Tiến Sĩ Nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng hiệu ứng đồng vận H2O2/bức xạ gamma Coban–60 để chế tạo oligochito

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới những người Thầy của mình PGS.TS Nguyễn Quốc Hiến, PGS.TS Võ Quang Mai đã dành nhiều thời gian và công sức hướng dẫn tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Phòng thí nghiệm Hóa lý – Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học Huế, nơi đã tạo điều kiện thuận lợi về trang thiết bị và hướng dẫn tận tình cho tôi trong suốt thời gian làm thực nghiệm.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong Nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển Khai Công nghệ Bức xạ – Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam, Phòng Công nghệ Bức xạ –Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, Phòng phân tích Hóa lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQG Tp. HCM đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi về máy móc, thiết bị trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến GS.TS Trần Thái Hòa trưởng Bộ môn Hóa lý, Ban chủ nhiệm, cán bộ giảng viên và anh chị em NCS của Khoa Hóa – Trường Đại học Khoa học Huế, các Thầy cô trong Ngành Hóa – Khoa Sư phạm Khoa học Tự nhiên – Trường Đại học Sài Gòn đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 3 năm 2015
Tác giả

ĐẶNG XUÂN DỰ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.

Tác giả


ĐẶNG XUÂN DỰ

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ANOVA Phân tích phương sai (Analysis of Variance)
ABTS 2,2’-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid)
CFU/ml Số đơn vị khuẩn lạc trong 1 ml (Colony Forming Unit per milliter)
CNBX Công nghệ bức xạ
COS Oligochitosan
COSM5 Oligochitosan, Mw ~ 5 kDa
COSM10 Oligochitosan, Mw ~ 10 kDa
CTS Chitosan
CTS-91 Chitosan có độ đề axetyl~91%, Mw ~49 kDa
CTS-80 Chitosan có độ đề axetyl~80%, Mw ~50 kDa
CTS-72 Chitosan có độ đề axetyl~72%, Mw ~48,2 kDa
CTSM15 Chitosan Mw ~15 kDa
CTSM23 Chitosan Mw ~23kDa
CTSM30 Chitosan Mw ~30 kDa
CTSM45 Chitosan Mw ~45 kDa
CTSM60 Chitosan Mw ~60 kDa
CTSM91 Chitosan Mw ~91 kDa
C90 Chitosan có độ đề axetyl 91%, Mw ~166 kDa
C80 Chitosan có độ đề axetyl 83%, Mw ~176 kDa
C70 Chitosan có độ đề axetyl 72%, Mw ~183 kDa
D Hiệu ứng đồng vận
E. coli Vi khuẩn Escherichia coli
ĐA Độ axetyl
ĐĐA Độ đề axetyl
ĐSGKLPT Độ suy giảm khối lượng phân tử
ĐTNBH Độ trương nước bão hòa
EB Chùm electron (Electron beam)
FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hiệp quốc (Food and Agriculture Organization of the United Nations)
FT-IR Phương pháp Phổ hồng ngoại(Fourier transform infrared)
GPC Phương pháp Sắc kí gel thấm qua(Gel Permeation Chromatography)
Gs Kí hiệu hiệu suất cắt mạch bức xạ
1H-NMR Phương pháp phổ cộng hưởng từ proton (Proton Nuclear Magnetic Resonance)
HSCMBX Hiệu suất cắt mạch bức xạ
HSTĐPƯ Hằng số tốc độ phản ứng
IAEA Cơ quan Năng lượng Nguyên tử quốc tế (International Atomic Energy Agency)
k Kí hiệu của HSTĐPƯ
KLPT Khối lượng phân tử trung bình khối lượng
k91d HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 trong dung dịch
k80d HSTĐPƯ cắt mạch CTS-80 trong dung dịch
k72d HSTĐPƯ cắt mạch CTS-72 trong dung dịch
k91t HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 ở dạng trương
k80t HSTĐPƯ cắt mạch CTS-80 ở dạng trương
k72t HSTĐPƯ cắt mạch CTS-72 ở dạng trương
LSD Sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa (Least Significant Difference)
m0 Kí hiệu khối lượng phân tử đơn vị monome
mesh Số lỗ trên một inch chiều dài
Mn Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình số lượng
Mv Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình độ nhớt
Mw Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình khối lượng
N Cỡ mẫu
OD Mật độ quang (Optical Density)
PI Độ đa phân tán của polyme (Polydispersity Index)
S. aureus Vi khuẩn Staphylococcos aureus
SD Độ lệch chuẩn (Standard Deviation)
t Kí hiệu thời gian
UV Phương pháp phổ tử ngoại (Ultraviolet spectroscopy)
v/v Thể tích /thể tích
XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X (X–ray diffraction)
WHO Tổ chức Y tế thế giới (World Health Organization)
w/v Khối lượng/thể tích
α Mức ý nghĩa
Co60 Bức xạ/tia gamma Co - 60
[] Độ nhớt đặc trưng


DANH MỤC BẢNG

Trang
Bảng 1.1. Một số dao động đặc trưng trên phổ IR của CTS 12
Bảng 1.2. Hằng số k và α đối với CTS và một số hệ dung môi 15
Bảng 1.3. Khối lượng phân tử trung bình Mv, Mn và Mw của các mẫu CTS có ĐĐA khác nhau 17
Bảng 1.4. Các loại cột Ultrahydrogel của hãng Waters và khoảng đo KLPT hiệu dụng 19
Bảng 1.5. Suy giảm KLPT khi cắt mạch β - CTS bằng hydro peroxit, tia Co60 và hiệu ứng đồng vận hydro peroxit và tia Co60 29
Bảng 2.1. Thông tin về các mẫu chuẩn Pullulan 41
Bảng 2.2. KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan đối với cột Ultrahydrogel 250 41
Bảng 2.3. KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan đối với cột Ultrahydrogel Linear 43
Bảng 2.4. Kết quả Mw, Mn và PI của CTS đo bằng GPC 45
Bảng 3.1. Sự thay đổi ĐĐA của CTS theo thời gian phản ứng 55
Bảng 3.2. Sự thay đổi KLPT, ĐĐA và PI của CTS nguồn cắt mạch bằng hydro peroxit 58
Bảng 3.3. Kết quả cắt mạch dung dịch 5% CTS-91 chế tạo COS 60
Bảng 3.4. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-91 trong dung dịch 5% bằng tia γCo60 và H2O2 0,5% 62
Bảng 3.5. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-91 5% trong trường hợp có và không có H2O2 0,5%
63
Bảng 3.6. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-91 5%, H2O2 0,5% theo liều xạ 68
Bảng 3.7. Kết quả cắt mạch dung dịch CTS-80 nồng độ 5% chế tạo COS 69
Bảng 3.8. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-80 trong dung dịch 5% bằng tia γCo60 và H2O2 0,5% 71
Bảng 3.9. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-80 5% trong trường hợp có và không có H2O2 0,5% 72
Bảng 3.10. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-80 5%, H2O2 0,5% theo liều xạ 75
Bảng 3.11. Kết quả cắt mạch CTS-72 trong dung dịch 5% chế tạo COS 76
Bảng 3.12. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 trong dung dịch 5% bằng tia γCo60 và H2O2 0,5% 78
Bảng 3.13. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-72 5% trong trường hợp có và không có H2O2 0,5% 80
Bảng 3.14. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-72 5%, H2O2 0,5% theo liều xạ 84
Bảng 3.15. Độ ẩm và ĐTNBH các mẫu CTS 88
Bảng 3.16. KLPT của CTS cắt mạch theo liều xạ với nồng độ H2O2 khác nhau 91
Bảng 3.17. HSCMBX Gs theo liều xạ ở những nồng độ H2O2 khác nhau 93
Bảng 3.18. ĐĐA của CTS chiếu xạ ở 10 kGy với nồng độ H2O2 khác nhau 95
Bảng 3.19. KLPT và PI của CTS cắt mạch dạng trương trong H2O2 5% ở liều xạ 10 kGy với suất liều khác nhau 98
Bảng 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến KLPT và ĐĐA của CTS ở liều xạ 10,5 kGy 99
Bảng 3.21. Kết quả cắt mạch CTS-91 ở dạng trương trong dung dịch H2O2 5% 101
Bảng 3.22. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-91 bằng tia γCo60 và H2O2 5% 105
Bảng 3.23. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-91 ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5% 106
Bảng 3.24. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trương trong dung dịch H2O2 5% theo liều xạ 108
Bảng 3.25. Kết quả cắt mạch CTS-80 ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5% 111
Bảng 3.26. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-80 bằng tia γCo60 và H2O2 5% ở dạng trương 113
Bảng 3.27. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-80 ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5% 114
Bảng 3.28. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng trương trong dung dịch H2O2 5% theo liều xạ 117
Bảng 3.29. Kết quả cắt mạch CTS-72 ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5% 118
Bảng 3.30. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 bằng tia γCo60 và H2O2 5% ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5% 119
Bảng 3.31. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-72 ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5% 120
Bảng 3.32. Sự phụ thuộc của HSCMBX và HSTĐPƯ theo ĐĐA khi cắt mạch ở trạng thái rắn 121
Bảng 3.33. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-72 ở dạng trương trong dung dịch H2O2 5% theo liều xạ 124
Bảng 3.34. KLPT, PI và ĐĐA của CTS được cắt mạch với các thời gian khác nhau theo phương pháp 1 129
Bảng 3.35. Kết quả hồi qui phi tuyến theo mô hình hàm mũ cơ số tự nhiên (exponential) và hàm luỹ thừa với biến số thời gian (power) theo phương pháp 1 130
Bảng 3.36. KLPT và ĐĐA phụ thuộc thời gian cắt mạch theo phương pháp 2 131
Bảng 3.37. Kết quả hồi qui phi tuyến theo mô hình hàm mũ cơ số tự nhiên (exponential) và hàm luỹ thừa với biến số thời gian (power) theo phương pháp 2 132
Bảng 3.38. Kí hiệu các mẫu CTS cho nghiên cứu hiệu ứng chống oxi hóa 134
Bảng 3.39. Hoạt tính kháng khuẩn của CTS có KLPT Mw (kDa) khác nhau đối với E.coli 136
Bảng 3.40. Hiệu suất diệt khuẩn E. coli của CTS KLPT thấp và COS 137
Bảng 3.41. Hiệu quả diệt khuẩn E. coli của CTSM15 có nồng độ khác nhau 137
Bảng 3.42. Hiệu quả diệt khuẩn S. aureus của CTS có KLPT khác nhau 138
Bảng 3.43. Hiệu quả diệt khuẩn S. aureus của CTS có nồng độ khác nhau 138
Bảng 3.44. Ảnh hưởng của CTS có MwKLPT khác nhau 140
Bảng 3.45. Trọng lượng (kg) của gà 72 ngày tuổi ở các lô khác nhau 141
Bảng 3.46. Ảnh hưởng của CTSM15 có nồng độ khác nhau 142
Bảng 3.47. Trọng lượng (kg) của gà 63 ngày tuổi ở các lô khác nhau 143

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang
Hình 1.1. Cấu tạo phân tử chitin 4
Hình 1.2. Công thức cấu tạo của CTS 5
Hình 1.3. Công thức cấu tạo chính xác của CTS 5
Hình 1.4. Công thức cấu tạo của COS 5
Hình 1.5. Phổ UV dẫn xuất thứ nhất của dung dịch axit axetic 0,01; 0,02; 0,03M và dung dịch N-axetyl glucosamin với các nồng độ khác nhau (mg/l) trong axit axetic 0,01M 9
Hình 1.6. Phổ IR của mẫu chitin/CTS có ĐĐA khác nhau 5% (a); 50% (b) và 90% (c) 12
Hình 1.7. Tương quan giữa độ nhớt rút gọn và nồng độ CTS 14
Hình 1.8. Sự tạo thành liên kết hydro (I) và (II) 16
Hình 1.9. Sự phụ thuộc giá trị k và α vào ĐĐA của CTS 16
Hình 1.10. Sơ đồ cơ chế bắt hydro của gốc tự do hydroxyl cắt mạch CTS 27
Hình 1.11. Sự suy giảm KLPT của β - CTS xử lý với H2O2, tia Co60 và H2O2/tia Co60 theo thời gian và liều xạ (suất liều: 1,33 kGy/h) 29
Hình 2.1. Sắc kí đồ GPC của mẫu chuẩn Pullulan ghi trên cột Ultrahydrogel 250 với KLPT 100000 (a), 40000 (b), 23700 ( c), 12200 (d) và 738 Da (e) 42
Hình 2.2. Đường chuẩn tương quan giữa KLPT và thời gian lưu của Pullulan đối với cột Ultrahydrogel 250 43
Hình 2.3. Đường chuẩn tương quan giữa KLPT và thời gian lưu của Pullulan đối với cột Ultrahydrogel Linear 44
Hình 2.4. Sắc kí đồ của mẫu COS (a), CTS KLPT thấp (b) và CTS KLPT cao (c) 45
Hình 2.5. (I) – Sơ đồ nguồn SVST Co – 60/B; (II) – Liều kế: (a) - chưa sử dụng, (b) - đã sử dụng 48
Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian đề axetyl đến ĐĐA của CTS 55
Hình 3.2. CTS có ĐĐA ~ 78% (a); 84% (b); 95,5% (c) chế tạo từ chitin 57
Hình 3.3. CTS nguồn ĐĐA ~ 72% (a); 80,3% (b) và 91,0 % (c) 58
Hình 3.4. Sơ đồ chế tạo COS bằng chiếu xạ dung dịch 59
Hình 3.5. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-91 trong dung dịch 5% theo liều xạ và thời gian phản ứng (thời gian, giờ = kGy/1,33) 61
Hình 3.6. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-91 trong dung dịch 5% theo liều xạ 64
Hình 3.7. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-91 5% theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33) 66
Hình 3.8. Phổ FT-IR của CTS-91 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-91 5%, H2O2 0,5% ở liều xạ 2,2 kGy (b); 7,6 kGy (c); 15,1 kGy (d) và 19,8 kGy (e) 67
Hình 3.9. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-80 cắt mạch trong dung dịch 5% theo liều xạ và thời gian phản ứng (thời gian, giờ = kGy/1,33) 70
Hình 3.10. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-80 cắt mạch trong dung dịch 5% theo liều xạ

72
Hình 3.11. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-80 5% theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33) 73
Hình 3.12. Phổ FT-IR của CTS-80 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-80 5%, H2O2 0,5% ở liều xạ 2,6 kGy (b); 5,8 kGy (c); 10,7 kGy (d) và 21,2 kGy (e) 74
Hình 3.13. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-72 trong dung dịch 5% theo liều xạ và thời gian phản ứng (thời gian, giờ = kGy/1,33) 77
Hình 3.14. Hiệu ứng đồng vận của các loại CTS trong dung dịch 5%/0,5% H2O2 theo liều xạ 79
Hình 3.15. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-72 trong dung dịch 5% theo liều xạ 79
Hình 3.16. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-72 5% theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33) 81
Hình 3.17. Phổ FT-IR của CTS-72 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-72 5%, H2O2 0,5% ở liều xạ 8,2 kGy (b); 12,3 kGy (c); 16,5 kGy (d) và 21,4 kGy (e) 82
Hình 3.18. Dung dịch 5% CTS-91 trước khi chiếu xạ (a) và sau chiếu xạ (b) 84
Hình 3.19. CTS -91 (a), CTS-91 cắt mạch (b), COS thu được từ CTS-91 (c), CTS-80 (d) và CTS-72 (e) 85
Hình 3.20. Phổ UV – vis của CTS-91 (a), sản phẩm cắt mạch CTS-91 (b), COS thu được từ CTS-72 (c), CTS-80 (d) và CTS-91 (e) nồng độ 0,1 % (w/v) trong dung dịch axit axetic 0,05% 86
Hình 3.21. Liên kết hydro trong phân tử của CTS 89
Hình 3.22. Sự suy giảm KLPT của CTS trương trong nước và trong dung dịch H2O2 theo liều xạ 92
Hình 3.23. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS ( ĐĐA ~ 91,3%) cắt mạch dạng trương nước theo liều xạ 94
Hình 3.24. 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 95
Hình 3.25. 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 96
Hình 3.26. Phổ UV-vis của dung dịch CTS 0,1% có KLPT khác nhau trong dung dịch axit axetic 0,05% 97
Hình 3.27. CTS ban đầu – dạng bột (a), CTS trương trong dung dịch H2O2 5% (b) và CTS cắt mạch bằng hiệu ứng đồng vận (c) 98
Hình 3.28. 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 99
Hình 3.29. Sơ đồ cắt mạch CTS ở dạng trương 101
Hình 3.30. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối với CTS-91 cắt mạch ở dạng trương trong nước và dung dịch H2O2 5% (thời gian, giờ = kGy/1,33) 102
Hình 3.31. Mô hình đề nghị cho cơ chế cắt mạch đồng vận ở trạng thái trương 104
Hình 3.32. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-91 cắt mạch theo liều xạ ở trạng thái trương trong nước 106
Hình 3.33. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trương theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33) 107
Hình 3.34. Phổ FT-IR của CTS-91(a) và sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trương trong H2O2 5% tại các liều xạ 8,2 kGy (b); 12,0 kGy (c);15,9 kGy (d) và 22,7 kGy (e) 108
Hình 3.35. CTS-91 ban đầu - 49 kDa (a); CTS-91 KLPT thấp - 14 kDa (b) 109
Hình 3.36. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối với CTS-80 cắt mạch ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5% (thời gian, giờ = kGy/1,33) 112
Hình 3.37. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-80 cắt mạch theo liều xạ ở trạng thái trương trong nước 114
Hình 3.38. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng trương theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33) 115
Hình 3.39. Phổ FT-IR của CTS-80 (a) và sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng trương trong H2O2 5% tại các liều xạ 7,1 kGy (b); 15,5 kGy (c); 20,1 kGy (d) và 22,6 kGy (e) 116
Hình 3.40. CTS-80 ban đầu - 50 kDa (a); CTS-80 KLPT thấp – 11,7 kDa (b) 117
Hình 3.41. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối với CTS-72 cắt mạch ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5% (thời gian, giờ = kGy/1,33) 119
Hình 3.42. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-72 cắt mạch theo liều xạ ở trạng thái trương trong nước 120
Hình 3.43. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch CTS-72 ở dạng trương theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)
122
Hình 3.44. Phổ FT-IR của CTS-72 ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch CTS ở dạng trương trong H2O2 5% tại các liều xạ 7,5 kGy (b); 14,0 kGy (c); 20,1 kGy (d) và 22,4 kGy (e) 123
Hình 3.45. CTS-72 ban đầu - 47,8 kDa (a); CTS-72 KLPT thấp - 13,3 kDa (b) 124
Hình 3.46. CTS sau khi cắt mạch bức xạ ở dạng trương 125
Hình 3.47. CTS-80 (a); CTS KLPT thấp cắt mạch từ CTS-72 (b); CTS-80 (c); CTS-91(d) và COS chế tạo từ CTS-80 (e) 125
Hình 3.48. Phổ UV –vis của CTS-80 (a); CTS KLPT thấp cắt mạch từ CTS-72 (b); CTS-80 (c); CTS-91(d) và COS chế tạo từ CTS-80 (e) nồng độ 0,1 % (w/v) trong dung dịch axit axetic 0,05% 126
Hình 3.49. CTS có KLPT 31 (a), 15(b), 10(c) và 5 kDa (d) 128
Hình 3.50. Sự phụ thuộc của KLPT vào thời gian cắt mạch theo phương pháp 1 130
Hình 3.51. Sự phụ thuộc của KLPT vào thời gian cắt mạch theo phương pháp 2 132
Hình 3.52. Hiệu suất bắt gốc tự do của CTS và COS 135


MỤC LỤC

Trang
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN, CHITOSAN, OLIGOCHITOSAN 4
1.1.1. Nguồn gốc chitin, chitosan, oligochitosan 4
1.1.2. Cấu trúc chitin, chitosan, oligochitosan 4
1.1.3. Ứng dụng chitin, chitosan, oligochitosan 6
1.1.4. Một số thông số quan trọng của chitin, chitosan 6
1.1.5. Cơ chế kháng khuẩn của chitosan khối lượng phân tử thấp và oligochitosan 8
1.2. SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ ĐỀ AXETYL VÀ KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ CỦA CHITOSAN 8
1.2.1. Phương pháp xác định độ đề axetyl 8
1.2.2. Phương pháp xác định khối lượng phân tử của chitosan 13
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN VÀ CÔNG NGHỆ BỨC XẠ BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN 20
1.3.1. Giới thiệu sơ lược về Công nghệ bức xạ và Hóa học bức xạ 20
1.3.2. Một số khái niệm và định nghĩa 21
1.3.3. Nguồn bức xạ 23
1.3.4. Tình hình sử dụng bức xạ trong và ngoài nước 23
1.3.5. Hóa học bức xạ của nước và dung dịch nước 24
1.4. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN 28
1.4.1. Định nghĩa 28
1.4.2. Áp dụng hiệu ứng đồng vận trong hóa học 30

1.5. TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CHITOSAN 31
1.6. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN 36
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 38
2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT 38
2.2. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ 38
2.3. PHƯƠNG PHÁP 39
2.3.1. Đo các thông số của chitosan và oligochitosan 39
2.3.2. Đặc trưng cấu trúc vật liệu chitosan và oligochitosan 46
2.3.3. Các phương pháp chế tạo và biến tính vật liệu chitosan 47
2.3.4. Các phương pháp nghiên cứu ứng dụng vật liệu chitosan cắt mạch 51
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55
3.1. CHẾ TẠO CHITOSAN NGUỒN TỪ CHITIN 55
3.2. CẮT MẠCH CHITOSAN NGUỒN BẰNG HYDROPEROXIT 57
3.3. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BẰNG CHIẾU XẠ DUNG DỊCH 59
3.3.1. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề axetyl ~ 91% 59
3.3.2. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề axetyl ~ 80,3% 69
3.3.3. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề axetyl ~ 72% 76
3.4. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CẮT MẠCH CHITOSAN Ở DẠNG TRƯƠNG 88
3.4.1. Xác định một số thông số ban đầu của chitosan cắt mạch ở dạng trương 88
3.4.2. Cắt mạch chitosan bằng hiệu ứng đồng vận của H2O2/tia γCo60 ở dạng trương và khảo sát ảnh hưởng của nồng độ, suất liều 91
3.4.3. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 91% ở dạng trương 101
3.4.4. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 80,3 ở dạng trương 111
3.4.5. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 72 ở dạng trương 118
3.5. KHẢ NĂNG CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BẰNG H2O2 TRONG DUNG DỊCH 128
3.6. ỨNG DỤNG SẢN PHẨM CHITOSAN CẮT MẠCH 134
3.6.1. Hiệu ứng chống oxi hóa 134
3.6.2. Hiệu ứng kháng khuẩn 135
3.6.3. Hiệu ứng kích thích tăng trưởng và kháng bệnh trên gà 139
KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN 144
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU
Chitosan và oligochitosan là những polyme có nguồn gốc thiên nhiên được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống. Chúng được dùng làm chất kháng khuẩn [29], [51], [61], [70], [74], [117], chất chống oxi hóa [36], [52], [85], [96], chất kháng khối u [75], chất gây hiệu ứng tăng cường miễn dịch [20], [21], chất kích kháng bệnh và thúc đẩy tăng trưởng cho cây trồng [34], [78], [116], chất mang dược phẩm [58], [101] Đặc biệt oligochitosan có độ polyme hóa từ 7 – 10 có hiệu ứng chống xâm nhiễm của nhiều loại nấm gây bệnh thực vật thông qua cơ chế tự tạo kháng sinh (phytoalexin) [5]. Hàng năm, có khoảng 10 tỉ tấn chitin được sản xuất ra trên thế giới [76], là nguồn nguyên liệu dồi dào để chế tạo chitosan. Chitosan thông thường có khối lượng phân tử rất cao, chỉ tan trong một số dung môi nhất định. Điều này đã hạn chế khả năng ứng dụng của nó trong nhiều trường hợp [89]. Vì vậy, vấn đề biến tính cắt mạch chitosan nhằm mở rộng khả năng ứng dụng của loại polyme này là rất cần thiết.
Nhiều phương pháp cắt mạch chitosan khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng. Trong đó, phương pháp hóa học sử dụng H2O¬2 và phương pháp chiếu xạ sử dụng bức xạ gamma cắt mạch chitosan để chế tạo oligochitosan gần đây được tập trung nghiên cứu áp dụng vì cho hiệu suất cao, thân thiện với môi trường [38], [76] và có khả năng áp dụng với quy mô lớn [32]. Tuy nhiên, nghiên cứu sử dụng kết hợp hai tác nhân này cho đến nay vẫn còn rất ít [9], [32], [34], [45] và chưa thật sự có hệ thống.
Trên thế giới, việc ứng dụng công nghệ bức xạ đã trở nên phổ biến. Các sản phẩm của công nghệ bức xạ đã mang lại sự thay đổi mới mẻ trong nhiều lĩnh vực của đời sống và đã được các tổ chức quốc tế IAEA, FAO, WHO ủng hộ, phối hợp chuyển giao công nghệ. Công nghệ bức xạ ứng dụng trong các lĩnh vực biến tính vật liệu, khử trùng nước, chế tạo chế phẩm dùng trong y tế, các chất điều hòa tăng trưởng, chất bảo vệ và tăng năng suất cây trồng là những hướng nghiên cứu và ứng dụng đầy triển vọng.
Ở Việt Nam, nghiên cứu và triển khai ứng dụng công nghệ bức xạ chỉ được bắt đầu từ những năm 1980 và chủ yếu được tiến hành ở Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt trên cơ sở sử dụng lò phản ứng hạt nhân và nguồn chiếu xạ gamma Co – 60. Đến nay, nhiều trung tâm chiếu xạ thực phẩm và chiếu xạ khử trùng được xây dựng tại Hà Nội và Tp. HCM đã mở rộng hơn phạm vi nghiên cứu và ứng dụng của công nghệ bức xạ. Ở các trung tâm này, với nguồn bức xạ gamma Co – 60 được trang bị, nhiều nghiên cứu biến tính vật liệu đã được triển khai và ứng dụng có hiệu quả. Một trong các hướng nghiên cứu đó là biến tính cắt mạch chitosan chế tạo chitosan khối lượng phân tử thấp và oligome của nó bằng phương pháp chiếu xạ. Tại trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM, nghiên cứu theo hướng này đã thu được những kết quả bước đầu rất có triển vọng. Một số sản phẩm đã được đưa vào ứng dụng như chế phẩm oligochitosan, tên thương mại là RIZASA 3SL, SĐKVN: 1796/11RR do Cục Bảo vệ Thực vật, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cấp phép dùng làm chất kích kháng bệnh cho cây lúa và cho các loại cây khác. Một số công trình liên quan đến vấn đề này cũng đã được công bố trong các tạp chí chuyên ngành trong và ngoài nước [1], [4], [3], [5], [6], [9], [11], [10], [32], [40]. Tuy nhiên, nghiên cứu các quy trình công nghệ nhằm tăng tính hiệu quả và tiết kiệm năng lượng bức xạ vẫn đang là vấn đề hấp dẫn cần được mở rộng nghiên cứu.
Từ những thông tin trên, với mong muốn tìm hiểu khả năng kết hợp của hai tác nhân H2O¬2 và bức xạ gamma Co-60 trong việc cắt mạch chitosan chế tạo oligochitosan, chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng hiệu ứng đồng vận H2O2/bức xạ gamma Coban– 60 để chế tạo oligochitosan”.
Đề tài được tiến hành dựa vào phương pháp nghiên cứu hiệu ứng đồng vận áp dụng cho hai tác nhân là H2O¬2 và bức xạ gamma Co-60 trên cơ sở tham khảo một số công trình đã được công bố [45], [32], [91].
Bằng phương pháp tiếp cận có hệ thống, chúng tôi tiến hành chế tạo oligochitosan và tính hiệu ứng đồng vận dựa trên phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 sử dụng H2O¬2 nhằm làm gia tăng hiệu suất cắt mạch bức xạ. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ suy giảm khối lượng phân tử của chitosan như nồng độ, liều xạ, thời gian phản ứng đều được khảo sát. Từ kết quả nghiên cứu, chúng tôi tìm điều kiện thích hợp cho việc sử dụng hiệu ứng đồng vận để chế tạo hiệu quả oligochitosan.
Nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm:
- Nghiên cứu điều kiện chế tạo hiệu quả chitosan nguồn
- Nghiên cứu giảm khối lượng phân tử chitosan
- Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận để chế tạo chitosan khối lượng phân tử thấp và oligochitosan
- Nghiên cứu ảnh hưởng của suất liều bức xạ đến hiệu suất cắt mạch chitosan
- Nghiên cứu một số ứng dụng của sản phẩm oligochitosan và chitosan khối lượng phân tử thấp chế tạo được
Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở khoa học cho việc áp dụng hiệu ứng đồng vận của các tác nhân tương tự trong việc chế tạo chitosan khối lượng phân tử thấp. Từ kết quả của luận án cho phép xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hiệu quả oligochitosan áp dụng hiệu ứng đồng vận với quy mô lớn, mở rộng khả năng áp dụng hiệu ứng này lên các loại polysaccarit có cấu trúc tương tự, nhằm phát triển khả năng ứng dụng của các loại polyme có nguồn gốc tự nhiên.