Luận án: Nghiên cứu cắt mạch chitosan để chế tạo oligochitosan

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
1
H-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
trong dung dịch H2O2 5%
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
ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5%
(thời gian, giờ = kGy/1,33)
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
O
O
OH
NHCOCH3
O
OH
NHCOCH3
O
OH
NHCOCH3
O
OH
O
OH
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 - 5105
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×Mv
α
) 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 = H1/32,7 [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 1
H-NMR của CTS ở điều kiện ghi phổ: nhiệt độ 353 K, số lần
quét phổ 128, dung môi D2O.CF3COOD. Từ phổ 1
H-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 (1
H-NMR, 13
C 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 1
H-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 1
H-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×Mv
α
(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)r
C
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  103
Mw  103
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
Mv
0,83
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
(7,8300 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 2102
– 5103
Ultrahydrogel 250 250 103
– 8104
– 4105
Ultrahydrogel 1000 1000 104
– 1106
– 7106
Ultrahydrogel Linear Hỗn hợp 103
– 7106
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
LET
dx

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
X
dm

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
P
dt

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
D
dm

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
dD
P
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
G
D
 
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)kt
A 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)h
H 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 3
H 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 2
H 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 2
e H O H + H O 2,3.10 (1.31)aq
k m mol s
Phản ứng của electron hydrat với nước:
  
 2
e 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 :
 • +
2
H + 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 2
H + OH H + H O (1.35)
- Hydro peroxit (H2O2) và gốc hydro peroxit HO
2 có thể là tác nhân oxi
hóa hoặc khử phụ thuộc vào điều kiện môi trường và tính chất của chất tan.
Gốc HO
2 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 HO
2 tồn tại ở trạng thái không phân ly và trong môi trường kiềm thì
tồn tại ở dạng ion oxi. Gốc HO
2 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)/6,241016
D (1.38)

28
Gs (liên kết/100 eV) = 2NA(1/Mw – 1/Mw0)/6,241016
D (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) = CNA(1/Mn – 1/Mn0)/6,24  1019
D (1.40)
Gs (mol/J) = 2  CNA(1/Mw – 1/Mw0)/6,24  1019
D (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
SO4
2-
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

Luận án: Nghiên cứu cắt mạch chitosan để chế tạo oligochitosan

Luận án: Nghiên cứu cắt mạch chitosan để chế tạo oligochitosan

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Luận án: Nghiên cứu cắt mạch chitosan để chế tạo oligochitosan

Similar to Luận án: Nghiên cứu cắt mạch chitosan để chế tạo oligochitosan (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Luận án: Nghiên cứu cắt mạch chitosan để chế tạo oligochitosan