3.2. CHẾ TẠO CHITOSAN KHỐI LƢỢNG PHÂN TỬ THẤP
3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ/ liều xạ đến độ đề axetyl
Bảng 3.4. ĐĐA của CTS chiếu xạ ở 10 kGy với nồng độ H2O2 khác nhau
Mẫu CTS ban đầu CTS cắt mạch
γCo60/H2O2 1% γCo60/H2O2 3% γCo60/H2O2 5%
ĐĐA 91,3 ± 0,3 90,0 ± 0,4 91,0 ± 0,3 91,2 ± 0,3
Hình 3.5. Phổ FT-IR của CTS ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch CTS ở dạng trương với H2O2 nồng độ 1% (b), 3% (c), 5% (d) tại liều xạ 10 kGy
30 Phổ FT-IR của CTS ban đầu và sản phẩm cắt mạch CTS ở dạng trương với H2O2 có nồng độ khác nhau tại liều xạ 10 kGy đƣợc thể hiện trên hình 3.5, ĐĐA cho ở bảng 3.4. Kết quả cho thấy CTS cắt mạch xuất hiện hầu hết các nhóm đặc trƣng nhƣ CTS ban đầu. Nhóm ở khoảng 1158 – 890 cm-1 là nhóm đặc trƣng của cấu trúc polysaccarit. Pic ở 3450, 1650 và 1250 cm-1 lần lượt đặc trưng tương ứng cho các nhóm hydroxyl, cacbonyl hoặc cacboxyl, metyl và nhóm C – O – C [38].
Nhƣ vậy, FT-IR cho thấy không có sự thay đổi về cấu tạo của các nhóm chính trong CTS cắt mạch so với CTS ban đầu. Pic ở 2290, 2872, 1423 và 1265 cm-1, thể hiện dao động đối xứng và bất đối xứng của nhóm -CH2 trong vòng D- glucopyranose [52], không thay đổi cho thấy không có phản ứng mở vòng. Hơn nữa, nhóm cacboxyl hình thành nhƣ sản phẩm chuyển hóa của phản ứng oxi hóa mở vòng glucopyranose ở pic 1730 cm-1 [40] không xuất hiện. Điều này một lần nữa xác nhận sự oxi hóa mở vòng glucopyranose để hình thành nhóm axit là không xảy ra.
Hình 3.6. Giản đồ XRD của CTS ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch CTS ở dạng trương với H2O2 nồng độ 1% (b), 3% (c), 5% (d) tại liều xạ 10 kGy
31 Giản đồ XRD của CTS ban đầu và sản phẩm cắt mạch CTS đƣợc thể hiện trên hình 3.6. Kết quả cho thấy các sản phẩm cắt mạch CTS cũng có 2 pic ở 2θ = 10,3°
và 19,8° tương tự như các pic đặc trưng của CTS ban đầu [15], [28], [13]. Điều này cho thấy cấu trúc tinh thể của CTS cắt mạch hầu nhƣ không thay đổi so với CTS ban đầu ở liều xạ 10 kGy.
Phổ UV-vis của CTS với KLPT khác nhau chế tạo bằng tác dụng đồng thời của H2O2 và tia γCo60 đƣợc thể hiện trên hình 3.7. Kết quả cho thấy CTS ban đầu Mw ~ 91,7 kDa hầu như không hấp thụ trong khoảng bước sóng từ 240 – 320 nm.
Trong khi đó, CTS chiếu xạ có pic ở 299 nm mô tả sự dịch chuyển n → π* của liên kết đôi cacbon – oxi [15], đó là bằng chứng cho thấy sự có mặt của nhóm cacbonyl (C=O) trong cấu trúc của CTS chiếu xạ [12], [14]. Nhóm cacbonyl nhƣ là sản phẩm cuối mạch tại các vị trí C1 và C4 khi CTS bị cắt mạch [45].
Hình 3.7. Phổ UV-vis của dung dịch CTS 0,1% có KLPT khác nhau trong dung dịch axit axetic 0,05%
32 Ảnh hưởng của suất liều đến sự suy giảm KLPT được chúng tôi khảo sát ở liều xạ 10 kGy với các suất liều khác nhau từ 0,45 – 3,6 kGy/h, kết quả đƣợc trình bày trên bảng 3.5. Bảng 3.5 cho thấy suất liều càng thấp hiệu quả cắt mạch bức xạ càng cao và giá trị PI có xu hướng giảm khi giảm suất liều. Tuy nhiên, theo chúng tôi suất liều > 1 kGy/h nên đƣợc lựa chọn để áp dụng cho quy mô lớn nhằm tiết kiệm thời gian và khả năng vận dụng thiết bị chiếu xạ. Hơn nữa, ở suất liều nhỏ hơn 1 kGy/h, mức độ giảm cấp của CTS thay đổi không đáng kể (bảng 3.5).
Bảng 3.5. KLPT và PI của CTS cắt mạch dạng trương trong H2O2 5% ở liều xạ 10 kGy với suất liều khác nhau
Suất liều, kGy/h 3,6 1,8 0,9 0,45
Mw, kDa 35,2 28,3 26,9 26,3
PI 2,51 2,41 2,40 2,41
Hình 3.8. CTS ban đầu – dạng bột (a), CTS trương trong dung dịch H2O2 5% (b) và CTS sau chiếu xạ (c)
Từ kết quả cắt mạch CTS chế tạo CTS KLPT thấp ở dạng trương chúng tôi nhận thấy khi áp dụng nồng độ H2O2 5% ở liều xạ thấp không làm thay đổi cấu trúc chính của CTS. Một nghiên cứu khác của chúng tôi khi cắt mạch CTS ở cùng điều kiện về tỉ lệ trương (CTS/H2O2 =1/5) với nồng độ H2O2 lần lượt là 2,5; 5; 7,5 và 10% ở liều xạ 10,5 kGy cũng cho thấy ở nồng độ H2O2 5%, độ suy giảm KLPT
33 đạt 82%, ĐĐA thay đổi không đáng kể. Tuy nhiên, khi tăng nồng độ H2O2 > 5%
chúng tôi nhận thấy ĐĐA của sản phẩm cắt mạch giảm mạnh (bảng 3.6) đồng thời FT – IR (hình 3.9) của sản phẩm xuất hiện pic ở 1730 cm-1 tương ứng với liên kết C=O trong nhóm cacboxyl, điều này cho thấy có thể đã có phản ứng mở vòng làm thay đổi cấu trúc chính của sản phẩm cắt mạch [40]. Ngoài ra, Kang và cộng sự (2007) [28] khi chế tạo CTS KLPT thấp bằng phương pháp chiếu xạ CTS dạng huyền phù (suspension) trong dung môi axit axetic với nồng độ H2O2 là 2; 10 và 30% cũng xác nhận ở nồng độ H2O2 10% sử dụng cho hỗn hợp chiếu xạ, sản phẩm CTS thu đƣợc có sự xuất hiện của nhóm cacboxyl là sản phẩm của phản ứng mở vòng glucopyranose, thay đổi cấu trúc của CTS. Nhƣ vậy, các kết quả thí nghiệm đã dẫn ra việc sử dụng nồng độ H2O2 > 5% trong quá trình chiếu xạ là không thuận lợi để chế tạo CTS KLPT thấp trên phương diện duy trì cấu trúc của CTS và hạn chế sự suy giảm ĐĐA.
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến KLPT và ĐĐA của CTS ở liều xạ 10,5 kGy
H2O2 (%) Mw (kDa) PI ĐĐA (%)
0* 105 2,9 91,1
2,5 37,5 3,4 90,2
5 29,1 3,4 88,3
7,5 28,5 3,6 85,7
10 25,6 3,8 72,5
*5ml H2O/1g CTS
34 Hình 3.9. Phổ FT-IR của sản phẩm cắt mạch CTS ở dạng trương với H2O2 nồng
độ 0% (5ml H2O/1g CTS, a); 5% (b); 7,5% (c); 10% (d) tại liều xạ 10,5 kGy Từ phân tích kết quả thí nghiệm và so sánh với các tài liệu tham khảo [28], [40] chúng tôi nhận thấy nồng độ H2O2 5% là phù hợp cho quá trình cắt mạch CTS ở dạng trương. Suất liều bức xạ 1,33 kGy/h cũng nên được lựa chọn vì suất liều này được sử dụng phổ biến để chiếu xạ khử trùng thực phẩm thường xuyên tại các trung tâm chiếu xạ dịch vụ trên cả nước.