5. Dự kiến kết quả đạt được
1.3.2. Tính chất vật lí và hóa học của glucomannan
1.3.2.1. Tính chất vật lí của glucomannan
Ở điều kiện thường, tùy thuộc phương pháp tách, chiết mà glucomannan tồn tại ở dạng bột từ màu trắng đến màu vàng.
Tính tan
Tùy thuộc cấu trúc, nguồn gốc mà độ tan của glucomannan là khác nhau. Độ axetyl hóa quyết định tính tan của glucomannan. Đối với loại glucomannan có độ axetyl hóa thấp, liên kết hidro trong phân tử là tương đối mạnh nên glucomannan không tan trong nước. Đối với loại glucomannan có độ axetyl hóa cao, sự hình thành liên kết hidro trong phân tử giảm nên glucomannan tan trong nước.
Trong quá trình bảo quản, độ nhớt dung dịch glucomannan giảm do tác động thủy phân của vi khuẩn và enzim β-mantaza [27], [39], [40], [50].
Khả năng tạo gel
Một trong những tính chất quan trọng của glucomannan là khả năng hình thành gel. Tính chất này ảnh hưởng đáng kể vào khả năng ứng dụng của loại vật liệu này trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm và lĩnh vực y tế. Tùy thuộc vào cấu trúc phân tử và nguồn gốc của glucomannan mà khả năng hình thành gel là khác nhau. Đối với loại glucomannan có độ axetyl hóa thấp, gel hình thành khi cho glucomannan phân tán trong nước nóng. Trong khi đó đối với loại glucomannan có độ axetyl hóa cao, gel của glucomannan hình thành khi đun nóng glucomannan trong môi trường kiềm (NaOH, Ca(OH)2, Na2CO3…) hoặc trong dung dịch muối vô cơ trung hòa. Sự có mặt của nhóm axetyl làm tăng tính tan do làm giảm liên kết hidro giữa các phân tử glucomannan. Độ axetyl hóa càng cao, khả năng hình thành gel càng giảm. Trong môi trường kiềm, quá trình hình thành gel xảy ra do sự đề axetyl hóa nhóm axetyl trên phân tử glucomannan. Sự thay đổi cấu trúc này tạo điều kiện cho việc thiết lập các liên kết hidro và các tương tác kỵ
nước giữa các mạch phân tử glucomannan. Kết quả của quá trình này là hình thành cấu trúc mạng lưới của glucomannan hay cấu trúc gel [21].
Hình 1.11:Cơ chế hình thành gel của glucomannan
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hình thành gel của glucomannan và khi đó sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc của gel thu được. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tính chất tạo gel của glucomannan gồm độ axetyl hóa, khối lượng phân tử của glucomannan, nhiệt độ, nồng độ của glucomannan và pH của môi trường.
Vai trò tác động của các yếu tố đến sự hình thành gel glucomannan được trình bày ở bảng 1.4. Mạch GM Nhóm axetyl Môi trƣờng kiềm Liên kết hidro Đề axetyl hóa Tƣơng tác kỵ nƣớc Điểm nút Gel glucomannan
Bảng 1.4: Yếu tố ảnh hƣởng đến cơ chế hình thành gel của glucomannan
Yếu tố ảnh hƣởng Cơ chế hình thành gel
Giảm độ axetyl hóa Tăng khả năng hình thành liên kết hidro Tăng khối lượng phân tử
glucomannan
Tăng số lượng điểm cắt và chiều dài của mạch liên kết
Tăng nồng độ glucomannan Tăng số lượng phân tử glucomannan và tăng khả năng tiếp xúc giữa các phân tử
Tăng nhiệt độ Tăng khả năng hình thành liên kết hidro
Tăng nồng độ kiềm Tăng quá trình đề axetyl hóa và khả năng hình thành liên kết hidro
Như vậy, các yếu tố tác động tạo điều kiện cho sự hình thành liên kết hidro liên phân tử và nội phân tử trong glucomannan, đồng thời tạo thuận lợi cho sự hình thành và ổn định gel của glucomannan [21].
1.3.2.2. Tính chất hóa học của glucomannan
Do đặc điểm cấu tạo chung của một polysaccarit nên glucomannan có thể tham gia vào nhiều phản ứng hóa học khác nhau để tạo thành các dẫn xuất. Các phản ứng xảy ra chủ yếu vào nhóm hydroxyl (-OH), nhóm axetyl (CH3CO-) và liên kết β-1,4-glucozit.
Phản ứng thủy phân
Dưới tác dụng của các tác nhân cắt mạch là axit hoặc enzim, glucomannan bị đề polime hóa với sự cắt đứt các liên kết β-1,4-glucozit trong phân tử tạo ra các oligoglucomannan và cuối cùng là D-mannose và D-glucose [31], [44].
Phản ứng đề axetyl hóa
Trong môi trường kiềm, nhóm axetyl của glucomannan có thể tham gia phản ứng thủy phân tạo thành glucomannan đề axetyl hóa (dạng gel hoặc không tan) và axit axetic hoặc muối axetat [19], [21].
Phản ứng este hóa
Các nhóm hydroxyl (-OH) của glucomannan có khả năng phản ứng với các anhidrit axit hoặc clorua axit tạo ra các este của glucomannan [19], [36], [53].
Phản ứng ete hóa
Nhóm hydroxyl (-OH) tham gia phản ứng các tác nhân như halogen ankyl axit [22], đimetyl sunfat [20], benzyl clorua [55] để tạo thành các sản phẩm dạng ete của glucomannan.
Phản ứng tạo liên kết ngang
Về mặt lập thể, do có nhóm hydroxyl (-OH) liên kết với nguyên tử C2 và C3 của D-mannose ở vị trí cis-diol nên glucomannan có khả năng tham gia phản ứng tạo liên kết ngang với glutarandehit hoặc tác nhân borat để hình thành sản phẩm dạng gel [47], [48].
Phản ứng đồng trùng hợp ghép
Glucomannan có khả năng tham gia phản ứng đồng trùng hợp ghép với một số monome khác nhau: metyl metacrylat, axit acrylic,…dưới tác dụng của chất khơi mào gốc (hidro peoxit, axit maleic,…), phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc [23], [26], [52], [57].
Ngoài ra, glucomannan có khả năng tạo phức với nhiều kim loại khác nhau như: Cu2+
, Ni2+, Mn2+, Co2+,… [22], [46].