Quá trình tiền xử lý chitosan là quá trình quan trọng ảnh hưởng tới hiệu quả cắt mạch chitosan ở trạng thái rắn. vì vậy, tác giả tiến hành nghiên cứu nồng độ NaOH thích hợp cho quá trình tiền xử lý chitosan.
Sau khi lựa chọn được kích thước chitosan thích hợp, sử dụng các nồng độ NaOH khác nhau (0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6)%, tỷ lệ chitosan/NaOH là 1/15 (w/v) ở nhiệt độ 30oCtrong thời gian 3 giờ.
Kết thúc quá trình tiền xử lý, bổ sung H2O2 0.2%, tỷ lệ chitosan/ H2O2 là 1/3 (w/v), ở nhiệt độ 30oC trong thời gian 2 giờ.
Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở Hình 3.6.
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH 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)
Ở quá trình tiền xử lý của NaOH, nồng độ NaOH khác nhau sẽ cho độ nhớt biểu kiến của sản phẩm khác nhau. Kết quả trên cho thấy, nồng độ NaOH có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng cắt mạch chitosan của H2O2. Tuy nhiên, quá trình tiền xử lý bằng NaOH ít ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi của sản phẩm khi sử dụng chitosan kích thước 8 (mm).
Hiệu suất thu hồi ở các nồng độ NaOH gần như không có sự sai khác về mặt ý nghĩa thống kê, hiệu suất thu hồi của các nồng độ nằm trong khoảng 98.17 - 98.81%.
Từ nồng độ NaOH 0.05 - 0.2%, độ nhớt biểu kiến của chitosan sản phẩm có chiều hướng giảm dần, nhưng khi tiếp tục tăng nồng độ NaOH lên đến 0.6% thì độ nhớt biểu kiến cũng tăng theo. Ở nồng độ 0.05%, sản phẩm cắt mạch có độ nhớt 112.67 (cP), tăng nồng độ lên 0.1%, độ nhớt đạt 88.47 (cP), nồng độ 0.2% có độ nhớt 69.87 (cP), đến nồng độ 0.3% độ nhớt bắt đầu tăng lên với giá trị 135.93 (cP). Khi tăng nồng độ NaOH lên đến 0.6%, độ nhớt sản phẩm đạt tới 167.4 (cP).
Với các nồng độ NaOH thí nghiệm, khi kiểm tra khối lượng phân tử, kết quả được thu nhận ở Hình 3.7.
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ NaOHđến 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
chỉsự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0.05)
Khối lượng phân tử có sự khác nhau đối với các nồng độ NaOH khác nhau. Tương tự với độ nhớt biểu kiến, khối lượng phân tử cũng có chiều hướng giảm từ nồng độ NaOH 0.05 - 0.2% và tiếp tục tăng nồng độ thì khối lượng phân tử của sản phẩm cũng tăng theo. Với độ nhớt biểu kiến mục tiêu từ 50 - 100 (cP), kết quả Hình 3.5 cho thấy nồng độ
NaOH 0.1% phù hợp với mục tiêu. Đối chiếu với Hình 3.6 khối lượng phân tử của sản phẩm ở nồng độ này đạt được là 155 (kDa).
Trong quá trình tiền xử lý chitosan, NaOH là nhân tố giúp cho việc thủy phân các thành phần protein có trong cấu trúc của chitosan được tốt hơn, đồng thời dịch NaOH làm trương nở cấu trúc chitosan dễ dàng cho sự xâm nhập của tác nhân cắt mạch H2O2 vào các vị trí liên kết β-D-1,4-glucoside. Điều này được thể hiện ở nồng độ NaOH 0.05 - 0.2%. Tuy nhiên, khi tăng nồng độ NaOH lên cao (trên 0.3%), cấu trúc của chitosan có khả năng co lại và nồng độ kiềm cao gây khó khăn cho việc xâm nhập vào sâu các liên kết trong cấu trúc chitosan của các gốc tự do, vì vậy làm cho khả năng cắt mạch chitosan diễn ra kém hơn. Do đó, sảm phẩm chitosan ở nồng độ cao có độ nhớt biểu kiến và khối lượng phân tử tăng lên theo nồng độ.
Như vậy, so sánh với nghiên cứu của Nalamura và Tomonori năm 1990, cùng với
các kết quả nghiên cứu trên và sản phẩm mục tiêu đặt ra cho thấy, NaOH 0.1% là nồng độ thích hợp nhất cho quá trình tiền xử lý nhằm tạo chitosan phân tử lượng thấp ở trạng
thái rắn với tác nhân H2O2.
3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tiền xử lý đến khả năng cắt mạch
chitosan ở trạng thái rắn với tác nhân H2O2
Để xác định được thời gian tiền xử lý thích hợp cho quá trình cắt mạch chitosan diễn ra tốt nhất, thí nghiệm được tiến hành với chitosan có kích thước 8 (mm) ở các mốc thời gian (30, 60, 90, 120, 150, 180, 240) phút khi bổ sung NaOH với nồng độ 0.1% được lựa chọn qua thí nghiệm trình bày ở mục 3.2.2. với tỷ lệ chitosan/NaOH là 1/15 (w/v) và nhiệt độ 30oC.
Sau quá trình tiền xử lý, các mẫu chitosan được bổ sung H2O2 0.2%, tỷ lệ chitosan/H2O2 là 1/3 (w/v), nhiệt độ 30oC trong thời gian 2 giờ.
Sau khi được rửa đến trung tính, lọc thu hồi phần rắn và sấy ở 50oC đến trạng thái khô thu được được sản phẩm chitosan phân tử lượng thấp.
Sản phẩm được xác định hiệu suất thu hồi, độ nhớt biểu kiến và khối lượng phân tử. Kết quả được trình bày ở Hình 3.8.
Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời gian tiền xử lý đến độ nhớt biểu kiến (cP) và hiệu suất (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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)
Kết quả Hình 3.5 cho thấy, thời gian tiền xử lý kéo dài cũng làm ảnh hưởng đến độ nhớt biểu kiến của sản phẩm. Tuy nhiên, về hiệu suất thu hồi ở các mốc thời gian khác nhau gần như không có sự sai khác về mặt thống kê, giá trị hiệu suất của các mốc thời gian nằm trong khoảng 98.38 - 98.85%.
Với NaOH 0.1%, Khi tăng dần thời gian từ 30 - 180 phút, độ nhớt của sản phẩm cũng giảm dần theo thời gian cho đến khi tăng thời gian lên 240 phút, thì độ nhớt gần như không có sự thay đổi nhiều. Ở thời gian 30 phút, độ nhớt biểu kiến của sản phẩm giảm xuống 134.13 (cP) , khi thời gian lên 150 phút, độ nhớt giảm xuống còn 87.73 (cP), tiếp tục tăng đến 180 và 240 phút thì độ nhớt đạt 74.4 và 72.6 (cP).
Song song với kết quả đó, khối lượng phân tử cũng được kiểm tra và kết quả thu được như sau:
Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian tiền xử lýchitosan 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
chỉsự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0.05)
Tương tự với kết quả của độ nhớt biểu kiến, khối lượng phân tử của sản phâm chitosan sau khi được cắt mạch cũng một phần phản ánh được hiệu quả cắt mạch chitosan ở các mốc thời gian tiền xử lý khác nhau. Với độ nhớt biểu kiến là 87.73 (cP) ở thời gian 150 phút, khối lượng phân tử thu được là 158 (kDa), kết quả này gần tương tự với kết quả ở mục 3.2.3.
Thời gian kéo dài, các phân tử protein trong mạch chitosan bị phân hủy nhiều hơn bởi NaOH đồng thởi dung dịch NaOH sẽ làm trương nở cấu trúc của mạch chitosan làm cho các gốc tự do của tác nhân H2O2 dễ dàng xâm nhâp vào trong và cắt các liên kết β-D- 1,4-glucoside. Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng thời gian của quá trình tiền xử lý cũng không ảnh hưởng đến cấu trúc chitosan nhiều, vì vậy, quá trình cắt mạch cũng không có sự thay đổi nhiềuở 180 - 240 phút.
Như vậy, từ các kết quả nghiên cứu trên và mục tiêu đề ra, nhận thấy thời gian 150
phút thích hợp cho quá trình tiền xử lý chitosan tạo chitosan phân tử lượng thấp ở trạng
3.3. Nghiên cứu các chế độ cắt mạch chitosan tạo chitosan phân tử lượng thấp ở trạng thái rắn với tác nhân H2O2