3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3.3.1. Ảnh hưởng của liều chiếu xạ đến sự suy giảm khối lượng phân tử của
chitosan.
Mục tiêu của nghiên cứu này là điều chế các oligochitosan có khối lượng phân tử từ 3.000 - 7.000 g.mol-1vì chúng có hiệu quả tạo kích kháng thực vật. Phương pháp
tiến hành là xử lý bột chitosan bằng H2O2 1% để giảm khối lượng phân tửtrước khi hoà tan trong axit lactic, thêm H2O2 đạt nồng độ 0,5% và chiếu xạ dung dịch chitosan theo 03 bậc (03 lần bổ sung H2O2 đạt 0,5%) bằng tia Co-60 ở các liều xạ khác để đạt được khối lượng phân tử theo mong muốn. Việc xử lý H2O2 ở nồng độ thấp kết hợp với chiếu xạ tia Co-60 là phương pháp hầu như không làm biến đổi cấu trúc
đơn phân tử glucosamin mà chỉ làm cắt đứt liên kết β-1,4 glucozit trong mạch chitosan
đồng thời giảm được liều chiếu xạđể thu oligochitosan có khối lượng phân tử (KLPT) thấp so với các nghiên cứu trước đây. H2O2 là tác nhân cắt mạch hiệu quả đối với chitosan, tuy nhiên khi sử dụng dung dịch H2O2 2% thì xảy ra quá trình đề amin (khử
nhóm -NH2) làm giảm hoạt tính sinh học của oligochitosan. Nghiên cứu này sử dụng H2O2 ở nồng độ0,5% và 1,0% tác động cộng hợp cắt mạch trong phương pháp chiếu xạ là nằm trong giới hạn an toàn không làm thay đổi cấu trúc của phân tử chitosan. Khối lượng phân tử của oligochitosan sau mỗi chu kỳ xử lý H2O2 và chiếu xạđược trình bày ở bảng 3.5.
Số liệu ở Bảng 3.5 cho thấy, khi xử lý chitosan bằng H2O2 1%, thời gian 24 giờ thì khối lượng phân tử của chitosan giảm khoảng 50% từ 45.500 g.mol-1 xuống 22.813 g.mol-1 (mẫu CS01). Dung dịch chitosan 4% được điều chế bằng cách hòa tan chitosan trong axit lactic, bổ sung H2O2đểđạt được nồng độ H2O2 0,5% và chiếu xạ
lần 1 bằng tia γ Co-60 ở liều chiếu xạ 7 kGy thu được chitosan có khối lượng phân tử
là 12.166 g.mol-1 (mẫu CS02). Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của tác giả N. N. Duy (2011) trong thí nghiệm cắt mạch chitosan trong dung dịch bằng bức xạ kết hợp với H2O2 [63]. Chiếu xạ lần thứ 2 với liều chiếu xạ 7 kGy (tổng liều xạ là 14 kGy)
làm suy giảm khối lượng phân tử của chitosan xuống 6.893 g.mol-1 (mẫu CS03) đã đạt được mục tiêu là tạo ra chitosan có khối lượng phân tử khoảng 7.000 g.mol-1. Theo nghiên cứu của tác giả Nguyễn Quốc Hiến, oligochitosan có khối lượng phân tử < 7.000 g.mol-1 thì thể hiện hiệu lực cao về khảnăng kích thích tạo kháng thể chống lại mầm bệnh trên cây lúa và cây mía [22, 63, 143].
Bảng 3.5.Khối lượng phân tử của các mẫu chitosan theo liều chiếu xạ và chu kỳ
chiếu xạ. Kí hiệu mẫu Nồng độ dung dịch chitosan Lần (bậc) chiếu xạ Tổng liều xạ H2O2 KLPT (g.mol-1) Mn (g.mol-1) PI (KLPT/ Mn) CS01 4% 0 0 1% 22.813 7.756 2,94 CS02 4% 1 7 kGy 0,5% 12.166 4.296 2,83 CS03 4% 2 14 kGy 0,5% 6.893 3.080 2,23 CS04 4% 3 21 kGy 0,5% 5.011 2.396 2,09 CS05 4% 4 28 kGy - 4.630 2.319 1,99 CS06 4% 4 35 kGy - 3.614 2.265 1,59 CS07 4% 4 42 kGy - 3.013 2.081 1,44 CS08 4% 4 49 kGy - 2.835 2.021 1,40
Tiếp tục chiếu xạ lần thứ 3 với liều chiếu xạ 7 kGy (tổng liều chiếu xạ 21 kGy),
thì thu được oligochitosan có có khối lượng phân tử 5.000 g.mol-1 (mẫu CS04). Tiếp tục chiếu xạ thêm với liều chiếu xạ 28 kGy (tổng liều chiếu xạ 42 kGy) thu được mẫu oligochitosan có khối lượng phân tử 3.013 g.mol-1 (mẫu CS07), chiếu xạ thêm với liều chiếu xạ 35 kGy (tổng liều chiếu xạ49 kGy) thu được mẫu oligochitosan có khối
lượng phân tử 2.835 g.mol-1 (mẫu CS08). Sự phụ thuộc của khối lượng phân tử của oligochitosan vào liều chiếu xạ khi bổ sung 3 lần H2O2 đạt nồng độ 0,5% biểu diễn trong hình 3.12.
Hình 3.12. Sự phụ thuộc của khối lượng phân tử của oligochitosan vào liều xạ. Dựa trên đồ thị hình 3.12, nhận thấy tốc độ suy giảm khối lượng phân tử từ
7.000 xuống 3.000 g.mol-1 có xu hướng giảm chậm khi mẫu chitosan đã bổ sung 3 lần H2O2 tiếp tục tăng liều chiếu xạ từ 7 – 28 kGỵ Oligochitosan có khối lượng phân tử 5.000 g.mol-1 thu được khi chiếu xạ có bổ sung H2O2đạt nồng độ 0,5% lần 3 vào dung dịch chitosan 4% với liều chiếu xạ 7 kGy (tổng liều chiếu xạ là 21 kGy). Trong nghiên cứu này, để chế tạo oligochitosan có khối lượng phân tử 5.000 g.mol-1 bằng
phương pháp bổ sung 03 lần H2O2đạt nồng độ 0,5% thì liều chiếu xạ cần thiết là 21 kGỵ Liều chiếu xạ này nhỏhơn so với kết quả nghiên cứu của tác giảĐặng Xuân Dự
(2015) và Nguyễn Ngọc Duy và cs (2011). Nghiên cứu của các giả cho thấy khi chiếu xạ dung dịch chitosan 2 lần có bổ sung H2O2 (4% chitosan/0,5% H2O2) với liều chiếu xạ tổng 28 kGy thu được oligochitosan có khối lượng phân tử ~ 5.000 g.mol-1 [19, 63]. Đặng Xuân Dựcũng báo cáo rằng khi điều chế oligochitosan có khối lượng phân tử 5.000 g.mol-1 bằng phương pháp chiếu xạ không bổ sung H2O2 thì liều chiếu xạ
cần thiết là 35 kGy [19].
Mặc dù, phương pháp chiếu xạ Co-60 có hiệu quả trong việc điều chế
chitosan khối lượng phân tử thấp tuy nhiên để thu được các oligochitosan có khối
lượng phân tử nhỏhơn 7.000 g.mol-1 liều chiếu xạ có thể lên tới 50 – 55 kGy [19, 62, 63] nên chi phí giá thành caọ Để giảm liều xạ, việc phối hợp chiếu xạ với tác nhân hóa học là phương pháp hiệu quả. Trong các tác nhân hóa học được nghiên cứu sử
dụng để điều chỉnh khối lượng phân tử chitosan thì H2O2 là tác nhân ít độc hại, sau phản ứng nó phân hủy thành O2 và H2O không ảnh hưởng đến môi trường. Sử dụng
6.893 5.011 4.630 3.614 3.013 2.835 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 0 7 14 21 28 35 Kh ối lượ ng p hâ n tử, g .m ol -1 Liều xạ, KGy
H2O2 nồng độ cao thì sẽ xảy ra các phản ứng phá hủy vòng pyranose của cấu trúc glucosamin hoặc đề amin làm giảm hoạt tính sinh học của oligochitosan [19, 62, 64], nồng độ H2O2 thấp phản ứng xảy ra êm dịu, không làm thay đổi cấu trúc của chitosan
nhưng thời gian phản ứng kéo dài nên hạn chế khảnăng ứng dụng [64]. Từ kết quả
nghiên cứu điều chế oligochitosan của luận án này, phương pháp xử lý chitosan với H2O2 nồng độ thấp kết hợp với chiếu xạ tia Co-60 chúng tỏ vai trò của H2O2 xúc tiến phản ứn cắt đứt liên kết β-1,4 glycozit đã làm giảm được liều chiếu xạ nên giảm chi phí sản xuất. Oligochitosan thu được sử dụng cho nghiên cứu điều chế vật liệu lai nano silica/oligochitosan và sử dụng làm chất kháng vi sinh vật gây hại thực vật nhằm kiểm soát bệnh trên cây trồng.