3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1.1. Nghiên cứu cắt mạch chitosan thành OCTS sử dụng tác nhân HCl
Kết quả cắt mạch chitosan tạo thành OCTS có MW thấp hơn được trình bày ở Bảng 3.1.
Bảng 3.1. MW và DDA của OCTS phụ thuộc CHCl và tPƯ
STT CHCl (%) tPƯ (giờ) MW (kDa) DDA (%)
1 8 2 230 74 2 12 2 189 75 3 16 2 166 76 4 20 2 144 78 5 8 4 202 75 6 12 4 172 73 7 16 4 142 74 8 20 4 123 74 9 8 6 164 76 10 12 6 134 74 11 16 6 85 73 12 20 6 35 78 13 8 8 115 77 14 12 8 100 76 15 16 8 45 85 16 20 8 47 86
Qua Bảng 3.1 cho thấy, CHCl và tPƯ ảnh hưởng đến MW và DDA của OCTS tạo thành, giữa các nghiệm thức thí nghiệm có sự khác biệt về mặt thống kê ở mức ý nghĩa = 0,05 (p < 0,05; phụ lục 6). Khi CHCl và tPƯ tăng thì MW của OCTS giảm. Khi CHCl tăng từ 8 – 16% và tPƯ từ 2 – 6 giờ thì MW của OCTS giảm mạnh còn khoảng 50 – 85 kDa (Hình 3.1), khi CHCl tiếp tục tăng lên đến 20% và tPƯ tăng lên đến 8 giờ thì MW của chitosan giảm không đáng kể và nằm trong khoảng 40 – 50 kDa (Hình 3.2). Sau phản ứng, DDA của chitosan có xu hướng tăng lên nhưng không chênh lệch nhiều so với nguyên liệu ban đầu (từ 75% lên 86%).
Khi CHCl tăng lên thì nồng độ của ion H+ điện li ra cũng tăng lên. Ion H+ là tác nhân cation làm xúc tác cho quá trình thủy phân chitosan, ion H+ sẽ tạo liên kết cho nhận với cặp electron của nguyên tử oxi trong liên kết β– (1 – 4) – glucoside của chitosan (Cabrera C. J. và Cutsem P. V., 2005). Tiếp đến, phân tử H2O sẽ tấn công làm liên kết β– (1 – 4) glucoside bị kéo giãn và làm đứt các liên kết này từ đó làm tăng các đầu khử của các hợp chất tạo thành, tạo ra các polymer có MW thấp (Nguyễn Thị Huệ, 2005 và Honary S. và ctv, 2011).
Hình 3.1. Phổ GPC của OCTS có MW = 85 kDa (CHCl = 16%; tPƯ = 6 giờ).
Hình 3.2. Phổ GPC của OCTS có MW = 45 kDa (CHCl = 16%; tPƯ = 8 giờ).
Hình 3.3. Đồ thị bề mặt đáp ứng thể hiện sự phụ thuộc MW, DDA của OCTS vào CHCl và tPƯ.
Thí nghiệm được bố trí theo phương pháp bề mặt đáp ứng (response surface) để xác định nồng độ HCl và tP tối ưu, mục đích tìm điều kiện phản ứng tạo thành
OCTS có MW từ 50 – 70 kDa và DDA của OCTS ít thay đổi so với nguyên liệu ban đầu. Trên đồ thị và biểu đồ bề mặt đáp ứng của MW với phương trình hồi quy là: MW =– 7,7688 (CHCl) – 18,5875 (tPƯ) + 332,0438 và DDA với phương trình hồi quy là: DDA = 0,0508 (CHCl)2 + 0,3281 (tPƯ)2 + 0,2188 (HCl) + 0,5125 (tPƯ) + 73,6625 (Hình 3.3), để chọn MW của OCTS 70 kDa và DDA 78% xác định được điều kiện phản ứng thích hợp là CHCl 18% và tPƯ là 7 giờ.
Hình 3.4. Phổ IR của chitosan ban đầu.
Hình 3.5. Phổ IR của OCTS sau phản ứng cắt mạch bằng HCl.
Phổ IR của chitosan (Hình 3.4) và OCTS (Hình 3.5) thể hiện các nhóm chức đặc trưng có trong chitosan. Cả 2 phổ đều xuất hiện mũi đặc trưng của nhóm
hydroxyl (OH) ở các vùng bước sóng từ 3430 – 3457 cm-1. Vùng bước sóng từ 1664 – 1667 cm-1 có mũi đặc trưng của nhóm amide bậc 1 và nhóm amino tự do. Quá trình cắt mạch chitosan tạo thành OCTS không làm ảnh hưởng đến các nhóm chức có trong chitosan mà chỉ tạo ra các OCTS có kích thước phân tử nhỏ hơn.
Hình 3.6. Phổ XRD của chitosan ban đầu
Hình 3.7. Phổ XRD của OCTS sau phản ứng cắt mạch bằng HCl.
Trong quá trình cắt mạch, góc nhiễu xạ đặc trưng của chitosan vẫn giữ ở 20 (2θ = 200), chứng tỏ rằng sau phản ứng cắt mạch cấu tạo đơn phân tử của chitosan không thay đổi (Hình 3.6 và Hình 3.7).