CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.5. NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SODIUM GULURONATE SULFATE (SGS) TỪ
3.5.2. Đề xuất quy trình sản xuất SGS từ sodium alginate của rong nâu T. ornata và đánh giá các đặc tính của SGS
3.5.2.1. Đề xuất quy trình sản xuất SGS từ sodium alginate của rong nâu Turbinaria ornata
Từ các kết quả nghiên cứu ở trên, luận án đề xuất quy trình sản xuất SGS từ sodium alginate tách chiết từ rong nâu T. ornata được trình bày theo sơ đồ hình 3.33
* Thuyết minh quy trình:
+ Sodium alginate:
Sodium alginate được tách chiết từ rong nâu T. ornata có tỷ lệ M/G = 1,06, độ ẩm 9,01%, độ nhớt 734 cP, khối lượng phân tử trung bình 648,32 kDa, độ polymer hóa phân tử trung bình là 1037, chỉ số đa phân tán là 3,56.
+ Thủy phân acid:
Sodium alginate được thủy phân bằng HCl 0,3M trong thời gian 30 phút ở 100oC trong bình cầu có lắp bộ sinh hàn. Làm nguội rồi đem ly tâm (10.000 vòng/ phút, 20 phút). Phần không tan trong lần ly tâm đầu tiên tiếp tục thủy phân lần 2 bằng dung dịch HCl 0,3M trong 2 giờ ở nhiệt độ 100oC. Làm nguội rồi đem ly tâm lần 2 (10.000 vòng/phút, 20 phút). Phần dung dịch hòa tan trong cả hai lần ly tâm ở trên được trung hòa bằng NaOH 1M, thẩm tích đối nước 72 giờ bằng nước cất, cô đặc bằng thiết bị cô
quay chân không ở 50oC đến thể tích còn lại 1/10, kết tủa bằng ethanol 96% với thể tích ethanol gấp 5 lần (v/v) trong thời gian 4 giờ. Sau đó, ly tâm (10.000 vòng/phút, 20 phút), sấy chân không ở 50oC trong 4 giờ thu được sodium mannuronate – sodium guluronate (SMG). Phần không tan trong lần ly tâm lần 2 được trung hòa bằng NaOH 1M, sau đó dùng HCl 1M điều chỉnh về pH = 2,85 ± 0,05 rồi tiến hành ly tâm (10.000 vòng/phút, 20 phút) để tách riêng 2 phần trong hỗn hợp trên.
Hình 3.33. Quy trình điều chế sodium guluronate sulfate
Phần dung dịch hòa tan và không hòa tan được trung hòa bằng NaOH 1M, thẩm tích đối nước bằng nước cất 72 giờ, cô đặc bằng thiết bị cô quay chân không ở 50oC đến thể tích còn lại 1/10, rồi kết tủa bằng ethanol 96% với thể tích ethanol gấp 5 lần (v/v) trong thời gian 4 giờ. Sau đó, ly tâm (10.000 vòng/phút, 20 phút), các kết tủa được sấy chân không ở 50oC trong 4 giờ thu được sodium mannuronate (SM) và sodium guluronate (SG) tương ứng.
Thủy phân acid
SG
SMG SM
Sulfate hóa
Bao gói, bảo quản Thẩm tách
Cô đặc
Kết tủa
Sấy chân không Sodium alginate
+ Sulfate hóa:
Tác nhân sulfate hóa được điều chế từ NaHSO3 và NaNO2 trong môi trường nước với các điều kiện thích hợp của phản ứng như sau: tỷ lệ nồng độ NaHSO3/NaNO2 là 4,25/1 mol/g, nhiệt độ phản ứng 90oC và thời gian phản ứng 90 phút.
Quá trình tổng hợp SGS được tiến hành với các điều kiện thích hợp là: pH = 9, tỷ lệ nồng độ tác nhân sulfate hóa/sodium guluronate là 2/198 mol/g, nhiệt độ phản ứng là 40oC và thời gian phản ứng tổng hợp SGS là 4 giờ.
+ Thẩm tách:
Toàn bộ dung dịch sau khi kết thúc phản ứng tổng hợp SGS được tiến hành thẩm tích đối nước bằng nước cất sau 72 giờ để loại bỏ tất cả các tạp chất trong đó có phần sulfate thừa.
+ Cô đặc:
Sau khi kết thúc thời gian thẩm tách, dung dịch được tiến hành cô đặc bằng thiết bị cô quay chân không ở nhiệt độ 50oC đến khi thể tích còn lại 1/10.
+ Kết tủa:
Sử dụng ethanol thực phẩm 96% với thể tích nhiều gấp 5 lần thể tích dung dịch SGS sau cô đặc (v/v). Cho từ từ dung dịch SGS vào ethanol 96%, khuấy đảo và để yên sau 4 giờ rồi ly tâm (10.000 vòng/phút, 20 phút) thu được kết tủa SGS. Ethanol cần được thu hồi bằng cách chưng cất dịch lọc để tránh lãng phí, đồng thời làm giảm giá thành sản xuất.
+ Sấy chân không:
Kết tủa SGS được trải ra khay sấy có bề dày 0,5 ÷ 1 cm, tiến hành sấy chân không ở nhiệt độ 50oC trong 4 giờ, thu được chế phẩm SGS khô, độ ẩm dưới 10%.
+ Bao gói, bảo quản:
SGS được bao gói polyamid, hút chân không rồi bảo quản ở điều kiện thường.
3.5.2.2. Đánh giá các đặc tính của sodium guluronate sulfate a. Xác định đặc tính cấu trúc của sodium guluronate sulfate
Các đặc tính cấu trúc của SGS được nghiên cứu phân tích phổ hồng ngoại (FT-IR) được trình bày ở hình 3.34.
(a) (b)
Hình 3.34. Phổ FT-IR của (a) sodium guluronate và (b) sodium guluronate sulfate Từ kết quả phân tích ở hình 3.34 cho thấy các thay đổi của SGS được thể hiện rất rõ ứng với các vân phổ có các tần số ứng với các dao động khác nhau của nhóm sulfate như dao động biến dạng, dao động hóa trị, dao động biến dạng đối xứng và không đối xứng. Trên phổ hồng ngoại của SGS cho thấy xuất hiện dao động tại vị trí 1630 cm-1 và 1421 cm-1 là đặc trưng cho các dao động hóa trị không đối xứng và đối xứng của các nhóm carboxyl (COO-) tương ứng, các dao động này cũng được chỉ ra bởi các tác giả Huang và cộng sự (2003) tại các vị trí dao động 1695 cm-1và 1414 cm-1 [111], Zhao và cộng sự (2007) cũng tại các dao động 1629,84 cm-1 và 1421,11 cm-1 [240], Xin và cộng sự (2016) tại các vị trí dao động 1620 cm-1và 1423 cm-1[230], Sari-Chmayssem và cộng sự (2015) tại các vị trí dao động 1621 cm-1và 1416 cm-1 [188].
Dao động tại vị trí 796 cm-1 là đặc trưng cho dao động biến dạng α-anomeric C-H của sodium guluronate sulfate, dao động biến dạng này cũng được chỉ ra bởi các tác giả Fenoradosoa và cộng sự (2010) [77], Zhao và cộng sự (2007) [240] ở tại vị trí dao động 796,20 cm-1.
Các đám phổ tại 1249 cm-1 và 875 cm-1 thể hiện dao động biến dạng không đối xứng S=O và dao động biến dạng đối xứng C-O-S kéo dài tương ứng, nó chỉ ra rằng quá trình sulfate hóa đã thực sự xảy ra. Kết quả nghiên cứu này cũng phù hợp các nghiên
C-O(C-O-S)
(S=O)
cứu trên thế giới về các dao động biến dạng không đối xứng S=O và dao động biến dạng đối xứng C-O-S. Cụ thể là theo kết quả nghiên cứu của tác giả Zhao và cộng sự (2007) cũng tại các dao động 1245,38 cm-1 và 847,06 cm-1 [240], Xin và cộng sự (2016) tại các vị trí dao động 1253 cm-1và 820 cm-1 [230], Pulsawat và cộng sự (2014) tại các vị trí dao động 1253 cm-1và 892 cm-1 [175], Dapeng Cui và Cộng sự (2007) tại các vị trí dao động 1236 cm-1và 821 cm-1 [56], Qifei Cong và cộng sự (2014) tại các vị trí dao động 1261 cm-1và 817 cm-1 [55], Na Li và cộng sự (2015) tại các vị trí dao động 1253 cm-1 và 843 cm-1 [131].
Từ kết quả phân tích trên phổ hồng ngoại cho thấy quá trình sulfate hóa đã xảy ra khi thực hiện phản ứng tổng hợp SGS từ sodium guluronate và tác nhân sulfate hóa.
Sodium guluronate sulfate thu được có hàm lượng sulfur khá cao bởi vì các tín hiệu dao động tại vị trí 1249 cm-1 và 875 cm-1 tương đối mạnh.
b. Xác định khối lượng phân tử trung bình của sodium guluronate sulfate Khối lượng phân tử trung bình của SGS được xác định bằng phương pháp sắc ký lọc gel, được trình bày ở hình 3.35 và hình 3.36
Hình 3.35. Sắc ký đồ GPC của SGS Hình 3.36. Sự phân bố khối lượng phân tử của SGS
Từ kết quả phân tích GPC cho thấy:
- Sắc ký đồ hình 3.35 chỉ gồm 1 peak chứng tỏ SGS thu được có độ tinh sạch cao.
- Kết quả phân tích hình 3.36 cho thấy SGS có khối lượng phân tử trung bình số Mn̅̅̅̅ là 18,827 kDa; khối lượng phân tử trung bình khối Mw̅̅̅̅̅ là 25,408 kDa; khối lượng phân tử trung bình thu bởi ly tâm Mz̅̅̅̅ là 37,493 kDa; khối lượng phân tử trung bình thu được bởi đo độ nhớt Mv̅̅̅̅ là 25,408 kDa.
- Độ polymer hóa phân tử trung bình DPn̅̅̅̅̅̅ là 107.
- Chỉ số đa phân tán PI = 1,35 cho thấy mức độ phân bố khối lượng phân tử của sodium guluronate sulfate là không lớn. Theo đó, xét theo mức độ phân bố khối lượng phân tử theo đỉnh từ hình 3.36 cũng cho thấy 90% SGS có khối lượng phân tử trung bình 45,610 kDa, 70% có khối lượng phân tử trung bình 27,310 kDa, 50% có khối lượng phân tử trung bình 20,095 kDa, 30% có khối lượng phân tử trung bình 15,5 kDa và 10%
có khối lượng phân tử trung bình 11,299 kDa.
Như vậy, sodium guluronate sulfate thu được từ quá trình tổng hợp sodium guluronate và tác nhân sulfate hóa có độ tinh sạch cao, có khối lượng phân tử trung bình 𝑀𝑤̅̅̅̅̅ là 25,408 kDa, độ polymer hóa phân tử trung bình 𝐷𝑃𝑛̅̅̅̅̅̅ là 107, chỉ số đa phân tán PI là 1,35. Đánh giá độ hòa tan của sản phẩm SGS sau khi sấy cho thấy SGS hòa tan hoàn toàn trong nước cất.