trạng thái rắn
Nồng độ H2O2 là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả thủy phân và chất lượng của sản phẩm. Để xác định được nồng độ H2O2 thích hợp cho quá trình thủy phân, thí nghiệm được tiến hành với chitosan kích thước 8 (mm), thực hiện quá trình tiền xử lý với dung dịch NaOH đã được xác định các thông số nồng độ 0.1%, tỷ lệ chitosan/NaOH là 1/15 (w/v), ở nhiệt độ 30oC trong thời gian 3 giờ. Tiếp theo, các mẫu chitosan được bổ sung H2O2 tỷ lệ chitosan/H2O2 là 1/3 (w/v), nhiệt độ 30oC trong thời gian 2 giờ với các nồng độ H2O2 khác nhau (0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6)%.
Sản phẩm chitosan sau khi cắt mạch thu được kết quả như sau:
Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 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)
Từ kết quả ở Hình 3.7 cho thấy, hiệu suất thu hồi ở các nồng độ H2O2 không có sự sai khác về mặt thống kê, giá trị hiệu suất nằm trong khoảng 98.87 - 99.30%. Về độ nhớt
có sự khác nhau giữa các nồng độ và giảm mạnh từ 0.05 - 0.2% H2O2, từ nồng độ 0.3 - 0.6% độ nhớt có xu hướng giảm nhưng rất ít.
Khi nồngđộ H2O2 được sử dụng ở 0.05%, độ nhớt của sản phẩm đạt được 176.67 (cP), nồng độ 0.1% sản phẩm có độ nhớt 122.73 (cP), nồng độ 0.2% độ nhớt giảm xuống còn 60.4 (cP), tiếp tục tăng nồng độ từ 0.4 - 0.6% độ nhớt sản phẩm giảm xuống 42.47 - 25.8 (cP).
Kết quả khối lượng phân tử của sản phẩm chitosan sau quá trình cắt mạch cũng được thể hiện như Hình 3.13.
Hình 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2đến 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)
Nồng độ H2O2 càng cao, khối lượng phân tử chitosan càng giảm, từ chitosan gốc có khối lượng phân tử là 1288 (kDa) sau quá trình cắt mạch khối lượng phân tử ở nồng độ thấp nhất 0.05% H2O2 là 275 (kDa), cho đến nồng độ H2O2 0.6%, khối lượng phân tử đạt 64 (kDa) gần bằng với nồng độ 0.5% H2O2 đạt 65 (kDa). Như vậy, khi ta tăng nồng độ H2O2 (0.05 - 0.5%) khả năng cắt mạch chitosan tăng nhưng nếu tiếp tục tăng (0.6%) thì độ giảm trọng lượng phân tử không còn đáng kể. Và với độ nhớt mục tiêu mà nồng độ H2O2
0.2% đạt được từ kết quả của Hình 3.9 thì khối lượng phân tử tương ứng của sản phẩm này là 163 (kDa).
Dựa vào cơ chế thủy phân chitosan bằng H2O2 được trình bày ở Chương 1 nhận thấy, hiệu quả của quá trình thủy phân phụ thuộc rất lớn vào sự có mặt của các gốc tự do HO*, Khi nồng độ H2O2 thấp (0.05 - 0.1%) lượng gốc tự do tạo ra không đủ nhiều để tham gia vào phản ứng cắt mạch, nên quá trình cắt mạch chỉ xảy ra ở một số vị trí của mạch chitosan. Vì vậy, sản phẩm tạo thành có mạch phân tử còn khá dài, nên độ nhớt sản phẩm còn cao. Khi nồng độ H2O2 đủ lớn (0.2 - 0.3%), gốc tựdo HO* tạo thành đủ để phản ứng với các phân tử chitosan cho tạo sản phẩm có độ nhớt thấp trong khoảng 50 - 100 (cP). Và khi nồng độ H2O2 lên đến 0.5 - 0.6% thì cho thấy sản phẩm gần như có độ nhớt không thay đổi nhiều.
So sánh với nghiên cứu của Vũ LệQuyên năm 2012, nồng độ mà nghiên cứu này sử dụng là 1.5% và không có quá trình tiền xử lý, như vậy nồng độ này cao hơn rất nhiều để tạo ra chitosan phân tử lượng thấp. Mà thí nghiệm trên cho thấy ở nồng độ 0.2% H2O2 cũng có thể tạo ra chitosan phân tử lượng thấp mà khi tăng ở nồng độ cao là không cần thiết.
Đồng thời theo nghiên cứu của Hiroi, Osamu, Kawahata, Kazuo năm 1979 cho thấy, khi sử dụng H2O2 0.007 - 0.35% cho quá trình cắt mạch chitosan thì sản phẩm chitosan phân tử lượng thấp đạt được là 240 (kDa).
Như vậy, để sản xuất chitosan phân tử lượng thấp có độ nhớt mục tiêu từ 50 - 100 (cP) và nhằm hạn chế lượng hóa chất bổ sung vào phản ứng thì nồng độ H2O2 0.2% tạo
sản phẩm chitosan có độ nhớt 60.4 (cP) và khối lượng phân tử 163 (kDa) cho thấy sự phù hợp với mục tiêu đề ra và các nghiên cứu trước.