1.1 Hình thái sản phẩm chitosan thu được
Các sản phẩm chitosan khác nhau đã được tạo ra bằng cách khử hóa acetyl từ chitin theo quy trình trình bày trên hình 9. Về nguyên tắc, có thể điều chế được các loại chitosan có trọng lượng phân tử và độ DA xác định bằng cách thay đổi các thông số của quy trình điều chế. Tuy
nhiên, trong phạm vi luận văn tốt nghiệp này, chúng tôi áp dụng đúng quy trình có sẵn chỉ thay đổi thời gian khử màu với mong
xxxviii a)
b)
c)
muốn tăng hiệu suất sản xuất chitosan trong thực tiễn. Hơn nữa, theo các nghiên cứu của nhiều tác giả, khả năng hấp phụ của chitosan không phụ thuộc nhiều vào độ DD của nó, và chitosan có mức DD khoảng 65-70 % là có thể dễ dàng tạo phức với các kim loại nặng [40], chất ô nhiễm hữu cơ [22]. Theo kết quả nghiên cứu của
Viện Hóa học, quy trình
này có thể tạo được Hình 15. Chitosan thu được sau a) 15; b) 30; c) 45 chitosan với
trọng lượng và d) 60 phút khử màu bằng dung dịch KMnO4 phân tử khá cao và độ
DD khoảng 70-80 % [4].
Trong quá trình điều chế chitin và chitosan, chitin bán thành phẩm được ngâm với 500 ml dung dịch KMnO4 1% trong các khoảng thời gian khác nhau để khử chất màu astaxanthin. Hình 15 cho thấy sự thay đổi hình thái sản phẩm chitosan theo thời gian khử màu. Kết quả chỉ ra rằng, chitosan đạt được sau 60 phút khử màu (hình 15 d) có dạng vẩy mỏng rắn, mầu trắng ngà, nghĩa là đã loại được hầu hết hợp chất mầu, không mùi, không vị nên đã được chúng tôi lựa chọn để làm nguyên liệu cho các thí nghiệm tiếp theo.
1.2 Khối lượng phân tử trung bình của sản phẩm chitosan
Khối lượng phân tử của chitosan được xác định theo phương pháp độ nhớt, trong đó chitosan được hòa tan trong axit axetic loãng thành các dung dịch có nồng độ khác nhau và độ nhớt của chúng được xác định bằng nhớt kế mao quản.
Nồng độ dung dịch (wt %)
Thời gian chảy của dung dịch trong nhớt kế (giây) Đo lần 1 Đo lần 2 Đo lần 3 Giá trị Trung bình
0 (Dung môi) 93,9 94,1 93,8 93,93 0,01 99,35 99,52 99,41 99,427 0,02 106,83 106,72 107,05 106,87 0,04 125,15 125,32 124,54 125,00 0,06 152,8 151,37 152,58 152,25 0,08 200,51 201,76 201,32 201,2
Bảng 3. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhớt tương đối của chitosan
Nồng độ dung dịch (wt %) Độ nhớt tương đối r Độ nhớt đặc trưng sp Độ nhớt giới hạn red Độ nhớt cố hữu inh 0 0,01 1,061 0,060 6,049 5,873 0,02 1,142 0,142 7,105 6,643 0,04 1,340 0,340 8,501 7,317 0,06 1,636 0,636 10,597 8,202 0,08 2,165 1,165 11,652 7,725
Bảng 4. Các giá trị độ nhớt của dung dịch chitosan có nồng độ khác nhau Chitosan chuẩn bị được trong nghiên cứu này được hòa tan thành các dung dịch có nồng độ từ 0,01 đến 0,08 % trọng lượng và thời gian chảy của các dung dịch chitosan trong nhớt kế Ubbelodhe được trình bày trên bảng 3. Từ thời gian chảy trung bình của dung dịch chitosan, các giá trị độ nhớt của chúng cũng được tính và kết quả trình bày trên bảng 4
Hình 16. Đồ thị phụ thuộc của độ nhớt giới hạn và độ nhớt cố hữu của dung dịch chitosan theo nồng độ, được sử dụng để tính giá trị độ nhớt thực và qua đó xác định
trọng lượng phân tử trung bình nhớt của chitosan thu được.
xl y = 81,293x + 5,3663 0 2 4 6 8 10 12 14 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0 1, Series1 Series2 Linear (Series1) Linear (Series2)
Độ nhớt thực của chitosan được xác định bằng phương pháp ngoại suy từ đồ thị phụ thuộc của độ nhớt giới hạn theo nồng độ dung dịch chitosan đến nồng độ 0 (độ nhớt dung dịch có nồng độ vô cùng nhỏ gần bằng 0). Để tăng tính chính xác của phép ngoại suy, chúng tôi đã sử dụng cả độ nhớt giới hạn và độ nhớt cố hữu để ngoại suy và độ nhớt thực được xác định = 5.6672 dL/g là trung bình cộng của hai giá trị này như có thể quan sát trên hình 16.
Khối lượng phân tử trung bình nhớt của chitosan được tính theo phương trình 2.6 của Mark-Houwink-Sarada, và giá trị này là: = 345.584 Da. Như vậy, chitosan điều chế được trong nghiên cứu này có độ kết dính cao và khối lượng phân tử tương đối lớn. Sản phẩm này có thể được sử dụng làm màng bao trong bảo quản thực phẩm [37], vật liệu hấp phụ làm sạch môi trường hoặc các ứng dụng khác [20].
1.3 Độ deacetyl hóa của sản phẩm chitosan
Có nhiều cách để xác định độ deacetyl hóa của chitosan như chuẩn độ, phân tích phổ tử ngoại vi phân bậc nhất, phổ hồng ngoại, cộng hưởng từ hạt nhân… Trong đó, phương pháp phân tích phổ hồng ngoại là kỹ thuật khá đơn giản. Nguyên lý chung của phương pháp này dựa trên sự khác biệt về diện tích các phần phổ tạo được từ các nhóm chức đặc trưng trong phân tử chitosan. Trong nghiên cứu này, mẫu chitosan được nghiền thật mịn với KBr thành dạng màng mỏng và phổ FT-IR
Hình 17. Phổ hồng ngoại của chitosan thu được
của nó được ghi lại bằng thiết bị phổ hồng ngoại Perkin Elmer. Hình 16 trình bày phổ FT-IR của mẫu chitosan mà chúng tôi điều chế được.
Như có thể thấy trên hình 17, phổ hồng ngoại của sản phẩm chitosan điển hình thể hiện đầy đủ các đỉnh phổ đặc trưng cho các nhóm chức chính gồm hydroxyl, acetyl, amin… như được chỉ ra trong hẫu hết các nghiên cứu [15]. Dựa vào diện tích các đỉnh phổ tại 3400 và 1621 cm-1 đại diện cho nhóm hydroxyl và acetyl của chitosan, có thể tính được độ DA của chitosan là 72,79% theo phương trình 2.8. Kết quả này cũng tương tự với kết quả đạt được trước đây của Lê Thị Hải Yến [4]. Như vậy, sản phẩm chitosan thu được có mức DD khoảng 70% phù hợp với mục đích ứng dụng làm vật liệu hấp phụ chất màu.