chitosan ở trạng thái rắn với tác nhân H2O2
Để xác định được kích thước chitosan thích hợp, thí nghiệm được tiến hành với các kích thước chitosan khác nhau. Trừ dạng vảy ban đầu, các kích thước chitosan được xay bằng máy nghiền mẫu khô để tạo chitosan có kích thước 8 (mm), 4 (mm), 2 (mm), 1 (mm). Hình ảnh về kích thước chitosan ban đầu được thể hiệnnhư sau:
Các kích thước chitosan nghiên cứuđược lặp lại thí nghiệm 3 lần và tiến hành quá trình tiền xử lý với NaOH 0.1%, ở nhiệt độ 30oC, thời gian 3 giờ và tỷ lệ chitosan/NaOH là 1/15 (w/v).
Sau quá trình tiền xử lý, các mẫu kích thước được bổ sung H2O2 0.2%, nhiệt độ 30oC, thời gian 2 giờ và tỷ lệ chitosan/H2O2 là 1/3 (w/v). Mẫu được đặt trên máy lắc trong suốt quá trình thủy phân.
Kết thúc quá trình thủy phân, mẫu được rửa và lọc bằng nước cất đến trung tính, đem sấy ở 50oC đến trạng thái khô ta thu được sản phẩm chitosan cắt mạch.
Sản phẩm được xác định độ ẩm nhằm đánh giá hiệu suất thu hồi, xác định độ nhớt biểu kiến bằng máy đo độ nhớt có bể ổn nhiệt và khối lượng phân tử bằng thiết bị đo độ nhớt nội.
Kết quả được trình bày ở Hình 3.4. và 3.5.
Hình 3.4. Ảnh hưởng của kích thước chitosan đến độ nhớt biểu kiến (cP) và hiệu
suất thu hồi (%) của sản phẩm sau khi cắt mạch
Giá trị được trình bày là giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn, các chữ cái khác nhau
chỉsự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0.05)
Dựa vào kết quả ở Hình 3.2 cho thấy, kích thước chitosan có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất thu hồi và độ nhớt của sản phẩm sau khi cắt mạch. Khi kích thước chitosan giảm
dần, khả năng cắt mạch chitosan bằng tác nhân H2O2càng cao nhưng hiệu suất thu hồi lại giảm dần theo kích thước.
Đối với kích thước chitosan dạng vảy, sau quá trình cắt mạch, hiệu suất thu hồi ở kích thước này khá cao và cao nhất so với các kích thước khác đạt 99.51%. Đồng thời, độ nhớt mà sản phẩm đạt được có giá trị là 158.8 (cP) cao hơn so với các kích thước thí nghiệm khác. Khi kích thước chitosan giảm xuống 8 (mm), hiệu suất thu hồi có chiều hướng giảm so với kích thước vảy nhưng không đáng kể đạt 99.16%, tuy nhiên, độ nhớt của sản phẩm ở kích thước này lại giảm xuống một cách rõ rệt từ 158.8 (cP) ở kích thước vảy xuống còn 62.27 (cP) ở kích thước 8 (mm). Tiếp tục với các kích thước 4, 2 và 1 (mm) cho thấy, hiệu suất thu hồi lúc này giảm so với 2 kích thước trên nhưng mức độ giảm không đáng kể khi so sánh giữa 3 kích thước. Về độ nhớt, ở kích thước 4 (mm), độ nhớt sản phẩm đạt được là 51.93 (cP), kích thước 2 (mm) đạt 42.27 (cP) và kích thước 2 (mm) đạt 37.87 (cP).
Sau khi xác định khối lượng phân tử, kết quả cho thấy:
Hình 3.5. Ảnh hưởng của kích thước chitosan đến khối lượng phân tử (kDa) của sản
phẩm sau khi cắt mạch
Giá trị được trình bày là giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn, các chữ cái khác nhau
Dựa vào Hình 3.4 cho thấy, kích thước có ảnh hưởng rất lớn đến khối lượng phân tử sau khi cắt mạch. So với khối lượng phân tử ban đầu, sản phẩm sau khi cắt mạch có khối lượng phân tử giảm xuống rất nhiều và giảm dần theo kích thước.
Từ 2 kết quả trên có thể nhận định rằng, kích thước chitosan lớn, diện tích bề mặt tiếp xúc giữa chitosan với các gốc tự do của tác nhân cắt mạch nhỏ, vì vậy, quá trình thủy phân chỉ xảy ra ở lớp ngoài của chitosan. Các gốc tự do khó di chuyển để tiếp xúc với các lớp trong của chitosan, gây khó khăn cho quá trình thủy phân. Đối với kích thước chitosan càng nhỏ, khả năng tiếp xúc giữa bề mặt chitosan và các gốc tự do của tác nhân cắt mạch càng cao, vì vậy, quá trình thủy phân diễn ra dễ dàng hơn.
Theo nghiên cứu của Vũ Lệ Quyên năm 2012, nghiên cứu này sử dụng kích thước chitosan là (320 - 360) µm, sau khi sử dụng tác nhân cắt mạch H2O2 sản phẩm cắt mạch thu được hiệu suất 93.2% và khối lượng phân tử giảm xuống còn 50 (kDa) từ nguyên liệu chitosan 266 (kDa). Đây là kích thước khá nhỏ trong quá trình xử lý chitosan, kích thước này tốn rất nhiều năng lượng cho quá trình xử lý và có khả năng hao hụt lớn sau khi thu hồi.
Đồng thời dựa vào độ nhớt biểu kiến mục tiêu của đề tài, từ kết quả Hình 3.3. cho thấy kích thước 8 (mm) có độ nhớt phù hợp với mục tiêu đề ra. Ở kích thước này, trong lượng phân tử của sản phẩm là 123 (kDa).
Theo nghiên cứu của Nalamura và Tomonori năm 1990, chitosan sau khi được cắt mạch với H2O2 có nồng độ từ 0.1 - 20% tạo sản phân chitosan phân tử lượng thấp 260 (kDa). So sánh với kết quả đạt được ta thấy, với khối lượng phân tử 123 (kDa) là kết quả chitosan phân tử lượng thấp phù hợp với nghiên cứu trước.
Từ kết quả phân tích trên, để phù hợp với sản phẩm chitosan mục tiêu có độ nhớt
từ 50 -100 (cP), đồng thời giảm thiểu tối đa nguồn năng lượng cần sử dụng cho quá trình thủy phân thì kích thước chitosan 8 (mm) là kích thước thích hợp nhất và được lựa chọn
làm nguyên liệu cho các thí nghiệm tiếp theo.