Nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng hiệu ứng đồng vận H2O2-bức xạ gamma Coban–60 để chế tạo oligochitosan [full]

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC




ĐẶNG XUÂN DỰ



NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CHITOSAN
BẰNG HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN H
2
O
2
/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 H
2
O
2
/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, M
w
~ 5 kDa
COSM10 Oligochitosan, M
w
~ 10 kDa
CTS Chitosan
CTS-91 Chitosan có độ đề axetyl~91%, M
w
~49 kDa
CTS-80 Chitosan có độ đề axetyl~80%, M
w
~50 kDa
CTS-72 Chitosan có độ đề axetyl~72%, M
w
~48,2 kDa
CTSM15 Chitosan M
w
~15 kDa
CTSM23 Chitosan M
w
~23kDa
CTSM30 Chitosan M
w
~30 kDa
CTSM45 Chitosan M
w
~45 kDa

CTSM60 Chitosan M
w
~60 kDa
CTSM91 Chitosan M
w
~91 kDa
C90
Chitosan có độ đề axetyl 91%, M
w
~166 kDa
C80
Chitosan có độ đề axetyl 83%, M
w
~176 kDa
C70
Chitosan có độ đề axetyl 72%, M
w
~183 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)
G
s
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
k
91d
HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 trong dung dịch
k
80d
HSTĐPƯ cắt mạch CTS-80 trong dung dịch
k
72d
HSTĐPƯ cắt mạch CTS-72 trong dung dịch
k
91t
HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 ở dạng trương
k
80t

HSTĐPƯ cắt mạch CTS-80 ở dạng trương
k
72t
HSTĐPƯ cắt mạch CTS-72 ở dạng trương
LSD Sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa (Least Significant
Difference)
m
0
Kí hiệu khối lượng phân tử đơn vị monome
mesh Số lỗ trên một inch chiều dài


M
n
Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình số lượng
M
v
Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình độ nhớt
M
w
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
γCo
60

Bức xạ/tia gamma Co - 60
[η]
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 M
v
, M
n
và M
w
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 γCo
60
và hiệu ứng đồng vận hydro peroxit và
tia γCo
60

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 M
w
, M
n
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 γCo
60
và H
2
O
2
0,5%
62
Bảng 3.5.
Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-91 5% trong
trường hợp có và không có H
2
O
2
0,5%

63


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

CTS-91 5%, H
2
O
2
0,5% theo liều xạ
68
Bảng 3.7.
Kết quả cắt mạch dung dịch CTS-80 nồng độ 5% chế tạo
COS
69
Bảng 3.8.
Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-80 trong dung dịch
5% bằng tia γCo
60
và H
2
O
2
0,5%
71
Bảng 3.9.
Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-80 5% trong
trường hợp có và không có H
2
O
2
0,5%
72
Bảng 3.10.
ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch

CTS-80 5%, H
2
O
2
0,5% theo liều xạ
75
Bảng 3.11.
Kết quả cắt mạch CTS-72 trong dung dịch 5% chế tạo
COS
76
Bảng 3.12.
Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 trong dung dịch
5% bằng tia γCo
60
và H
2
O
2
0,5%
78
Bảng 3.13.
Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-72 5% trong
trường hợp có và không có H
2
O
2
0,5%
80
Bảng 3.14.
ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch

CTS-72 5%, H
2
O
2
0,5% theo liều xạ
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 H
2
O
2
khác nhau
91
Bảng 3.17.
HSCMBX G
s
theo liều xạ ở những nồng độ H
2
O
2
khác
nhau
93
Bảng 3.18.
ĐĐA của CTS chiếu xạ ở 10 kGy với nồng độ H
2
O
2

khác
nhau
95
Bảng 3.19.
KLPT và PI của CTS cắt mạch dạng trương trong H
2
O
2
5% ở liều xạ 10 kGy với suất liều khác nhau
98


Bảng 3.20.
Ảnh hưởng của nồng độ H
2
O
2
đế
n 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

H
2
O
2
5%
101

Bảng 3.22.
Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-91 bằng tia γCo
60
và
H
2
O
2
5%
105
Bảng 3.23.
Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-91 ở dạng trương trong
nước và trong dung dịch H
2
O
2
5%
106
Bảng 3.24.
ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trương
trong dung dịch H
2
O
2
5% theo liều xạ
108
Bảng 3.25.
Kết quả cắt mạch CTS-80 ở dạng trương trong nước và
trong dung dịch H
2

O
2
5%
111
Bảng 3.26.
Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-80 bằng tia γCo
60
và
H
2
O
2
5% ở dạng trương
113
Bảng 3.27.
Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-80 ở dạng trương trong
nước và trong dung dịch H
2
O
2
5%
114
Bảng 3.28.
ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng trương
trong dung dịch H
2
O
2
5% theo liều xạ
117

Bảng 3.29.
Kết quả cắt mạch CTS-72 ở dạng trương trong nước và
trong dung dịch H
2
O
2
5%
118
Bảng 3.30.
Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 bằng tia γCo
60
và
H
2
O
2
5% ở dạng trương trong nước và trong dung dịch
H
2
O
2
5%
119
Bảng 3.31.
Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-72 ở dạng trương trong
nước và trong dung dịch H
2
O
2
5%

120
Bảng 3.32.
Sự phụ thuộc của HSCMBX và HSTĐPƯ theo ĐĐA khi
cắt mạch ở trạng thái rắn
121


Bảng 3.33.
ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-72 ở dạng trương
trong dung dịch H
2
O
2
5% theo liều xạ
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 M
w
(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 M
w
KLPT 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 H
2
O
2
, tia γCo
60
và H
2
O
2
/tia γCo

60
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 (thờ
i gian,
giờ = kGy/1,33)
61
Hình 3.6.
Sự phụ thuộc (1/M
w
–1/M
w0
) 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 (thờ
i 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%, H
2
O
2


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/M
w
–1/M
w0
) của CTS-80 cắt mạch trong
dung dịch 5% theo liều xạ


72

Hình 3.11.
Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung
dịch CTS-80 5% theo liều xạ và thời gian (thờ
i gian,
giờ = kGy/1,33)
73
Hình 3.12.
Phổ FT-IR của CTS-80 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng
chiếu xạ dung dịch CTS-80 5%, H
2
O
2


0,5% ở liều xạ
2,6 kGy (b); 5,8 kGy (c); 10,7 kGy (d) và 21,2 kGy (e)
74
Hình 3.13.
Sự phụ thuộc KLPT của CTS-72 trong dung dịch 5%
theo liều xạ và thời gian phản ứng (thờ
i gian,
giờ = kGy/1,33)
77
Hình 3.14.
Hiệu ứng đồng vận của các loại CTS trong dung dịch
5%/0,5% H
2
O
2
theo liều xạ

79
Hình 3.15.
Sự phụ thuộc (1/M
w
–1/M
w0
) của CTS-72 trong dung
dịch 5% theo liều xạ
79
Hình 3.16.
Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung
dịch CTS-72 5% theo liều xạ và thời gian (thờ
i gian,
giờ = kGy/1,33)
81
Hình 3.17.
Phổ FT-IR của CTS-72 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng
chiếu xạ dung dịch CTS-72 5%, H
2
O
2


0,5% ở liều xạ
8,2 kGy (b); 12,3 kGy (c); 16,5 kGy (d) và 21,4 kGy (e)
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 H
2
O
2
theo liều xạ
92
Hình 3.23.
Sự phụ thuộc (1/M
w
–1/M
w0
) 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 H
2
O
2
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 H
2
O
2
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
H
2
O

2
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 H
2
O
2
nồng độ 0% (5ml H
2
O/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 H
2
O
2
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/M
w
–1/M
w0
) 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 H
2
O
2
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 H
2
O
2
5%
(thời gian, giờ = kGy/1,33)
112
Hình 3.37.
Sự phụ thuộc (1/M
w
–1/M
w0
) của CTS-80 cắt mạch theo
liều xạ ở trạng thái trương trong nước
114
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)
115
Hình 3.39.
Phổ FT-IR của CTS-80 (a) và sản phẩm cắt mạch CTS-80
ở dạng trương trong H
2
O
2
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 H
2
O
2
5%
(thời gian, giờ = kGy/1,33)
119
Hình 3.42.
Sự phụ thuộc (1/M
w
–1/M
w0
) của CTS-72 cắt mạch theo
liều xạ ở trạng thái trương trong nước
120
Hình 3.43.
Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch CTS-72 ở dạng trương
theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)

122




Hình 3.44.

Phổ FT-IR của CTS-72 ban đầu (a) và sản phẩm cắt
mạch CTS ở dạng trương trong H
2
O
2
5% tại các liều xạ
7,5 kGy (b); 14,0 kGy (c); 20,1 kGy (d) và 22,4 kGy (e)
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
3.3.2. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề
axetyl ~ 80,3% 69
3.3.3. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề
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 H
2
O
2
/tia γCo
60
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 H
2
O
2
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 H
2
O
2
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 H
2
O
2
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 H
2
O
2

/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 H
2
O
2
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 H
2
O
2
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
NHCOCH
3
O
OH
NHCOCH

3
O
OH
NHCOCH
3
O
OH
O
OH
NHCOCH
3
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-
β
-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 C
2
của mỗi đơn vị D-Glucose của cellulose được thay bằng nhóm
-NHCOCH
3
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.