Nghiên cứu chế tạo nanochitosan từ oligochitosan cắt mạch bức xạ gamma co 60 và thử nghiệm sử dụng nanochitosan trong bảo quản dâu tây đà lạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGUYỄN TRỌNG HOÀNH PHONG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANOCHITOSAN
TỪ OLIGOCHITOSAN CẮT MẠCH BẰNG BỨC XẠ
GAMMA CO-60 VÀ THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG
NANOCHITOSAN TRONG BẢO QUẢN DÂU TÂY
ĐÀ LẠT

KHÁNH HÒA – 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
NGUYỄN TRỌNG HOÀNH PHONG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANOCHITOSAN TỪ
OLIGOCHITOSAN CẮT MẠCH BẰNG BỨC XẠ GAMMA CO60 VÀ THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG NANOCHITOSAN TRONG
BẢO QUẢN DÂU TÂY ĐÀ LẠT

Ngành:

Công nghệ Thực phẩm

Mã số:

60540101

Quyết định giao đề tài:

295/QĐ-ĐHNT

Quyết định thành lập HĐ:
Ngày bảo vệ:

30/12/2017

Người hướng dẫn khoa học:
PGS. TS. VŨ NGỌC BỘI
ThS. LÊ HẢI
Chủ tịch Hội đồng:
PGS. TS. Nguyễn Anh Tuấn
Phòng Đào tạo sau đại học:

KHÁNH HÒA - 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những kết quả thực nghiệm được trình bày trong luận văn
“Nghiên cứu chế tạo nanochitosan từ oligochitosan cắt mạch bằng bức xạ gamma
Co-60 và thử nghiệm sử dụng nanochitosan trong bảo quản dâu tây Đà Lạt” là trung
thực, do tôi thực hiện. Các kết quả nêu trong luận văn chưa được công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Khánh Hòa, ngày

tháng

năm 2017

Tác giả luận văn

Nguyễn Trọng Hoành Phong

i


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành Luận văn này,
Trước hết, tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ
nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm và Phòng Đào tạo Sau đại học sự kính trọng, niềm
tự hào được học tập và nghiên cứu tại Trường trong thời gian qua.
Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được dành cho thầy: PGS. TS. Vũ Ngọc Bội Trưởng Khoa Công nghệ Thực phẩm và ThS. NCVC. Lê Hải - Nguyên Giám đốc Trung
tâm Công nghệ Bức xạ - Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt đã tận tình hướng dẫn trong
suốt quá trình thực hiện Luận văn.
Xin chân thành cảm ơn: Ban Lãnh đạo - Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, các
đồng nghiệp trong Nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ Bức xạ Viện Nghiên cứu
Hạt nhân Đà Lạt đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi về thời gian, máy móc, thiết bị để luận văn
được thực hiện với chất lượng cao.
Xin ghi nhận tình cảm và sự giúp đỡ của các Thầy Cô giáo trong Khoa Công nghệ
Thực phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn bè đã giúp đỡ động
viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn vừa qua.

ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ....................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ vii
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................ix
TRÍCH YẾU LUẬN VĂN .............................................................................................xi
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỒNG QUAN ...........................................................................................4
1.1. Tổng quan về chitin chitosan và ứng dụng ........................................................................ 4
1.1.1. Nguồn gốc chitin chitosan .......................................................................................... 4
1.1.2. Cấu trúc chitin, chitosan ............................................................................................. 4
1.1.3. Tính chất của chitosan ................................................................................................ 5
1.1.4. Chitosan phân tử lượng thấp và oligochitosan ........................................................... 6
1.1.5. Ứng dụng chitin, chitosan, oligochitosan ................................................................... 6
1.2. Các phương pháp xác định thông số đặc trưng của chitosan ............................................ 8
1.2.1. Một số thông số quan trọng của chitosan ................................................................... 8
1.2.2. Các phương pháp xác định độ đề axetyl ..................................................................... 9
1.2.3. Các phương pháp xác định khối lượng phân tử của chitosan ................................... 11
1.3. Các phương pháp cắt mạch chitosan và công nghệ bức xạ trong ứng dụng cắt mạch
chitosan .................................................................................................................................... 14
1.3.1. Công nghệ bức xạ và ứng dụng trong cắt mạch chitosan ......................................... 15
1.3.2. Các kết quả nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng bức xạ .......................................... 18
1.4. Tổng quan về nano chitosan ............................................................................................. 19
1.4.1. Giới thiệu nano chitosan ........................................................................................... 19
1.4.2. Các phương pháp chế tạo nano chitosan .................................................................. 20
1.5. Tổng quan về dâu tây ....................................................................................................... 22
1.5.1. Nguồn gốc, thành phần, công dụng của dâu tây ....................................................... 22
iii

1.5.2. Hư hỏng dâu tây sau thu hoạch ................................................................................. 24
1.5.3. Các phương pháp bảo quản dâu tây hiện nay ........................................................... 24
1.5.4. Tình hình sản xuất dâu tây tại Đà Lạt ....................................................................... 25
1.6. Cơ sở khoa học ứng dụng chitosan và nano chitosan trong bảo quản trái cây .............. 26
1.6.1. Nguyên nhân hư hỏng và các quá trình xảy ra khi bảo quản rau quả tươi ............... 26
1.6.2. Nguyên lý và các phương pháp bảo quản rau quả tươi ............................................ 28
1.6.3. Các ưu điểm của chitosan và nano chitosan trong bảo quản trái cây ....................... 29
1.6.4. Tình hình sử dụng chitosan và nano chitosan trong bảo quản thực phẩm ................ 30
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....32
2.1. Nguyên vật liệu ................................................................................................................. 32
2.1.1. Chitosan nguyên liệu ................................................................................................ 32
2.1.2. Dâu tây nguyên liệu .................................................................................................. 32
2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................................. 32
2.2.1. Phương pháp phân tích chitosan oligochitosan và nanochitosan ............................. 32
2.2.2. Các phương pháp cắt mạch chitosan ........................................................................ 36
2.2.3. Phương pháp điều chế nano chitosan ....................................................................... 38
2.2.4. Phương pháp bảo quản dâu tây bằng chế phẩm nano chitosan ................................ 40
2.3. Hóa chất và thiết bị chủ yếu ............................................................................................. 43
2.3.1. Hóa chất .................................................................................................................... 43
2.3.2. Thiết bị ...................................................................................................................... 43
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................44
3.1. Nghiên cứu chế tạo oligochitosan bằng kỹ thuật bức xạ gamma co-60 ......................... 44
3.1.1. Xác định các đặc trưng cấu trúc của chitosan nguyên liệu ....................................... 44
3.1.2. Nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng hydroperoxyt ................................................... 49
3.1.3. Nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng kỹ thuật bức xạ gamma Co-60 ........................ 52
3.2. Nghiên cứu chế tạo nanochitosan từ oligochitosan cắt mạch bức xạ gamma co-60 và
đánh giá các tính chất đặc trưng của nano chitosan ............................................................... 61
3.2.1. Nghiên cứu xác định các yếu tố ảnh hưởng tới kích thước hạt nanochitosan .......... 61

iv


3.2.2. Thử nghiệm sản xuất nano chitosan và đánh giá một số tính chất đặc trưng của nano
chitosan ............................................................................................................................... 70
3.3. Thử nghiệm sử dụng nano chitosan trong bảo quản dâu tây .......................................... 74
3.3.1. Xác định kích thước hạt nano chitosan thích hợp cho quá trình bảo quản dâu tây .. 74
3.3.2. Xác định nồng độ nano chitosan thích hợp cho quá trình bảo quản dâu tây ............ 83
3.3.3. Đề xuất quy trình bảo quản dâu tây bằng nano chitosan .......................................... 89
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................90
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN .................................92
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 93
PHỤ LỤC
PHẦN THỦ TỤC

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
CTS

Chitosan

CNBX

Công nghệ bức xạ

C102

Chitosan khối lượng phân tử trung bình 102 kDa

C55

Chitosan khối lượng phân tử trung bình 55 kDa

C30

Chitosan khối lượng phân tử trung bình 30 kDa

C12

Chitosan khối lượng phân tử trung bình 12 kDa

C7

Chitosan khối lượng phân tử trung bình 7 kDa

DSC

Phương pháp quét nhiệt vi sai bù năng lượng

ĐTNBH

Độ trương nước bão hòa

ĐA

Độ acetyl

ĐĐA

Độ đề axetyl

ĐTNBHTB

Độ trương nước bão hòa trung bình

FTIR

Phương pháp phổ hồng ngoại

GPC

Phương pháp sắc kí gel thấm qua

KLPT

Khối lượng phân tử

Mn

Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình số

Mw

Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình khối

Mv

Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình độ nhớt

PI

Độ đa phân tán của polyme

OCTS

Oligochitosan

t

Ký hiệu thới gian

TPP

Natri tripolyphotphate

w/v

Khối lượng/thể tích

w/w

Khối lượng/khối lượng

v/v

Thể tích/thể tích

Co60

Bức xạ/tia gamma Co - 60

[]

Độ nhớt đặc trưng

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của chitin ...........................................................................4
Hình 1.2. Công thức cấu tạo của chitosan .......................................................................5
Hình 1.3. Công thức phân tử đầy đủ của Chitosan (trong đó tỷ lệ m/n phụ thuộc vào mức
độ deacetyl hóa) ...............................................................................................................5
Hình 1.4. Công thức phân tử của oligochitosan n=0-4....................................................6
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
Hình 1.6. Tương quan giữa độ nhớt rút gọn và nồng độ CTS .......................................12
Hình 1.7. Sơ đồ cơ chế cắt mạch CTS bằng bức xạ theo Ulanski [63] .........................17
Hình 2.1. Thiết bị FT-IR 4600.......................................................................................33
Hình 2.2. Thiết bị GPC LC – 20AD Shimadzu ............................................................. 34
Hình 2.3. Thiết bị Quét vi sai bù năng lượng DSC-60 ..................................................35
Hình 2.4. Thiết bị đo kích thước hạt và thế zeta Nano Partica SZ 100 .........................35
Hình 2.5. Thiết bị chiếu xạ Co-60 GC – 5000 .............................................................. 38
Hình 3.1. Phổ FT-IR của chitosan nguyên liệu ............................................................. 44
Hình 3.2. Sắc ký đồ GPC của chitsan nguồn C102 .........................................................46
Hình 3.3. Giản đồ phân tích nhiệt vi sai của CTS C102 .................................................47
Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ hydro peroxyt đến khối lượng phân tử của chitosan

sau cắt mạch bằng H2O2 ................................................................................................ 49
Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian cắt mạch đến KLTP chitosan sau cắt mạch bằng H2O2 ....... 51
Hình 3.6. Ảnh hưởng của liều chiếu đến KLPT chitosan sau chiếu xạ .........................52
Hình 3.7. Ảnh hưởng của suất liều đến Mw chitosan sau chiếu xạ ............................... 54
Hình 3.8. Ảnh hưởng của liều xạ và nồng độ H2O2 đến Mw trung bình của CTS sau chiếu xạ........55
Hình 3.9. Sắc ký đồ của oligochitosan C12 ....................................................................58
Hình 3.10. Sắc ký đồ của oligochitosan C7 ...................................................................59
Hình 3.11. Sơ đồ quy trình chế tạo oligochitosan .........................................................60
Hình 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ TPP đến kích thước hạt nanochitosan .................62
Hình 3.13. Phân bố kích thước hạt của nano chitosan C7 tỉ lệ OCTS:TPP là 5:2 .........62
vii


Hình 3.14. Ảnh hưởng của pH đến kích thước hạt nano chitosan ................................ 64
Hình 3.15. Ảnh hưởng của Mw và nồng độ CTS, OCTS đến kích thước hạt nano .......65
Hình 3.16. Phân bố kích thước hạt của dung dịch nano chitosan C7 nồng độ 1% ........66
Hình 3.17. Phân bố kích thước hạt của dung dịch nano chitosan C12 nồng độ 1% .......66
Hình 3.18. Phân bố kích thước hạt của dung dịch nano chitosan C30 nồng độ 1% .......67
Hình 3.19. Ảnh hưởng của nồng độ TPP đến thế Zeta của nano chitosan C7 1% ........68
Hình 3.20. Thế zeta của nano chitosan C7 1%, OCTS/TPP 5:2 ...................................69
Hình 3.21. Sơ đồ quy trình chế tạo dung dịch nano chitosan ........................................70
Hình 3.22. Phổ hồng ngoại của nano chitosan; oligochitosan và TPP .......................... 71
Hình 3.23. Giản đồ nhiệt của chitosan (a) và nano chitosan (b) ...................................72
Hình 3.24. Ảnh FE-SEM của nano chitosan .................................................................72
Hình 3.25. Hình ảnh mô phỏng hạt nano chitosan ........................................................73
Hình 3.26. Hình ảnh dâu tây trước khi xử lý bằng dung dịch nano chitosan ................81
Hình 3.27. Hình ảnh dâu tây sau 7 ngày bảo quản lạnh (a) mẫu nhúng nano chitosan và
(b) mẫu đối chứng..........................................................................................................81
Hình 3.28. Hình ảnh dâu tây sau 12 ngày bảo quản lạnh (a) mẫu nhúng nano chitosan và
(b) mẫu đối chứng..........................................................................................................81

Hình 3.29. Sơ đồ quy trình bảo quản dâu tây bằng dung dịch nanochitosan ................89

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Một số dao động đặc trưng trên phổ IR của CTS ...........................................9
Bảng 1.2. Hệ dung môi và thông số k; α .......................................................................12
Bảng 1.3. Thành phần dinh dưỡng của dâu tây ............................................................. 23
Bảng 2.1. Bảng điểm cảm quan cho trái dâu tây ........................................................... 42
Bảng 2.2. Thang điểm chất lượng và phân hạng dâu tây. .............................................42
Bảng 3.1. Kết quả đo độ deacetyl của chitosan nguyên liệu .........................................45
Bảng 3.2. Kết quả đo độ ẩm của chitosan nguồn .......................................................... 48
Bảng 3.3. Kết quả đo độ TNBH của chitosan nguồn ....................................................48
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của kích thước hạt nano chitosan đến sự hao hụt khối lượng của
dâu tây theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng .........................................................74
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của kích thước hạt nano chitosan đến điểm chất lượng cảm quan
của dâu tây theo thời gian bảo quản nhiệt độ thường ....................................................75
Bảng 3.6. Kết quả đánh giá cảm quan dâu tây bảo quản thường sau 7 ngày bảo quản ở
nhiệt độ thường ..............................................................................................................75
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của kích thước hạt nanochitosan đến độ hao hụt khối lượng của
dâu tây theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ lạnh (6-80C) ...............................................78
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của kích thước nano chitosan đến chất lượng cảm quan của dâu
tây theo thời gian bảo quản nhiệt độ lạnh (6-80C).........................................................78
Bảng 3.9. Tổng điểm chất lượng cảm quan của dâu tây sau 12 ngày bảo quản ở điều kiện
lạnh (6-80C) ...................................................................................................................79
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch nano chitosan đến độ hụt khối của dâu
tây theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ thường .............................................................. 84
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch nano chitosan đến độ hao hụt khối lượng
của dâu tây theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ lạnh .....................................................84

Bảng 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ nano chitosan đến chất lượng cảm quan của dâu tây
theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ thường ....................................................................86
Bảng 3.13. Kết quả đánh giá chất lượng cảm quan của dâu tây sau 7 ngày bảo quản ở
nhiệt độ thường ..............................................................................................................86

ix


Bảng 3.14. Ảnh hưởng của nồng độ nano chitosan đến chất lượng cảm quan của dâu tây
theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ lạnh ........................................................................87
Bảng 3.15. Kết quả đánh giá chất lượng cảm quan của dâu tây sau 12 ngày bảo quản ở
nhiệt độ lạnh ..................................................................................................................87

x


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Việc sử dụng những sản phẩm sạch, các chế phẩm sinh học có nguồn gốc tự nhiên,
không độc hại trong bảo quản nông sản, thực phẩm như chitosan, oligochitosan và nano
chitosan đang được các nhà nghiên cứu hết sức quan tâm. Dâu tây là một loại quả có giá
trị kinh tế và mang tính đặc trưng cho Đà Lạt. Tuy thế dâu tây rất dễ bị hư hỏng trong
quá trình bảo quản. Do vậy việc nghiên cứu tìm kiếm giải pháp để bảo quản dâu tây Đà
Lạt là nhu cầu hết sức cần thiết. Nano chitosan được điều chế từ oligochitosan cắt mạch
bằng bức xạ gamma Co-60 là loại sản phẩm có kích thước bé, hệ số thẩm thấu và
khuyếch tán cao, có khả năng bám dính tốt, dễ dàng tạo lớp phủ bao quanh trái cây, ngăn
chặn sự mất nước và sự tiếp xúc với oxi không khí.
Trong nghiên cứu này luận văn tiến hành chế tạo oligochitosan bằng kỹ thuật cắt
mạch bức xạ gamma Co-60 và tạo nano chitosan bằng kỹ thuật tạo gel ion hóa. Sử dụng
dung dịch nano chitosan để bảo quản dâu tây. Chitosan khối lượng phân tử thấp được tạo
ra bằng cách chiếu xạ cắt mạch chitosan trên nguồn gamma Co-60. Các kết quả nghiên

cứu cho thấy khối lượng phân tử của chitosan giảm khi tăng liều xạ. Oligochitosan được
điều chế bằng sự kết hợp hiệu ứng đồng vận giữa tia bức xạ γCo60 và dung dịch H2O2 ở
liều xạ 30kGy để phân cắt chitosan khối lượng phân tử 102kDa thành oligochitosan Mw
7 kDa. Nano chitosan được chế tạo từ oligochitosan bằng kỹ thuật tạo gel ion hóa với
tác nhân natri tripolyphotphat. Các thông số ảnh hưởng đến kích thước hạt như nồng độ
oligochitosan, nồng độ TPP, pH dung dịch, khối lượng phân tử của oligochitosan cũng
đươc nghiên cứu. Chitosan khối lượng phân tử thấp thì tạo ra các hạt nano chitosan có
kích thước bé. Đã chế tạo hạt nano chitosan kích thước 129,9 nm từ oligochitosan Mw7,7
kDa. Đặc trưng của nano oligochitosan được xác định với phổ hồng ngoại chuyển đổi
Fourier (FT-IR), phân tích nhiệt quét vi sai (DSC), kích thước hạt, thế zeta và kính hiển
vi điện tử quét (SEM). Dung dịch nano chitosan đã được chứng minh có thể giúp hạn chế
sự suy giảm chất lượng và sự hao hụt khối lượng của dâu tâu trong quá trình bảo quản
ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ lạnh. Dâu tây được xử lý dung dịch nano chitosan kích
thước hạt 279nm, nồng độ 500 pmm có thể bảo quản trong 7 ngày ở nhiệt độ phòng và
12 ngày ở nhiệt độ lạnh (6-80C) mà dâu tây vẫn đạt tiêu chuẩn chất lượng trung bình và
đủ điều kiện sử dụng làm thực phẩm.
Từ khóa: Nano oligochitosan; cắt mạch bức xạ, tia gamma, đồng vận, dâu tây.

xi


MỞ ĐẦU
Theo nhiều công bố về bảo quản sau thu hoạch trên thế giới cho thấy tổn thất lương
thực trong bảo quản sau thu hoạch hàng năm không dưới 5%. Ở các nước nhiệt đới, tổn
thất lương thực trong bảo quản sau thu hoạch lên tới 10%. Ở Việt Nam, tổn thất trong
quá trình bảo quản nông sản sau thu hoạch cũng khá cao: tổn thất trung bình sau thu
hoạch đối với các loại hạt vào khoảng 10%, đối với cây có củ là 10 ÷ 20%, tổn thất sau
thu hoạch của các loại rau quả trung bình hàng năm từ 10 ÷30%. Vì vậy, việc nghiên
cứu bảo quản nông sản sau thu hoạch là vấn đề cấp thiết và đang được các nhà nghiên
cứu quan tâm.

Dâu tây là loại nông sản đặc trưng của Đà Lạt và có giá trị kinh tế khá cao. Tuy
nhiên, dâu tây là loại quả giàu dinh dưỡng và mọng nước nên rất dễ hư hỏng trong quá
trình bảo quản sau thu hoạch. Do vậy, dâu tây là một trong số loại nông sản đang được
các nhà khoa học tại Đà Lạt quan tâm nghiên cứu nhằm kéo dài thời gian bảo quản sau
thu hoạch loại quả này.
Chitosan là một loại polyme sinh học có nguồn gốc từ tự nhiên, không độc hại và
có khả năng kháng khuẩn nên hiện đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới và Việt
Nam quan tâm nghiên cứu sử dụng trong bảo quản rau quả. Ở Việt Nam, gần đây tại
Việt Nam đã có một số nghiên cứu ứng dụng chitosan trong bảo quản nguyên liệu thực
phẩm tươi sống như cá, thịt, mãng cầu, xoài, thanh long, ... Tuy vậy việc nghiên cứu sử
dụng chitosan có hạn chế do chitosan không tan trong nước, chỉ tan trong acid hữu cơ
như acid acetic, acid formic,… Mặt khác, khi bảo quản nông sản bằng chitosan sẽ tạo
thành một lớp màng bao bên ngoài nguyên liệu ngăn cản sự thoát hơi nước, thoát khí
dẫn tới có thể làm ngưng sự hô hấp của nông sản gây ra sự hư hỏng kị khí. Để khắc phục
các hạn chế của chitosan, ngày nay các nhà nghiên cứu có xu thế sử dụng chitosan khối
lượng phân tử thấp và đặc biệt là sử dụng oligochitosan hoặc nano chitosan trong bảo
quản nông sản thực phẩm. Việc sử dụng oligochitosan hay nano chitosan trong bảo quản
nông sản sau thu hoạch có lợi thế là khả năng tan của oligochitosan hay nano
oligochitosan trong dung dịch tốt hơn chitosan. Các nghiên cứu gần đây của PGS. TS.
Vũ Ngọc Bội cho thấy oligochitosan sản xuất bằng kỹ thuật sử dụng bức xạ coban 60
phân cắt chitosan có khả năng kháng 6 loại vi khuẩn trong đó có vi khuẩn Erwinia spp
- một loại vi khuẩn gây thối trên măng tây. Do vậy khi sử dụng oligochitosan sản xuất
bằng kỹ thuật sử dụng bức xạ gamma coban 60 có thể kéo dài thời gian bảo quản măng
tây lên trên 10 ngày. Tuy vậy, khi phân cắt chitosan thành oligochitosan nếu khối lượng
1


phân tử quá thấp có thể làm giảm hoạt tính kháng khuẩn của nó. Để khắc phục nhược
điểm trên của oligochitosan, một số nhà nghiên cứu đang nghiên cứu sử dụng các tác
nhân hóa học để khâu mạch nội phân oligochitosan tạo thành nano chitosan. Theo một

số nghiên cứu, nano chitosan được điều chế từ chitosan cắt mạch bằng bức xạ gamma
Co-60, có kích thước bé, khối lượng phân tử thấp nên có hệ số thẩm thấu và khuếch tán
cao nên có thể đi sâu vào tế bào nên có hoạt tính kháng khuẩn trực tiếp cao gấp từ 80100 lần oligochitosan dạng hòa tan và có khả năng ức chế mầm bệnh trực tiếp. Với kích
thước hạt cỡ nano mét, nano oligochitosan có diện tích bề mặt lớn và khả năng bám dính
tốt. Vì thế, lợi thế khi sử dụng nano oligochitosan trong bảo quản nông sản là chỉ cần sử
dụng nồng độ nhỏ nhưng vẫn tạo được lớp màng bán thấm bao quanh nông sản nên
không kìm hãm quá trình hô hấp của nông sản sau thu hoạch. Do vậy, luận văn tiến hành
đề tài: “Nghiên cứu chế tạo nanochitosan từ oligochitosan cắt mạch bằng bức xạ
gamma Co-60 và thử nghiệm sử dụng nanochitosan trong bảo quản dâu tây Đà Lạt”
Mục tiêu của luận văn: chế tạo chế phẩm nano oligochitosan bằng công nghệ bức
xạ phối hợp xử lý hóa học để sử dụng trong bảo quản dâu tây sau thu hoạch.
Nội dung nghiên cứu
1) Nghiên cứu chế tạo oligochitosan bằng kỹ thuật bức xạ Gamma Co-60
2) Nghiên cứu chế tạo nanochitosan từ oligochitosan cắt mạch bức xạ Gamma Co60 và đánh giá các tính chất đặc trưng của nanochitosan.
3) Thử nghiệm sử dụng nanochitosan trong bảo quản dâu tây.
* Tính mới của đề tài
Kết quả nghiên cứu của luận văn là kết quả mới về ứng dụng công nghệ bức xạ
Coban 60 trong phân cắt chitosan thành oligochitosan để sản xuất nanochitosan dùng
trong bảo quản dây tây.
* Ý nghĩa khoa học của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp dữ liệu khoa học về khả năng tạo hạt nano
chitosan kích thước bé từ oligochitosan cắt mạch bằng bức xạ gamma Co-60 và khả
năng bảo quản dâu tây của dung dịch nano oligochitosan. Từ đó làm tăng giá trị của
chitosan. Thành công của đề tài tạo ra một chế phẩm sinh học sạch, ứng dụng trong bảo
nông sản sau thu hoạch, đặc biệt là những nông sản có giá trị kinh tế cao, nhưng dễ bị
hư hỏng như trái dâu tây. Sản phẩm của đề tài không những góp phần nâng cao thu nhập
cho người nông dân mà còn đảm bảo sức khỏe cho người sử dụng. Kết quả của luận văn
là nguồn tài liệu tốt cho các học viên cao học và những ai nghiên cứu về lĩnh vực này.
2

* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Luận văn đã sản xuất được nanochitosan và đã thử nghiệm trong bảo quản dây tây
- một loại trái cây đặc sản có giá trị kinh tế cao và là loại trái cây đặc trưng cho Đà Lạt.
Kết quả nghiên cứu của cho thấy nano chitosan giúp kéo dài thời gian bảo quản trái dâu
tây. Do vậy, kết qủa của luận văn có ý nghĩa thực tiễn và là cơ sở để doanh nghiệm ứng
dụng trong bảo quản trái cây sau thu hoạch – đây là lĩnh vực đang được Bộ Nông nghiệp
và Phát triển nông thôn rất quan tâm.

3


CHƯƠNG 1. TỒNG QUAN
1.1. Tổng quan về chitin chitosan và ứng dụng
1.1.1. Nguồn gốc chitin chitosan
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 [77]… Chitin cũng được tìm thấy
trong vách tế bào của một vài loài nấm hay của một số loài sinh vật khác [31, 46].
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 [46]. Oligochitosan (OCTS) còn gọi là
chitosan oligosaccarit là sản phẩm giảm cấp của CTS, được chế tạo bằng biến tính cắt
mạch CTS sử dụng các tác nhân cắt mạch như enzyme [11, 36], hóa học và bức xạ [14,
20, 34, 43, 49, 53, 54]…
1.1.2. Cấu trúc chitin, chitosan
Chitin là polysaccarit thiên nhiên không nhánh, giống cellulose, có cấu trúc như
mô tả trên Hình 1.1.

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của 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 [24, 46].
Chitosan là một trong những dẫn xuất của chitin được hình thành khi tách nhóm
acetyl (quá trình deacetyl hoá chitin), vì vậy chitosan chứa rất nhiều nhóm amino.
Chitosan thường ở dạng vảy hay dạng bột có màu trắng ngà. Công thức phân tử của
chitosan gần giống với chitin nhưng chitosan có chứa nhóm amin ở cacbon số 2 [24,
31]. 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.
4


Hình 1.2. Công thức cấu tạo của chitosan
Trong tự nhiên, chitin tồn tại khá phổ biến đặc biệt có nhiều trong vỏ của các loài
động vật giáp xác như: tôm, cua, ghẹ, mai mực. Vì vậy, phế liệu từ động vật thủy sản
thường được dùng để sản xuất chitin - chitosan và dẫn xuất của chúng. Thực tế cho thấy,
mạch phân tử chitosan không đơn thuần chỉ chứa các nhóm amin ở cacbon số 2 mà còn
được đan xen bởi các mắt xích chitin Hình 1.3.

Hình 1.3. Công thức phân tử đầy đủ của Chitosan (trong đó tỷ lệ m/n phụ thuộc vào mức
độ deacetyl hóa)
1.1.3. Tính chất của chitosan
Chitosan là một chất rắn, xốp, nhẹ, có màu trắng ngà và thường ở dạng vảy hoặc
dạng bột. Thông thường, chitosan thương mại có độ deacetyl (ĐĐA) >70% và trọng
lượng phân tử (100.000 - 1.200.000) Dalton. Phân tử lượng của chitosan thường rất khó
kiểm soát và phụ thuộc nhiều vào nguồn chitin cùng với điều kiện deacetyl. Phân tử
lượng của chitosan quyết định đến tính chất của chitosan như khả năng kết dính, tạo
màng, tạo gel, khả năng hấp phụ chất màu đặc biệt là khả năng ức chế vi sinh vật.

Chitosan có phân tử lượng càng lớn thì độ nhớt càng cao, khả năng tạo màng tốt và màng
có sức căng tốt. Tuy nhiên, chitosan có phân tử lượng thấp thường có hoạt tính sinh học
cao hơn và có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, y học và công nghệ sinh học.
Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hòa tan trong nước, trong dung dịch kiềm mà
tan tốt trong các acid hữu cơ thông thường như acid acetic, acid fomic, acid propionic,
acid lactic, acid citric. Khi hòa tan trong dung dịch acid loãng, chitosan tạo thành keo
dương. Đây là điểm đặc biệt của chitosan vì đa số keo polysaccharide tự nhiên đều tích
điện âm. Khi hòa tan chitosan trong dung dịch acid loãng, Chitosan sẽ mang điện tích
dương. Chính vì vậy, chitosan có khả năng bám dính lên bề mặt các ion tích điện âm và
có khả năng tạo phức với các kim loại và tương tác tốt với các polymer tích điện âm.
5


Chitosan là một trong những polymer sinh học có khả năng kháng nấm và kháng
khuẩn tốt [23, 38]. Chitosan là một chất không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân hủy
sinh học và có tính hòa hợp, tương thích cao với cơ thể [17, 60]. Nhờ những đặc tính
trên mà chitosan tăng được khả năng ứng dụng của nó trong một số lĩnh vực như: nông
nghiệp, thực phẩm, y học, công nghệ sinh học…
1.1.4. Chitosan phân tử lượng thấp và oligochitosan
Chitosan phân tử lượng thấp là chitosan có khối lượng phân tử có sự dao động từ
20- 200 (kDa) [11] và mang đầy đủ tính chất vật lý, hóa học, sinh học của chitosan.
Oligochitosan 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 20 kDa.

Hình 1.4. Công thức phân tử của oligochitosan n=0-4
Chitosan phân tử lượng thấp có thể nhận biết khi so sánh với chitosan phân tử
lượng cao thông qua độ nhớt của chitosan khi được hòa tan trong dung dịch acid loãng.
Như vậy, độ nhớt là nhân tố quan trọng để xác định trọng lượng phân tử của chitosan.
Ta có thể thấy rằng, chitosan phân tử lượng thấp sẽ có độ nhớt thấp bởi mạch phân tử
chitosan ngắn sẽ làm giảm sự tương tác giữa các phân tử với nhau. Ngược lại, nếu mạch

phân tử chitosan cao, các phân tử trong môi trường có sự ràng buộc lẫn nhau tạo thành
trạng thái rối làm cho chitosan có độ nhớt cao hơn. Vì lý do đó mà ta có thể xác định
tương đối chitosan phân tử lượng thấp thông qua độ nhớt của nó [42, 48]. Ngoài việc
vẫn đảm bảo được tính chất như một chitosan phân tử lượng cao và trung bình thì
chitosan phân tử lượng thấp còn có nhiều đặc tính ưu việt hơn.
1.1.5. Ứng dụng chitin, chitosan, oligochitosan
Chitin là nguồn nguyên liệu quan trọng để chế tạo ra các dẫn xuất như
carboxymethyl chitin, CTS, Oligochitosan… 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 [5, 12, 17,
57, 60, 72, 76]… Do vậy, các polyme này đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi
6


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...
Chitsosan thường được ứng dụng trong nông nghiệp giúp tăng cường sự hoạt động
của các vi sinh vật có lợi trong đất, bọc các hạt giống ngăn ngừa sự tấn công của nấm
trong đất. Đồng thời, chitosan còn có tác dụng cố định phân bón, thuốc trừ sâu, tăng khả
năng nảy mầm của hạt, giảm stress cho cây, kích thích sinh trưởng và tăng năng suất thu
hoạch. Đặc biệt, chitosan đóng vai trò là chất kích thích hệ miễn dịch của cây [27, 57].
Năm 1987, Betech đã được cấp bằng sang chế nhờ nghiên cứu ứng dụng chitosan trong
việc bọc hạt giống để ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất. Trong những vùng cây
trồng bị nấm tấn công vào hệ rễ, nếu hạt giống được bọc bởi chitosan sẽ nâng cao hiệu
quả thu hoạch lên 80% so với không sử dụng chitosan. Ngoài ra, chitosan còn có tác
dụng kích thích sự nảy mầm của hạt [57].
Chitosan được ứng dụng khá phổ biến trong lĩnh vực chế biến và bảo quản thực
phẩm [5, 18, 21, 56, 76], là hợp chất polymer tự nhiên an toàn với những tính chất đặc
trưng như khả năng kháng nấm, kháng khuẩn, chống oxy hóa, tạo màng, tạo gel, hấp
phụ màu, làm trong… Ứng dụng chitosan trong tạo màng, chống biến nâu, mất nước,

kháng nấm bảo quan rau quả. Nhờ hàng hào bảo vệ, hạn chế sự cung cấp oxy trên bề
mặt rau quả và hàm lượng CO2 bên trong màng tăng lên nên quá trình hô hấp của rau
quả bị ức chế và hạn chế quá trình biến nâu của quả. Hơn nữa, màng chitosan có lại có
tính kháng khuẩn, kháng nấm nên sự hư hỏng do vi sinh vật sẽ giảm đi nhiều.. Ngoài ra
có nhiều loại hoa quả khác cũng được ứng dụng như: xoài, táo, chuối, đào, kiwi, nho, cà
rốt, Oligochitosan 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, Oligochitosan đặc biệt hiệu quả đối với khả
năng kích thích sự miễn dịch trên động vật và cây trồng. Các nghiên cứu cho thấy [11,
66], chitosan phân tử lượng thấp là một chất có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm và
virus rất tốt. Trên thực tế, đa số bề mặt tế bào vi khuẩn thường là Gram âm, nhờ lực
tương tác tĩnh điện xảy ra giữa nhóm NH3+ của chitosan và bề mặt tế bào vi khuẩn dẫn
đến sự phá vỡ màng tế bào vi khuẩn, đồng thời màng bao bọc của chitosan lên tế bào vi
sinh vật là rào cản của các quá trình trao đổi chất và gián tiếp tham gia vào quá trình ly
giải tế bào. Khi quan sát dưới kính hiển vi điện tử, các nhà khoa học chỉ ra rằng, chitosan
có phân tử lượng thấp có khả năng ức chế vi sinh vật tốt hơn chitosan phân tử lượng
7


cao. Nhờ khả năng tương tác và tiếp xúc với toàn bộ bề mặt vi sinh vật làm ngăn cản
các quá trình sinh hóa và hoạt động bình thường. Vì vậy, chitosan phân tử lượng thấp
có khả năng kháng khuẩn tốt hơn chitosan phân tử lượng cao.
1.2. Các phương pháp xác định thông số đặc trưng của chitosan
1.2.1. Một số thông số quan trọng của 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 -NHCOCH3 [7, 46, 64]. Sự khác biệt về số lượng của các
nhóm trên dẫn tới sự khác biệt rõ rệt về tính chất của hai loại polyme này. CTS có ĐĐA

khác nhau dẫn tới sự khác nhau về KLPT, độ nhớt, khả năng hòa tan trong axit... Khi
chitin được đề axetyl hóa, do điều kiện khắt khe của sự đề axetyl hóa như nồng độ
NaOH, nhiệt độ, thời gian... dẫn đến sự cắt mạch làm cho CTS tạo thành có độ dài mạch
ngắn hơn so với chitin gốc. ĐĐA càng cao thì KLPT và độ nhớt càng giảm. Độ nhớt của
CTS trong axit axetic bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như ĐĐA, KLPT, pH, nhiệt độ...
Các hằng số về độ nhớt trong phương trình Mark – Houwink ([η] = k×Mvα) là k và α
phụ thuộc vào sự thay đổi của ĐĐA. Khi ĐĐA tăng, k tăng và α giảm. Khối lượng phân
tử trung bình khối – Mv cũng là một thông số quan trọng của chitin/CTS. Chitin có Mv
vào khoảng 3×105- 5×105 Da trong khi CTS có Mv 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 [70, 78] .
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 [45]. 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+. Nhờ đặc tính này mà CTS có giá trị ứng dụng cao hơn
8


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...
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.
1.2.2. Các 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, IR.
a. Phương pháp xác định ĐĐA sử dụng phổ IR [22, 32, 67]
Có nhiều nghiên cứu quan tâm đến phương pháp IR để xác định ĐĐA của CTS do
tính thuận lợi, đơn giản và nhanh chóng so với các phương pháp khác như chuẩn độ,
phổ cộng hưởng từ (1H-NMR, 13C NMR) và phổ tử ngoại. Phương pháp IR xác định
ĐĐA của CTS được Baxter và cộng sự [15] phát triển với công thức tính ĐĐA như sau:
ĐĐA, % = 100 - [(A1655/A3450) X 115]
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.
Bảng 1.1. Một số dao động đặc trưng trên phổ IR của CTS
Số sóng, cm-1

Liên kết

Tài liệu

897

dao động vòng pyranose

[19]

1031

υC-O Nhóm OH

[19]

1155

υsC-O-C (liên kết glycosit)

[59, 83]

1262

dao động phức hợp của nhóm NHCO

[19],[59]

1322

δ C-H trong vòng pyranose

[19],[59]

1380

δs C-H trong nhóm -CH3

[19],[59]

1422

δ C-H trong nhóm -CH2

[19],[59]

1667-1597

Amit I

[19],[59]

2881

υ C-H –CH2 của vòng glucopyranose
υas CH2

[19],[59]

2923

9

[19],[59]


Năm 2001, Brugnerotto và cộng sự [32] đã đề nghị cách tính ĐĐA của chitin/CTS
bằng phương pháp IR sử dụng pic đặc trưng của sự axetyl hóa (characteristic band of
the N-acetylation) 1320 cm-1 và pic so sánh (reference band) 1420 cm-1 như sau:
ĐA,% = ((A1320-A1420) - 0,03822)/0,003133
ĐĐA, % = 100 - [((A1320-A1420) - 0,03822)/0,003133]
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].

b. Phương pháp xác định ĐĐA bằng phổ UV dẫn xuất thứ nhất [68, 74]
Phương pháp đo phổ tử ngoại (UV) dẫn xuất thứ nhất để xác định ĐĐA của CTS.
Silva và cộng sự (2008) [68] 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. 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 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


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.
1.2.3. Các 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)
a. Xác định KLPT của chitosan bằng phương pháp đo độ nhớt [58, 78]
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. Theo phương pháp
này, KLPT trung bình nhớt Mv quan hệ với độ nhớt [η] theo phương trình Mark –

Houwink:

[η] = k*Mva
Trong đó: - [η] là độ nhớt đặc trưng
- Mv là KLPT trung bình nhớt
- k và a là hằng số
Đây là phương pháp so sánh tương đối nên cần phải xác định hằng số k và a trong
Phương trình Mark - Houwink.
Hằng số k và a 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:
Độ nhớt tương đối: ηtđ = η/η0 = t/t0
Độ nhớt riêng: ηr = ηtđ – 1 = (ηtđ – η0)/ η0 = (t - t0)/t0
Độ nhớt rút gọn: ηrg = ηr/C
Độ nhớt đặc trưng [η] = lim (ηr/C)
𝐶→0

11


Trong đó: - t0: thời gian chảy của dung môi.
- t: thời gian chảy của dung dịch.
- C: nồng độ dung dịch

Hình 1.6. Tương quan giữa độ nhớt rút gọn và nồng độ CTS
Từ các đường thẳng trên Hình 1.6 ngoại suy cho đến C = 0 ta nhận được độ nhớt
đặc trưng [η].

Bảng 1.2. Hệ dung môi và thông số k; α
Nhiệt

Hệ dung môi

độ đo

K (mL/g)

α

Tài liệu

0,1 M AcOH/0,2 M NaCl

25oC

1,81x10-3

0,93

[46]

0,1 M AcOH/0,02 M NaCl

25oC

3,04x10-3

1,26

[46]

0,2 M AcOH/0,1 M AcONa/4 M urea

25oC

8,93x10-2

0,71

[46]

0,3 M AcOH/0,2 M AcONa (DA¼0,02)

25oC

8,2x10-2

0,76

[46, 69]

0,3 M AcOH/0,2 M AcONa (0oDAo0,03)

25oC

7,9x10-2

0,796

[35, 46]

0,02 M AcOH/0,1 M NaCl

25oC

8,43x10-2

0,92

[46]

Marguerite Rinaudo và cộng sự [46] 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. Bảng 1.2 đưa ra các giá trị k và α điển hình thường được dùng để đo Mv của CTS.
12