và

Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ VI, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Đà Lạt.

[11] Bùi Phước Phúc, Nguyễn Triệu, Hà Thúc Huy, Nguyễn Ngọc Duy, Đặng

Văn Phú, Nguyễn Quốc Hiến (2006), “Nghiên cứu chế tạo oligochitosan bằng

phương pháp chiếu xạ dung dịch chitosan”, Tạp chí Hóa học và Ứng dụng,

57(9), tr. 38-41.

[12] Trang Sỹ Trung, Trần Thị Luyến, Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Thị Hằng

Phương (2010), Chitin-chitosan từ phế liệu thủy sản và ứng dụng, Nxb Nông

nghiệp Tp. Hồ Chí Minh.

[13] Lê Thị Hải Yến, Nguyễn Thị Ngọc Tú (2003), “Khảo sát động học phản

ứng deaxetyl hóa chitin thành chitosan ở nhiệt độ thường”, Tạp chí Hóa học,

41(3), tr. 54-60.

Tiếng Anh

[14] AOAC. (1990), Official Methods of Analysis 15ed, Association of

Official Analytical Chemists, Washington, DC.

148

[15] Baxter A., Dillon M., Taylor K.D.A., Roberts G.A.F. (1992), “Improved

method for i.r. determination of the degree of N-acetylatin of chitosan”,

International Journal of Biological Marcomolecules 14, pp. 166-169.

[16] Belamie E., Domard A., Giraud-Guille M.M. (1997), “Study of the solid-

state hydrolysis of chitosan in presence of HCl”, Journal of Polymer Science

A: Polymer Chemistry 35, pp. 3181-3191.

[17] Belloni J., Mostafavi M., Remita H., Marignier J.L., Delcourt M.O.

(1998), “Radiation-induced synthesis of mono-and multi-metalic cluslers and

nanocolloids”, New Journal of Chemistry, 22(11), pp. 1239-1255.

[18] Brugnerotto J., Lizardi J., Goycoolea F.M., Argüelles – Monal W.,

Desbrières J., Rinaudo M. (2001), “An infrared investigation in relation with

chitin and chitosan characterization”, Polymer 42, pp. 3569-3580.

[19] Buxton G.V., Greenstock C.L., Helman W.P., Ross A.B (1988), “Critical

review of rate constants for reactions of hydrated electrons, hydrogen atoms

and hydroxyl radicals (•OH/

•O

-) in aqueuos solution”, Journal of Physical and

Chemical Reference Data 17 (2), pp. 513-886.

[20] Cabrera J.C., Cutsem P.V. (2005), “Preparation of chitooligosaccharides

with degree of polymerization than 6 by acid or enzymatic degradation of

chitosan”, Biochemical Engineering Journal 25, pp. 165-172.

[21] Cha S.H., Lee J.S., Song C.B., Lee K.J., Jeon Y.J. (2008), “Effects of

chitosan-coated diet on improving water quality and innate immunity in the

olive flounder, Paralichthys olivaceus”, Aquaculture 278, pp. 110-118.

[22] Chang H.Y., Chen J.J., Fang F., Chen Z. (2004), “Enhancement of

antibody response by chitosan, a novel adjuvant of inactivated influenza

vaccine”, Chinese Journal of Biology 17, pp. 21-24.

149

[23] Chang K.L.B., Tai M.C., Cheng F.H. (2001), “Kinetics and products of

the degradation of chitosan by hydrogen peroxide”, Journal of Agricultural

and Food Chemistry 49, pp. 4845-4851.

[24] Chang K.L.B., Tsai G., Lee J., Fu W.R. (1997), “Heterogeneous

N-deacetylation of chitin in alkaline solution”, Carbohydrate Research 303,

pp. 327-332.

[25] Charleby A. (1960), Atomic radiation and polymers, Oxford: Pergamon

Press.

[26] Chen Y.M., Chung Y.C., Wang L.W., Chen K.T., Li S.Y. (2002),

“Antibacterial properties of chitosan in waterborne pathogen”, Journal of

Environmental Science and Health A 37, pp. 1379-1390.

[27] Chmielewski A.G., Haji-Saeid M. (2004), “Radiation technologies: past,

present and future”, Radiation Physics and Chemistry 71, pp. 17-21.

[28] Cho Y.W., Cho Y.N., Chung S.H., Yoo G., Ko S.W. (1999), “Water -

soluble chitin as a wound healing accelerator”, Biomaterials 20,

pp. 2139-2145.

[29] Costa E.M., Silva S., Pina C., Tavaria F.K., Pintado M.M. (2012),

“Evaluation and insights into chitosan antimicrobial activity against oral

pathogens”, Anaerobe 18, pp. 305-309.

[30] Czechowska-Biskup R., Rokita B., Lotfly S., Ulanski P., Rosiak J.M.

(2005), “Degradation of chitosan and starch by 360-kHz ultrasound”,

Carbohydrate Polymers 60, pp. 175-184.

[31] Davydova V.N., Nagorskaya V.P., Gorbach V.I., Kalitnik A.A., Reunov

A.V., Solov’eva T.F., Ermak I.M. (2011), “Chitosan antiviral activity:

dependence on structure and depolymerization method”, Applied

Biochemistry and Microbiology 47, pp. 103-108.

150

[32] Nguyen Ngoc Duy, Dang Van Phu, Nguyen Tue Anh, Nguyen Quoc

Hien (2011), “Synergistic degradation to prepare oligochitosan by γ –

irradiation of chitosan solution in the presence of hydrogen peroxide”,

Radiation Physics and Chemistry 80, pp. 848-853.

[33] Einbu A., Vårum K.M. (2007), “Depolymerization and de-N-acetylation

of chitin oligomers in hydrochloric acid”. Biomacromolecules 8, pp. 309-314.

[34] El – Sawy N.M., El – Rehim H.A.A., Elbarbary A.M., Hegazy E.A.

(2010), “Radiation – induced degradation of chitosan for possible use as a

growth promoter in agricultural purposes”, Carbohydrate Polymers 79,

pp. 555-562.

[35] Fan M., Hu Q., Shen K. (2009), “Preparation and structure of chitosan

soluble in wide pH range”, Carbohydrate Polymers 78, pp. 66-71.

[36] Feng T., Du Y., Li J., Hu Y., Kennedy F.J. (2008), “Enhancement of

antioxidant activity of chitosan by irradiation”, Carbohydrate Polymers 73,

pp. 126-132.

[37] Fricke H., Hart E.J. (1996), Chemical dosimetry, in Radiation Dosimetry,

Academic Press, New York, London.

[38] Haji-Saeid M., Safrany A., Sampa M.H.O., Ramamoothy N. (2010),

“Radiation processing of natural polymers: the IAEA contribution”, Radiation

Physics and Chemistry 79, pp. 255-260.

[39] Harish Prashanth K.V., Tharanathan R.N. (2007), “Chitin/chitosan:

modification and their unlimited potential – an overview”, Trends in Food

Science and Technology 18, pp. 117-131.

[40] Nguyen Quoc Hien, Dang Van Phu, Nguyen Ngoc Duy, Nguyen Thi

Kim Lan (2012), “Degradation of chitosan in solution by gamma irradiation

151

in the presence of hydrogen peroxide”, Carbohydrate Polymers 87,

pp. 935-938.

[41] Hirai A., Odani H., Nakajima A. (1991), “Determination of degree of

deacetylation of chitosan by 1H NMR spectroscopy”, Polymer Bulletin 26,

pp. 87-94.

[42] Jeon Y.J., Park P.J., Byun H.G., Song B.K., Kim S.K. (1998),

“Production of chitosan oligosaccharides using chitin-immobilized enzyme”,

Korean Journal of Biotechnology and Bioengineering 13, pp. 147-154.

[43] Jeon Y.J., Park P.J., Kim S.K. (2001), “Antimicrobial effect of

chitooligosaccharides produced by bioreactor”, Carbohydrate Polymers 44,

pp. 71-76.

[44] Kabal'Nova N. N., Murinov K.Y., Mullagaliev I.R., Krasnogorskaya

N.N., Shereshovets V.V., Monakov Y.B., Zaikov G.E. (2001), “Oxidative

destruction of chitosan under the effect of ozone and hydrogen peroxide”,

Journal of Applied Polymer Science 81, pp. 875-881.

[45] Kang B., Dai D.Y, Zhang Q.H., Chen D. (2007), “Synergetic degradation

of chitosan with gamma radiation and hydrogen peroxide”, Polymer

Degradation and Stability 92, pp. 359-362.

[46] Kasaai M. R. (2008), “A review of several reported procedures to

determine the degree of N-acetylation for chitin and chitosan using infrared

spectroscopy”, Carbohydrate Polymers 71, pp. 497-508.

[47] Kasaai M.R. (2010), “Determination of the degree of N-acetylation for

chitin and chitosan by variuos NMR spectroscopy techniques: A review”


152

[48] Kasaai M. R. (2009), “Various methods for determination of the degree

of N-acetylation of chitin and chitosan: a review”, Journal of Agricultural and

Food Chemistry 57, pp. 1667-1676.

[49] Khan T.A., Peh K.K., Ch’ng H.S. (2002), “Reporting degree of

deacetylation values of chitosan: the influence of analytical methods”,

Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences 5, pp. 205-212.

[50] Kim J.Y., Lee J.K., Lee T.S., Park W.H. (2003), “Synthesis of

chitooligosaccharide derivative with quaternary ammonium group and its

antimicrobial activity against Streptococcus mutans”, International Journal of

Biological Macromolecules 32, pp. 23-27.

[51] Kim K.W., Min B.J., Kim Y.T., Kimmel R.M., Cooksey K., Park S.I.

(2011), “Antimicrobial activity against foodborne pathogens of chitosan

biopolymer films of different molecular weights”, LWT–Food Science and

Technology 44, pp. 565-569.

[52] Kim K.W., Thoms R.L. (2007), “Antioxidative activity of chitosans with

varying molecular weights”, Food Chemistry 101, pp. 308-313.

[53] Kim S.K., Rajapakse N. (2005), “Enzymatic production and biological

activities of chitosan oligosaccharides (COS): A review”, Carbohydrate

Polymers 62, pp. 357-368.

[54] Knaul J.Z., Kasaai M.R., Bui V.T., Creber K.A.M. (1998),

“Characterization of deacetylated chitosan and chitosan moleculer weight

review”, Canadian Journal of Chemistry 76, pp. 1699-1706.

[55] Kumirska J., Czerwicka M., Kaczynski Z., Bychowska A., Brzozowski

K., Thöming J., Stepnowski P. (2010), “Application of spectroscopic methods

for structural analysis of chitin and chitosan”, Marine Drugs 8,

pp. 1567-1636.

153

[56] Lavertu M., Xia Z., Serreqi A. N., Berrada M., Rodrigues A., Wang D.,

Buschman M. D., Gupta A. (2003), “A validated 1H-NMR method for the

determination of the degree of deacetylation of chitosan”, Journal of

Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 32, pp. 1149-1158.

[57] Li B., Zhang J., Bu F., Xia W. (2013), “Determination of chitosan with a

modified acid hydrolysis and HPLC method”, Carbohydrate Research 366,

pp. 50-54.

[58] Li K., Xing R., Liu S., Qin Y., Meng X., Li P. (2012), “Microwave-

assisted degradation of chitosan for a possible use in inhibiting crop

pathogenic fungi”, International Journal of Biological Marcomolecules 51,

pp. 767-773.

[59] Li P., Wang Y., Peng Z., She F., Kong L. (2011), “Development of

chitosan nanoparticles as drug delivery systems for 5–fluorouracil and

leucovorin blends”, Carbohydrate Polymers 85, pp. 698-704.

[60] Liu H., Bao J., Du Y., Zhou X., Kennedy J.F. (2006), “Effect of

ultrasonic treatment on the biochemphysical properties of chitosan”,


[61] Liu N., Chen X.G., Park H.J., Liu C.G., Liu C.S., Meng X.H., Yu L.J.

(2006), “Effect of MW and concentration of chitosan on antibacterial activity

of Escherichia coli”, Carbohydrate Polymers 64, pp. 60-65.

[62] Lu Y.H., Wei G.S., Peng J. (2004), “Radiation degradation of chitosan in

the presence of H2O2”, Chinese Journal of Polymer Science 22, pp. 439-444.

[63] Makuuchi K. (2010), “Critical review of radiation processing of hydrogel

and polysaccharide”, Radiation Physics and Chemistry 79, pp. 267-271.

154

[64] Moore G.H., Roberts G.A.F. (1978), In “Proceeding 1st International

Conference Chitin/chitosan (1977)”, (Eds. Muzzarelli R.A.A. and Pariser

E.R.), MIT Sea Grant Report 78-7, 421.

[65] Morris G.A., Castile J., Smith A., Adams G.G., Harding S.E. (2009),

“The kinetics of chitosan depolymerisation at different temperatures”,

Polymer Degradation and Stability 94, pp. 1344-1348.

[66] Murugadoss A., Chattopadhyay A. (2008), “A “green” chitosan - silver

nanoparticles composite as a heterogeneous as well as micro-heterogeneous

catalyst”, Nanotechnology, 19(1), pp. 015603/1-015603/9.

[67] Muzzarelli R.A.A., Rocchetti R. (1985), “Determination of the degree of

acetylation of chitosans by first derivative ultraviolet spectrophotometry”.


[68] Nagasawa N., Mitomo H., Yoshii F., Kume J. (2000), “Radiation-

induced degradation of sodium alginate”, Polymer Degradation and Stability

69, pp. 279-285.

[69] No H.K., Lee K.S., Meyers S.P. (2000), “Correlation between

physicochemical characteristics and binding capacities of chitosan products”,

Journal of Food Science 65(7), pp. 1134-1137.

[70] No H.K., Park N. Y., Lee S.H., Meyers S.P. (2002), “Antibacterial

activity of chitosans and chitosan oligomers with different molecular

weights”, International Journal of Food Microbiology 74, pp. 65-72.

[71] Ocloo F.C.K., Quayson E.T., Adu-Gyamfi A., Quarcoo E.A., Asare D.,

Serfor-Armah Y., Woode B.K. (2011), “Physicochemical and functional

characteristics of radiation-processed shrimp chitosan”, Radiation Physics

and Chemistry 80, pp. 837-481.

155

[72] Ouakfaoui S.E., Asselin A. (1992), “Multiple forms of chitosanase

activities”, Phytochemistry 31, pp. 1513 - 1518.

[73] Peniche C., Argüelles-Monal W., Davidenko N., Sastre R., Gallardo A.,

Román J.S. (1999), “Self-curing membranes of chitosan/PAA IPNs obtained

by radical polymerization: preparation, characterization and interpolymer

complexation”, Biomaterials 20, pp. 1869-1878.

[74] Qin C., Li H., Xiao Q., Liu Y., Zhu J., Du Y. (2006), “Water-solubility

of chitosan and its antimicrobial activity”, Carbohydrate Polymers 63,

pp. 367-374.

[75] Qin C.D., Du Y.M., Xiao L. (2002), “Enzymatic preparation of water

soluble chitosan and their antitumor activity”, International Journal of

Biological Marcomolecules 31, pp. 111-117.

[76] Qin C.Q., Du Y.M., Xiao L. (2002), “Effect of hydrogen peroxide

treatment on the molecular weight and structure of chitosan”, Polymer


[77] Re R., Pellegrini N., Proteggente A., Pannala A., Yang M., Rice-Evans

C. (1999), “Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation

decolorization assay”, Free Radical Biology and Medicine 26, pp. 1231-1237.

[78] Reddy M.V.B., Arul J., Angers P., Couture L. (1999), “Chitosan

treatment of wheat seeds induces resistance to Fusarium gramiearum and

inproves seed quality”, Journal of Agricultural and Food Chemistry 47,

pp. 1208-1216.

[79] Rinaudo M. (2006), “Chitin and chitosan: properties and applications”,

Progress in Polymer Science 31, pp. 603-632.

156

[80] Robert G.A.F., Domszy J.G. (1982), “Determination of the viscometric

constants for chitosan”, International Journal of Biological Marcomolecules

4, pp. 374-377.

[81] Rosiak J. M., Janik I., Kadlubowski S., Kozicki M., Kujawa P., Stasica

P., Ulanski P. (2002), “Radiation formation of hydrogels for biomedical

applications”, IAEA-TECDOC-1324, Radiation synthesis and modification of

polymers for biomedical applications, pp. 5-47.

[82] Sannan T., Kurita K., Ogura K., Iwakura Y. (1978), “Studies on chitin :

7. I.r. spectroscopic determination of degree of deactylation”, Polymer 19,

pp. 458-459.

[83] Shao J., Yang Y., Zhong Q. (2003), “Study on preparation of

oligoglucosamine by oxidative degradation under microwave”, Polymer


[84] Srinivasan S.S., Wade J., Stefanakos E.K., Goswami Y. (2006),

“Synergistic effects of sulfation and co-doping on the visible light

photocatalysis of TiO2”, Journal of Alloys and Compounds, 424, pp. 322-326.

[85] Sun T., Zhou D., Xie J., Mao F. (2007), “Preparation of chitosan

oligomers and their antioxidant activity”, European Food Research and

Technology 225, pp. 451-456.

[86] Synowiecki J., Al-Khateeb N.A. (2003), “Production, properties, and

some new applications of chitin and its derivatives”, Critical Reviews in Food

Science and Nutrition 43, pp. 145-171.

[87] Tabata Y. (1991), “General introduction to radiation chemistry”,

UNDP/IAEA/RCA, Training course on radiation chemistry, Takasaki,

pp. 55-65.

157

[88] Taghizadeh M.T., Abdollahi R. (2011), “Sonolytic, sonocatalytic and

sonophotocatalytic degradation of chitosan in the presence of TiO2

nanoparticles”, Ultrasonic Sonochemistry 18, pp. 149-157.

[89] Tahtat D., Mahlous M., Benamer S., Khodja A.N., Youcef S.L. (2012),

“Effect of molecular weight on radiation chemical degradation yield of chain

scission of γ-irradiated chitosan in solid state and in aqueous solution”,

Radiation Physics and Chemistry 81, pp. 659-665.

[90] Tan S.C., Khor E., Tan T.K., Wong S.M. (1998). “The degree of

deacetylation of chitosan: advocating the first derivative uv –

spectrophotometry method of determination”, Talanta 45, pp. 713-719.

[91] Tașkin P, Canisaǧ H, Șen M. (2014), “The effect of degree of

deactylation on the radiation induced degradation of chitosan”, Radiation

Physics and Chemistry 94, pp. 236-239.

[92] Terbojevich, M., Cosani A. (1997) “Molecular weight determination of

chitin and chitosan”, In “Chitin Handbook”, Mazzarelli R.A.A. and Peter

M.G. (ed.), European Chitin Society.

[93] Terbojevich M., Cosani A., Focher B., Marsano E. (1993), “High-

performance gel-permeation chromatography of chitosan samples”,

Carbohydrate Research 250, pp. 301-314.

[94] Thaipong K., Boonprakob U., Crosby K., Cisneros-Zevallos L.,

Byrne H.D. (2006), “Comparison of ABTS, DPPH, FRAP, and ORAC assays

for estimating antioxidant activity from guava fruit extracts”, Journal of Food

Composition and Analysis 19, pp. 669-675.

[95] Tian F., Liu Y., Hu K., Zhao B. (2004), “Study of the depolymerization

behavior of chitosan by hydrogen peroxide”, Carbohydrate Polymers 57,

pp. 31-37.

158

[96] Tomida H., Fujii T., Furutani N., Michihara A., Yasufuku T., Akasaki

K., Maruyama T., Otagiri M. Gebicki J.M., Anraku M. (2009), “Antioxidant

properties of some different molecular weight chitosans”, Carbohydrate

Research 344, pp. 1690-1699.

[97] Tommeraas K., Varum K.M., Christensen B.E., Smidrod O. (2001),

“Preparation and characterization of oligosaccharides produced by nitrous

acid depolymerization of chitosan”, Carbohydrate Research 333,

pp. 137-144.

[98] Tsaih M.L., Tseng L.Z., Chen R.H. (2004), “Effect of removing small

fragments with ultrafiltration treatment and ultrasonic conditions on the

degradation kinetics of chitosan”, Polymer Degradation and Stability 86,

pp. 25-32.

[99] Ulanski P., Rosiak J.M. (1992), “Preliminary study on radiation-induced

changes in chitosan”, Radiation Physics and Chemistry 39, pp. 53-57.

[100] Ulanski P., von Sonntag C. (2000), “OH – radical – induced chain

scission of chitosan in the absence and presence of dioxygen”, Journal of the

Chemical Society, Perkin Transactions 2, pp. 2022-2028.

[101] Vivek R., Babu V.N., Thangam R., Subramanian K.S., Kannan S.

(2013), “pH-responsive drug delivery of chitosan nanoparticles as Tamoxifen

carriers for effective anti-tumor activity in breast cancer cells”, Colloids and

Surfaces B: Biointerfaces 111, pp. 117-123.

[102] Wang S.M., Huang Q.Z., Wang Q.S. (2005), “Study on the synergetic

degradation of chitosan with ultraviolet light and hydrogen peroxide”,

Carbohydrate Research 340, pp. 1143-1147.

159

[103] Wang W., Bo S., Li S., Qin W. (1991), “Determination of the Mark-

Houwink equation for chitosans with different degrees of deacetylation”,

International Journal of Biological Marcomolecules 13, pp. 281-285.

[104] Wang X.W., Du Y.G., Bai X.F., Li S.G. (2003), “The effect of

oligochitosan on broiler gut flora, microvilli density, immune function and

growth performance”, Acta Zoonutrim Sin 15, pp. 32-45.

[105] Wasikiewicz J.M., Yeates S.G. (2013), “ “Green” molecular weight

degradation of chitosan using microwave irradiation”, Polymer Degradation

and Stability 98, pp. 863-867.

[106] Wasikiewicz J. M., Yoshii F., Nagasawa N., Wach R.A., Mitomo H.

(2005), “Degradation of chitosan and sodium alginate by gamma radiation,

sonochemical and ultraviolet methods”, Radiation Physics and Chemistry 73,

pp. 287-295.

[107] Weiss J. (1944), “Radiochemistry of Aqueous solutions”, Nature 153,

pp. 748-750.

[108] Woods R.T., Pikaev A.K. (1994), Applied radiation chemistry:

radiation processing, New York: Wiley.

[109] Wu A.C.M, Bough W.A., Conrad E.C., Alden Jr K.E. (1976),

“Determination of molecular-weight distribution of chitosan by high-

performance liquid chromatography”, Journal of Chromatography A 128,

pp. 87-99.

[110] Xia W., Liu P., Zhang J., Chen J. (2011), “Biological activities of

chitosan and chitooligosaccharides”, Food Hydrocolloids 25, pp. 170-179.

[111] Xing R., Liu S., Yu H., Guo Z., Wang P., Li C., Li Z., Li P. (2005),

“Salt-assisted acid hydrolysis of chitosan to oligomers under microwave

irradiation”, Carbohydrate Research 340, pp. 2150-2153.

160

[112] Yanagiguchi K., Ikeda T., Takai F., Ogawa K., Hayashi Y. (2002),

“Wound Heading Following Direct Pulp Capping with Chitosan - Ascorbic

Acid Complex in Rat Incisors”, in: Uragami T., Kurita K., Fukamizo T., eds.

Chitin and Chitosan-Chitin and Chitosan in Life Science. Tokyo: Kodansha

Scientific, pp. 240-242.

[113] Yang Y., Shu R., Shao J., Xu G., Gu X. (2006), “Radical scavenging

activity of chitooligosaccharide with different molecular weights”, European

Food Research and Technology 222, pp. 36-40.

[114] Yen M.T., Yang J.H., Mau J.L. (2009), “Physicochemical

characterization of chitin and chitosan from crab shells”, Carbohydrate

Polymers 75, pp. 15-21.

[115] Yen Y.Y., Wang H.T., Guo W.J., (2012), “Synergistic flame retardant

effect of metal hydroxide and nanoclay in EVA composites”, Polymer


[116] Yin H., Zhao X., Du Y. (2010) “Oligochitosan: A plant diseases

vaccine–review”, Carbohydrate Polymers 82, pp. 1-8.

[117] Zheng L.Y., Zhu J.F. (2003), “Study on antimicrobial activity of

chitosan with different molecular weigth”, Carbohydrate Polymers 54,

pp. 527–530.

DANH MỤC CÁC BÀI BÁO LIÊN QUAN ĐẾN

LUẬN ÁN

I. Tạp chí khoa học

1. Đặng Xuân Dự, Đinh Quang Khiếu, Diệp Khanh, Nguyễn Quốc Hiến

(2013), Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận dùng gamma Co – 60 và H2O2

cắt mạch chitosan chế tạo oligochitosan, Tạp chí Hóa Học, 51(2C),

tr. 627 – 631.

2. Đặng Xuân Dự, Nguyễn Thị Thu Hương, Võ Quang Mai, Trần Thái

Hòa, Nguyễn Quốc Hiến (2013), Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận tia

γ/H2O2 cắt mạch chitosan ở dạng trương trong nước, Tạp chí Hóa Học,

51(3AB), tr. 169 – 172.

3. Trần Thái Hòa, Đặng Xuân Dự, Nguyễn Quốc Hiến, Nguyễn Thị

Thanh Hải, Đinh Quang Khiếu (2013), Nghiên cứu điều chế

oligochitosan bằng phương pháp cắt mạch hóa học H2O2 và hoạt tính

kháng khuẩn, Tạp chí Hóa Học, 51(2C), tr. 955 – 959.

4. Đặng Xuân Dự (2013), Xác định độ trương nước bão hòa của một số

loại Chitosan có độ đề axetyl khác nhau được chế tạo từ vỏ tôm, Tạp

chí Đại học Sài Gòn, 13, tr. 92 – 99.

5. Dang Xuan Du, Bui Phuoc Phuc, Tran Thi Thuy, Le Anh Quoc, Dang

Van Phu, Nguyen Quoc Hien (2013), Study on gamma-irradiation

degradation of chitosan swollen in H2O2 solution and its antimicrobial

activity for E.coli, Nuclear Science and Technology, Vol. 3, pp. 33 –39.

6. Dang Xuan Du, Vo Quang Mai, Nguyen Ngoc Duy, Dang Van Phu,

Nguyen Quoc Hien (2014), Degradation of chitosan by γ-irradiation of

chitosan swollen in hydrogen peroxide solution, Journal of Science and

Technology, 52(4), pp. 441 – 450.

7. Đặng Xuân Dự, Diệp Khanh, Trần Thị Anh Thư, Võ Quang Mai

(2014), Nghiên cứu tác dụng đồng vận của tia Gamma Co-60 và

hydroperoxit cắt mạch chitosan có độ đề axetyl khoảng 70% ở trạng

thái trương, Tạp chí Đại học Sài Gòn, 26(1), pp. 21-31

II. Hội nghị quốc gia

1. Đặng Xuân Dự, Trần Thái Hòa, Võ Quang Mai, Lê Công Nhân,

Nguyễn Ngọc Duy, Đặng Văn Phú, Nguyễn Quốc Hiến (2013), Nghiên

cứu gia tăng hiệu suất cắt mạch bằng phương pháp chiếu xạ (γCo-60)

chitosan trương trong dung dịch H2O2, Chương trình và Tóm tắt báo

cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ 10,

tr. 224.

2. Đặng Xuân Dự , Trần Thái Hòa , Nguyễn Thị Thu Hương, Võ Quang

Mai, Nguyễn Quốc Hiến (2013), Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận tia

γ/H2O2 cắt mạch chitosan ở dạng trương trong nước, Danh mục Hội

thảo Khoa học cán bộ trẻ các trường Đại học Sư Phạm toàn quốc lần

thứ 3, NXB Đà Nẵng, tr. 10.

PHỤ LỤC

Phụ lục 1: CHẾ TẠO CTS NGUỒN TỪ CHITIN

5007501000125015001750200022502500275030003250350037504000

1/cm

-1.75

-1.5

-1.25

-1

-0.75

-0.5

-0.25

0

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

Abs

3494.77

3263.33

3101.32

2889.17

1674.10

1550.66

1417.58

1379.01

1315.36

1072.35

690.47

561.25

Hình PL 1.1. FT-IR của chitin nguồn chế tạo từ vỏ tôm

5007501000125015001750200022502500275030003250350037504000

1/cm

-1.75

-1.5

-1.25

-1

-0.75

-0.5

-0.25

0

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

Abs

3506.35

2879.52

1647.09

1421.44

1379.01

1319.22

1068.49

894.91

565.10

Hình PL 1.2. FT-IR của chitin sau thời gian đề axetyl 120 phút

5007501000125015001750200022502500275030003250350037504000

1/cm

-1.5

-1.25

-1

-0.75

-0.5

-0.25

0

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

Abs 3506.35

2879.52

1647.09

1421.44

1375.15

1319.22

1076.20

894.91

592.10

Hình PL 1.3. FT-IR của chitin sau thời gian đề axetyl 180 phút

Hình PL 1.4. FT-IR của CTS giảm cấp 22 giờ từ CTS ĐĐA 95,5%

Hình PL 1.5. FT-IR của CTS giảm cấp 35 giờ từ CTS ĐĐA 84,0%

400600800100012001400160018002000240028003200360040001/cm

-1

-0.75

-0.5

-0.25

0

0.25

0.5

0.75

1

1.25

Abs

3550.71

2881.45

1658.67

1421.44

1380.94

1323.08

1081.99

894.91

557.39

Hình PL 1.6. FT-IR của CTS giảm cấp giờ 40 từ CTS ĐĐA 79%

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min

0

5

10

15

uRIUDetector B Ch1

6.6

93

/75

36

31

Hình PL 1.7. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA ~ 95,5 % (Mw0 = 138 kDa, PI =

3,62) chế tạo từ chitin

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIUDetector B Ch1

7.6

39

/92

01

04

Hình PL 1.8. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91% (Mw0 = 49,0 kDa, PI =

3,64) chế tạo từ CTS ĐĐA 95,5 % (Mw0 = 138 kDa, PI =3,62)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0

5

10

15

uRIUDetector B Ch1

6.6

18

/79

087

7

Hình PL 1.9. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 84% (Mw0 = 163 kDa, PI = 3,77)

chế tạo từ chitin

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

uRIUDetector B Ch1

7.9

53

/82

248

7

Hình PL 1.10. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 80,3% (Mw0 = 50,0 kDa, PI =

3,72) chế tạo từ CTS ĐĐA 84% (Mw0 = 163 kDa, PI =3,77)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min

0

5

10

15

uRIUDetector B Ch1

6.5

70/8

11547

Hình PL 1.11. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 79% (Mw0 = 183 kDa, PI =4,35)

chế tạo từ chitin

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0

1

2

3

4

5

6

7

8uRIU

Detector B Ch1

7.7

98

/30

65

53

Hình PL 1.12. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 72% (Mw0 = 48,7 kDa, PI =

4,21) chế tạo từ CTS ĐĐA 79% (Mw0 = 183 kDa, PI = 4,35)

Phụ lục 2. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CHẾ TẠO COS ĐỐI VỚI CTS CÓ

ĐĐA ~ 91%

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

uRIU

Detector B Ch1

8.6

86

/24

27

43

Hình PL 2.1. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng H2O2

0,5% và γ-ray, liều xạ 2,2 kGy (Mw0 = 22,5 kDa, PI = 3,03)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

12.5

uRIUDetector B Ch1

9.4

63/3

88734



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-1

0

1

2

3

4

5

6

uRIU

Detector B Ch1

9.5

81

/45

60

4



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

12.5

uRIU

Detector B Ch1

9.9

97

/18

20

0



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5uRIU

Detector B Ch1

8.5

56/8

18848


0,5%, thời gian 18 giờ (Mw0 = 23,2 kDa, PI = 2,99)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIUDetector B Ch1

8.7

20

/77

835

7

Hình PL 2.6. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng γ-ray, liều

xạ 23,9 kGy (Mw0 = 19,4 kDa, PI = 2,69)


ĐĐA ~ 80,3%

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIUDetector B Ch1

8.8

91

/73

377

6

Hình PL 3.1. Sắc kí đồ GPC của CTS 80,3 ĐĐA % cắt mạch bằng 0,5%

H2O2 liều xạ 2,6 kGy (Mw0 = 23,3 kDa, PI = 3,07)

) 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIUDetector B Ch1

9.3

03/8

00198



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0uRIU

Detector B Ch1

9.3

74/7

80220



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

uRIUDetector B Ch1

9.5

07/8

53766



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIUDetector B Ch1

8.3

84/7

28418


H2O2 thời gian 16 giờ (Mw0 = 34,5 kDa, PI = 3,53

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIUDetector B Ch1

8.5

27/7

82260

Hình PL 3.6. Sắc kí đồ GPC của CTS 80,3 ĐĐA % cắt mạch bằng chiếu xạ

dung dịch, liều xạ 21,2 kGy (Mw0 = 30,5 kDa, PI = 3,75)


ĐĐA ~72%

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIUDetector B Ch1

8.7

45/7

37357

Hình PL 4.1. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 72 % cắt mạch bằng 0,5%

H2O2 γ ray liều xạ 3,0 kGy (Mw0 = 25,3 kDa, PI = 2,49)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5uRIU

Detector B Ch1

9.0

25

/80

300

2



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

12.5uRIU

Detector B Ch1

9.2

69

/10

45

32



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

uRIU

Detector B Ch1

9.3

11

/12

19

47



0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5uRIU

Detector B Ch1

8.2

22/7

57644


H2O2 thời gian 16,1 h (Mw0 = 35,7 kDa, PI = 3,04)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5uRIU

Detector B Ch1

8.5

14/6

87044

Hình PL 4.6. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 72 % cắt mạch bằng γ ray liều

xạ 21,4 kGy (Mw0 = 30,6 kDa, PI = 3,04)

Phụ lục 5. ĐỘ TRƯƠNG NƯỚC BÃO HÒA CỦA CTS

Hình PL 5.1. Phổ FT – IR của các mẫu C90(a), C80(b), C70(c)

0.0 5.0 10.0 15.0 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

uRIU

0.0

5.0

10.0

log(M.W.)

Detector B Detector B Ch1

10.9

29/4

69529

Hình PL 5.2. Sắc kí đồ GPC của mẫu C90

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0

5

10

15

uRIUDetector B Ch1

6.6

99

/83

795

6

Hình PL 5.3. Sắc kí đồ GPC của các mẫu C80

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min

0

5

10

15

uRIUDetector B Ch1

6.5

70

/81

154

7

Hình PL 5.4. Sắc kí đồ GPC của các mẫu C70

Bảng PL 5.1. Các thông số xác định độ ẩm của C90

Lần đo 1 2 3 4 5

W1(g) 16,608 17,058 16,870 16,644 17,334

W2(g) 17,110 17,558 17,370 17,144 17,834

W3(g) 17,039 17,448 17,301 17,076 17,764

Độ ẩm (%) 14,1 14,0 13,8 13,6 14,0

Độ ẩm trung bình (%) 13,9 0,3%; (p < 0,05)

Bảng PL 5.2. Các thông số xác định ĐTNBH của C90

Lần đo 1 2 3 4

m0 (g) 14,018 13,529 14,260 14,009

m01 (g) 16,500 16,048 16,940 16,423

mmois (g) 0,0695 0,0695 0,0695 0,0695

ĐTNBH (%) 592.6829 601.2776 638.6760 576.8873

ĐTNBHTB (%) 600 40%; (p < 0,05)


Lần đo 1 2 3 4 5

W1(g) 30,664 31,118 29,910 31,114 30,661

W2(g) 31,144 31,619 30,411 31,617 31,142

W3(g) 31,073 31,548 30,343 31,546 31,075

Độ ẩm (%) 14,200 14,172 13,573 14,115 13,929

Độ ẩm trung bình (%) 14,0 ± 0,3(%); (p < 0,05)


Lần đo 1 2 3 4

m0 (g) 13,793 13,639 13,848 13,925

m01 (g) 18,748 18,697 18,643 18,973

mmois (g) 0,07 0,07 0,07 0,07

ĐTNBH (%) 1168,605 1192,558 1131,395 1190,233

ĐTNBHTB (%) 1170 ± 50(%); (p < 0,05)


Lần đo 1 2 3 4 5

W1(g) 29,909 29,903 29,870 29,660 30,015

W2(g) 30,409 30,405 30,380 30,150 30,512

W3(g) 30,313 30,308 30,282 30,054 30,419

Độ ẩm (%) 19,200 19,323 19,216 19,592 18,712

Độ ẩm trung bình (%) 19,2 ± 0,4(%); (p < 0,05)


Lần đo 1 2 3 4

m0 (g) 13,534 14,018 13,771 14,252

m01 (g) 17,671 18,417 17,760 18,439

mmois (g) 0,096 0,096 0,096 0,096

ĐTNBH (%) 1047,772 1112,624 1011,139 1060,149

ĐTNBHTB (%) 1060 ± 60(%); (p < 0,05)

Phụ lục 6. CHẾ TẠO CTS KLPT THẤP BẰNG TÁC DỤNG ĐỒNG

VẬN VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ, SUẤT LIỀU

400600800100012001400160018002000240028003200360040001/cm

0.15

0.3

0.45

0.6

0.75

0.9

1.05

1.2

1.35

1.5

Abs3446.56

2881.45

1652.88

1421.44

1323.08

1153.35

1081.99

594.03

M-240s

Hình PL 6.1. Phổ FT – IR của các mẫu CTS có Mw0 = 91,7 kDa;

ĐĐA ~ 91,3%; PI = 2,26 chế tạo từ CTS có ĐĐA ~ 83%

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0

5

10

15uRIU

Detector B Ch1

6.6

66

/85

455

2

Hình PL 6.2. CTS ban đầu có Mw ~ 91,7 kDa, ĐĐA= 91,3%; PI=2,26

Hình PL 6.3. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 83 kDa, PI = 2,3)

bằng tia γ, liều xạ 20 kGy, ở dạng trương trong nước (1gCTS/5ml H2O), từ

CTS ban đầu (Mw ~ 91,7 kDa, PI=2,26)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIU

Detector B Ch1

7.8

43

/81

87

25


bằng tia γ, liều xạ 20 kGy, ở dạng trương trong dung dịch H2O2 1%, từ CTS

ban đầu (Mw ~ 91,7 kDa, PI=2,26)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

uRIU

Detector B Ch1

7.9

46

/81

17

67




0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIU

Detector B Ch1

7.9

75

/91

77

57




0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

uRIU

Detector B Ch1

8.0

62

/81

08

59




0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7uRIU

Detector B Ch1

8.2

36

/77

93

40




0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7uRIU

Detector B Ch1

8.3

04

/77

03

58

Hình PL 6.9. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 28,3 kDa, PI = 2,41)

bằng tia γ, liều xạ 10 kGy (1,8 kGy/h), ở dạng trương trong dung dịch H2O2

5%, từ CTS ban đầu (Mw ~ 91,7 kDa, PI=2,26)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7uRIU

Detector B Ch1

8.4

68

/76

26

24




0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

uRIU

Detector B Ch1

8.5

22

/80

07

04




Phụ lục 7. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CẮT MẠCH CTS-91 Ở DẠNG TRƯƠNG

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIUDetector B Ch1

7.7

24

/84

09

43

Hình PL 7.1. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng γ-ray ở

dạng trương, liều xạ 22,7 kGy (Mw0 = 44,9 kDa, PI = 2,86)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIUDetector B Ch1

8.3

31/9

33122

Hình PL 7.2. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng H2O2 5%

và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 3,7 kGy (Mw0 = 23,4 kDa, PI = 3,15)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIUDetector B Ch1

8.5

15/7

96081



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIUDetector B Ch1

8.8

34

/79

340

0


và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 12 kGy (Mw0 = 14,1 kDa, PI = 2,94)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0.0

2.5

5.0

uRIUDetector B Ch1

8.9

54/5

94428



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0.0

2.5

5.0

7.5uRIU

Detector B Ch1

9.0

87

/65

854

5




0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIUDetector B Ch1

8.6

87/7

86381

Hình PL 8.1. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 80,3 % cắt mạch bằng H2O2

5% thời gian 15,1 giờ (Mw0 = 20,3 kDa, PI = 2,69)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIUDetector B Ch1

8.2

81

/79

895

8


5% và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 3,5 kGy (Mw0 = 28,6 kDa, PI =3,25)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0.0

2.5

5.0

uRIUDetector B Ch1

9.1

28/6

39962


5% và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 20,1 kGy (Mw0 = 9,6 kDa, PI = 2,81)


0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

uRIU

Detector B

8.7

83

/79

11

93

Hình PL 9.1. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 72% cắt mạch bằng H2O2 5%

và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 7,5 kGy (Mw0 = 21,1 kDa, PI =2,33)


và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 14 kGy (Mw0 = 14,7 kDa, PI =2,6)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0

1

2

3

4

5

6

uRIU

Detector B Ch1

9.0

50

/11

34

26


và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 20,1 kGy (Mw0 = 13,6 kDa, PI =1,98)

Phụ lục 10. KHẢ NĂNG CHẾ TẠO COS BẰNG H2O2 TRONG

DUNG DỊCH

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

uRIUDetector B

12

.008

/59

68

22

Hình PL 10.1. Sắc kí đồ GPC của CTS ban đầu (Mw = 31,3 kDa, PI = 3,40)

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 min

0

5

10

uRIUDetector B Ch1

12

.25

8/6

031

83


bằng H2O2 3% từ CTS ban đầu (Mw ~ 31,3 kDa, PI=3,40) sau 3 giờ phản

ứng theo phương pháp 1

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0

5

10

uRIUDetector B

12.4

08/5

84732




0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0

5

10

uRIUDetector B

12

.43

3/5

89

620

Hình PL 10.4. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 5,7, kDa, PI = 1,90)



0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

uRIUDetector B

12.4

67

/54

85

66




0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min

0

5

10

uRIUDetector B

12

.40

5/5

90

47

8

Hình PL 10.6. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 10,6; kDa, PI = 2,09)



Hình PL 10.7. Phổ FT-IR CTS ban đầu (Mw ~ 31,3 kDa, PI=3,40)

Hình PL 10.8. Phổ FT-IR của CTS cắt mạch (Mw = 15,6 kDa, PI = 2,40)



Hình PL 10.9. Phổ FT-IR của CTS cắt mạch (Mw = 10 kDa, PI = 2,07) bằng

H2O2 4% từ CTS ban đầu (Mw ~ 31,3 kDa, PI=3,40) sau 4 giờ phản ứng theo

phương pháp 1

Hình PL 10.10. Phổ FT-IR của CTS cắt mạch (Mw = 5,7, kDa, PI = 1,90)



Phụ lục 11. ỨNG DỤNG SẢN PHẨM CHITOSAN CẮT MẠCH

Hình PL 11.1. Kết quả phân tích E.coli đối với mẫu đối chứng

Hình PL 11.2. Kết quả phân tích E.coli đối với mẫu CTSM91

ĐẠi hỌc huẾ trƯỜng ĐẠi hỌc khoa hỌc · 2020. 2. 20. · anova phân tích phương...

Documents