Phản ứng cắt mạch chitosan phụ thuộc vào nhiều yếu tố, các yếu tố có ẩnh hưởng đáng kể gồm nồng độ H2O2, nhiệt độ, thời gian và độ DD. Kết quả thu dc thể hiện ở bảng 3, 4, 5 và hình 3.1a, 3.1b. 0 20 40 60 80 100 120 140 T1 T2 T3 T4 Thí nghiệm biên Độ nhớ t (mPa.s ) DD75% DD85% DD95%
Hình 3.1a. Ảnh hưởng của độ DD, nồng độ, nhiệt độ và thời gian đến khả năng cắt mạch chitosan
0 20 40 60 80 100 T5 T6 T7 T8 Thí nghiệm biên Độ nhớ t (mPa.s ) DD75% DD85% DD95%
Hình 3.1b. Ảnh hưởng của độ DD, nồng độ, nhiệt độ và thời gian đến khả năng cắt mạch chitosan
Ghi chú: T1, T2…T8 lần lượt là các thí nghiệm biên từ 1 đến 8.
a) Độ deacetyl
Từ hình 3.1a và 3.1b có thể thấy rằng ở các chế độ thí nghiệm như nhau. chitosan với độ deacetyl cao hơn sẽ dễ dàng bị cắt mạch hơn. Cụ thểở cùng chế độ H2O2 2,5M ; 70oC và 1 giờ với chitosan có DD75 ; DD85 ; DD95 độ nhớt giảm xuống tương ứng còn 48,5 ; 37,6 ; 31,5mPa.s. Điều này có liên quan đến cơ chế của quá trình cắt mạch chitosan bởi hydroperoxit. Trong môi trường acid nhóm NH2 được nhận thêm 1 protone, giúp cải thiện khả năng hòa tan và làm tăng pH của chitosan. Điều này có nghĩa là trong mạch chitosan sẽ có nhiều nhóm amino tự do và do đó nhóm – NH2 dễ dàng tác dụng với hydroperoxit để phá vỡ mạch Chitosan. Thêm vào đó khi độ deacetyl tăng lên đồng nghĩa với số lượng nhóm – COCH3 giảm xuống làm giảm mức độ khuyết điện tử của liên kết dị dương giữa các phân tử glucosamin, điều đó có nghĩa là liên kết này trở lên lỏng lẻo và dễ bị bẻ gẫy bởi H2O2
b) Nhiệt độ và thời gian.
Theo kết quả của các thí nghiệm biên, trong cùng một điều kiện nghiên cứu khi tăng nhiệt độ và thời gian sẽ làm tăng tốc độ phân cắt mạch chitosan. Theo
thời gian phản ứng các gốc tự do có tính oxy hoá được tạo ra nhiều gây ra sự phân cắt mạch chitosan càng mạnh.
Khi tăng nhiệt độ từ 30 đến 70oC trong 1giờ, nồng độ H2O2 0,5M độ nhớt dung dịch chitosan giảm từ 127,6 xuống 58,6mPa.s (DD75%); từ 114,9 xuống 49,2mPa.s (DD85%) và giảm từ 101,2 xuống 42,1mPa.s (DD95%). Trong thí nghiệm này quan sát thấy sản phẩm chitosan phân tử lượng thấp thu được ở nhiệt độ 300C và 500C có màu sắc trắng, đẹp. Ngược lại sản phẩm thu được ở nhiệt độ 700C có màu sắc đậm hơn đặc biệt khi để lâu ngoài không khí. Điều này có thểở nhiệt độ quá cao, sự cắt mạch chitosan xảy ra nhanh và mãnh liệt, một số phân tử chitosan bị cắt mạch đến oligosaccharide với nhóm aldehyde, Các oligosaccharide này sẽ phản ứng với những phần không phải là chitosan, ethanol tạo ra những sản phẩm trung gian phức tạp. mặt khác oligoglucosamin cũng có nhóm OH bán acetan giống như glucose, nhóm OH này dễ dàng tham gia vào phản ứng oxy hoá khử để chuyển oligoglucosamin về các sản phẩm có cấu trúc dạng axit Gluconic, cuối cùng tạo nên các sản phẩm có màu vàng nâu.
Theo kết quả thí nghiệm của chúng tôi, nhiệt độ thích hợp nhất cho quá trình cắt mạch nằm trong khoảng 40-600C.
Kết quả cũng chi thấy ở cùng chế độ 70oC, nồng độ H2O2 2,5 M khi tăng thời gian phản ứng từ 1 giờ lên 4 giờ thì độ nhớt chitosan giảm từ 48,5 xuống 5,2mPa.s (DD75%); từ 37,6 xuống 3,6mPa.s (DD85%) và giảm từ 31,5 xuống 2,5mPa.s (DD95%).
d) Nồng độ hydroperoxit.
Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng độ nhớt của sản phẩm chitosan giảm khi nồng độ hydroperoxit tăng, Một lượng nhỏ hydroperoxit cũng có thể làm giảm độ nhớt của chitosan, Khi điều kiện phản ứng được giữ không đổi, nồng độ hydroperoxit
½ O2 + H2O
C6H12O7 + H2O2 Axit Gluconic C6H12O6
càng cao thì độ nhớt càng giảm, Ở nồng độ hydroperoxit lớn hơn 0,5M sản phẩm tạo thành có thể coi là chitosan có trọng lượng phân tử thấp.