18 Tính tan
Tính tan: agar không tan trong nước lạnh, tan nhẹ trong ethanolamine và tan tốt trong formamide. Agar nhận được nhờ kết tủa bằng cồn, ở trạng thái ẩm tan tốt trong nước ở nhiệt độ 25ºC, khi sấy khô chỉ tan trong nước nóng.
Khả năng tạo gel
Agar là một chất vô định hình, có khả năng tạo gel bằng cách hạ nhiệt độ xuống 30-40°C và để làm tan chảy cần tăng nhiệt độ đến 90-100°C.
Cơ chế tạo gel của agar
Agar là một keo ưa nước. Nếu đặt agar trong môi trường nước lạnh, agar sẽ trương và hấp thụ một lượng nước lớn tạo thành bọng nước được phân bố bên trong agar và mỗi tiểu phân agar trở nên tích điện trong lớp vỏ điện tích âm. Các cấu tử hỗn hợp này sẽ phân chia pha: nước ở pha phân tán và agar ở pha liên tục. Khi đưa nhiệt độ lên cao >90°C, agar trở thành pha phân tán và nước trở thành pha liên tục, lúc này sol gồm những tiểu phân mixen, ở giữa những mixen là phân tử agar, khi hạ nhiệt độ xuống 30°C các hạt mixen được bao bọc xung quanh một lớp nước liên kết lại tạo thành gel dẫn đến sự phân bố lại điện tích trên bề mặt của những hạt mixen. Khả năng hình thành gel thuận nghịch là đặc điểm làm cho agar có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống.
Trọng lượng phân tử
Khả năng tạo gel cũng bị ảnh hưởng bởi trọng lượng phân tử và sự phân bố trọng lượng phân tử. Độ bền chắc của gel có mối tương quan rõ ràng và chặt chẽ với trọng lượng phân tử. Dưới một giới hạn nào đó của trọng lượng phân tử mạng lưới gel không thể hình thành và đến một giới hạn nào đó, mạng lưới gel được hình thành, tạo khả năng hình thành gel độc lập với trọng lượng phân tử. Hơn nữa, quá trình chuyển hóa sol–gel dễ bị lẫn lộn do ảnh hưởng của sự phân bố trọng lượng phân tử, hoặc sự hình thành những vùng giao điểm do ảnh hưởng tương tác của các mạch phân bố có chiều dài khác nhau nhiều. Nghiên cứu đặc tính phân tử của agar
19
từ Gracilaria cho thấy trọng lượng phân tử của các polyme sau khi chiết nằm trong khoảng 40.000-300.000 Dal [31].
1.3.2.2. Ảnh hưởng của cấu trúc lên tính chất gel của agar
Cấu trúc gel của agar
Bằng nhiễu xạ tia X người ta xác định cấu trúc xoắn kép của agar. Đó là cấu trúc xoắn trái [29]. Sự tạo gel chia làm 3 giai đoạn.
Hình 1.5: Khuyếch tán, tạo gel và co gel không thuận nghịch
Khi tăng nhiệt độ lên những mạch phân tử agar sẽ phân tán trong dung dịch nhờ chuyển động nhiệt.
Khi nhiệt độ giảm dần, chuyển động nhiệt yếu dần, các phân tử agar lại gần nhau tạo thành liên kết cầu hydro kỵ nước giữa oxy của 3,6-anhydro α-L-
20
galactopyranoza giữa hai mạch phân tử, các monomer đối diện với nhau quay vào hướng trong. Sự sắp xếp này tạo mạng lưới đầu tiên cho sự tạo gel.
Khi các mạch phân tử agar gần nhau hơn nữa liên kết hydro được hình thành kết hợp với các mạch với nhau dẫn đến sự thu nhỏ cấu trúc và đẩy nước ra. Đó là sự co gel.
Liên kết hydro có thể bị ngăn cản nếu có thêm tác nhân “bắt proton” và dung dịch agar khi làm lạnh sẽ không tạo gel.
Ảnh hưởng của cấu trúc lên tính chất gel của agar
Tính chất hóa lý cơ bản của agar là khả năng tạo gel ở nồng độ rất thấp và đặc tính gel này biểu hiện ở ba thông số sau:
- Sức đông. - Nhiệt độ đông. - Nhiệt độ tan đông.
Căn cứ sử dụng với mục đích nào thì chọn loại agar có đặc tính phù hợp với mục đích đó. Ví dụ agar phục vụ cho mục đích sinh học đòi hỏi sức đông cao, nhiệt độ đông thấp.
Theo công trình [28,29] thì agar chiết từ các loài rong khác nhau có đặc tính gel khác nhau. Đặc tính gel này không chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học của chúng như agarose, nhóm sunphat, metoxyl, axit pyruvic mà còn phụ thuộc vào vị trí của nhóm thế.
Ảnh hưởng của nhóm chức đến tính chất hóa lý của agar:
Nhóm thế sunphat
Trong các nhóm thế sunphat, metoxyl, pyruvic thì nhóm thế sunphat có ảnh hưởng nhiều nhất đến đặc tính gel của agar.
Khả năng tạo gel và sức đông của agar phụ thuộc ngược chiều vào hàm lượng sunphat có trong chúng. Khi hàm lượng sunphat lớn hơn 10% thì agar mất khả năng
21
tạo gel. Ảnh hưởng của nhóm sunphat ở vị trí C6 trong monomer L-galactose được loại trừ bằng cách xử lý kiềm trước khi tách chiết agar ở quy mô pilot hay công nghiệp và kết quả của quá trình tiền xử lý này thu được agar có sức đông cao hơn. Theo công trình [54] khi xử lý kiềm các monome L-galactose 6 sunphat chuyển thành 3,6-anhydro L-galactose, sự thay thế này đã làm thay đổi cấu trúc nguyên tử trong trong toàn bộ phân tử agar và hình thành mạng lưới gel ba chiều vì vậy làm tăng sức đông của agar, ảnh hưởng của nhóm thế sunphat ở vị trí C4 và C6 trong monomer D-galactose là không loại trừ được, nó luôn tồn tại trong agar cho dù có xử lý kiềm hay không.
Nhóm metoxyl
Ảnh hưởng chính của nhóm metoxyl lên đặc tính gel của agar là khả năng làm thay đổi nhiệt độ đông và tan đông của agar. Trong công nghiệp Guiseley KB., đã chứng minh rằng sự tăng hàm lượng nhóm thế metoxyl trong agar làm tăng nhiệt độ đông của gel agar, tuy nhiên những nghiên cứu của Guiseley KB., chỉ xét với một loại agar và sự tăng nhiệt độ đông của loại agar này là không lớn (0,5-10C). Các công trình [30] đã chứng minh rõ ràng hơn ảnh hưởng thuận chiều của hàm lượng metoxyl lên nhiệt độ đông của agar như sau: Agar chiết từ chi Gelidium không hoặc chứa rất ít nhóm metoxyl hơn thì có nhiệt độ đông trong khoảng (34-380C) còn agar chiết từ chi Gracilaria chứa nhiều nhóm metoxyl hơn thì có nhiệt độ đông khoảng (40-520C).
Nhiệt độ tan đông của agar tan cùng với sự tăng của nhóm metoxyl tuy nhiên chỉ với nhóm metoxyl ở vị trí C2 của gốc LA và C6 của gốc DG là ảnh hưởng rõ rệt nhất đó là kết quả của công trình [27]. Trong các công trình trên agar tách chiết từ các loài rong G.eucheumoides, Curdiea coriacea, C.obesa bị metyl hóa hoàn toàn ở vị trí C6 của gốc LA và DG tương ứng (DG6M-LA2M) có nhiệt độ tan đông rất cao tương ứng là 112 -1130C và 120-1210C. Trong khi agar thông thường có nhiệt độ tan đông trong khoảng (80-900C).
22
Axit pyruvic
Sự thay thế các gốc liên kết ở vị trí C4 và C6 của monomer (1,3) D- galactose bằng nhóm pyruvat tạo ra 4,6 –O- (1- cacboxyethylidene)-β-D- galactose có thể xem là không ảnh hưởng đến độ bền của gel. Đây là điều dễ nhận biết, bởi nhóm pyruvat không gây trở ngại đến những nguyên tử hydro của 3,6- anhydro-glactose và không làm biến đổi đáng kể cấu hình của phân tử. Nhưng mặt khác, điện tích âm của nhóm cacboxyl của axit pyruvic ảnh hưởng một cách nhạy cảm đến những tính chất điện, đặc biệt là trong điện di gel.