NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CẮT MẠCH ALGINAT ỨNG
DỤNG LÀM CHẤT KÍCH THÍCH TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG BẰNG
CHIẾU XẠ GAMMA Co-60 KẾT HỢP VỚI HYDRO PEROXIT

NGUYỄN THỊ KIM LAN 1), NAOTSUGU NAGASAWA 2), ATSUSHI KIMURA 2),
MITSUMASA TAGUCHI 2), NGUYỄN QUỐC HIẾN1)

1) Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt nam, 202A,
Đường 11, Phường Linh Xuân, Quận Thủ đức, Tp. HCM
2) Takasaki Advanced Radiation Research Institute, Japan Atomic Energy Agency,
1233 Watanuki, Takasaki, Gunma 370-1292, Japan
Email:

Tóm tắt: Dung dịch alginat chứa hydro peroxit (H
2
O
2
) được chiếu xạ tia gamma Co-60 ở
liều từ 5-30 kGy suất liều 10kGy/h. Kết quả cho thấy chiếu xạ gamma có hiệu ứng cắt mạch
alginat ở nồng độ H
2
O
2
phù hợp. Khối lượng phân tử của alginat cắt mạch được xác định
bằng phương pháp sắc ký gel thấm qua (GPC) và cấu trúc của alginat cắt mạch được khảo
sát bằng phổ hồng ngoại (FT-IR). Khối lượng phân tử của alginat ban đầu là 845,8 kDa giảm
đến 49,5 kDa và 9,2 kDa ở liều xạ tương ứng là 5 và 30 kGy với nồng độ H
2
O
2
là 0,5 %.

kháng bệnh hiệu quả đối với cây lúa mạch và đậu tương. Trong khi đó, oligoalginat có Mw
trong khoảng 1-3 kDa thể hiện hiệu ứng kích kháng mạnh nhất [6]. Nhiều phương pháp được
ứng dụng để cắt mạch AlgNa như thủy phân acid, phương pháp enzym, chiếu xạ gamma và một
vài kỹ thuật oxi hóa khác [4, 7]. Trong đó, phương pháp chiếu xạ được xem là công cụ hiệu quả
để cắt mạch AlgNa tạo ra sản phẩm có khối lượng phân tử thấp vì điều khiển được độ cắt mạch
và là phương pháp thân thiện môi trường [8]. Tuy nhiên, để chế tạo được oligoalginat có Mw
nhỏ hơn 10 kDa, liều xạ yêu cầu là khá cao trong khoảng từ 20 đến 200 kGy khi chiếu xạ
AlgNa ở dạng dung dịch hoặc dạng bột [5, 9]. Ngoài ra, Mw của AlgNa vẫn còn cao khi chỉ
cắt mạch bằng H
2
O
2
[10]. Vì vậy, để chế tạo AlgNa có khối lượng phân tử thấp và oligoalginat
sử dụng liều xạ thấp nhằm giảm giá thành sản phẩm chúng tôi thực hiện nghiên cứu cắt mạch
AlgNa bằng chiếu xạ gamma kết hợp với H
2
O
2
.
II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
a. Vật liệu
AlgNa mua từ công ty Chameleon. Các hóa chất khác dạng tinh khiết, Wako (Nhật bản).
b. Phương pháp
- AlgNa được ngâm trong nước cất đến trương, khuấy 2 h để tan hoàn toàn và tiếp tục
cho H
2
O
2
để đạt dung dịch có nồng độ AlgNa 4% (w/v) và nồng độ H
2

0
150
300
450
600
750
900
0 10 20 30
Dose
(
kGy
)
Mw  10
3
 0% H
2
O
2
 0,5% H
2
O
2
 1% H
2
O
2
 3%H
2
O
2

2
giảm so với Mw của AlgNa trong dung dịch chiếu xạ không có H
2
O
2
, đặc biệt với 0,5 %
H
2
O
2
Mw AlgNa giảm hơn 4 lần.
Hiệu suất cắt mạch bức xạ Gs (mol/J) của AlgNa trong dung dịch 4% được tính theo công
sau [4]:
G

=
2c
Dd
(
1
M

−
1
M

)
Trong đó c là nồng độ polyme trong dung dịch (g/dm
3
), D là liều xạ hấp thu (Gy), d là tỉ

2,95 10
-7
mol/J và 0,95  10
-7
mol/J. Vậy, với sự hiện diện của 0,5% H
2
O
2
, hiệu suất cắt mạch
bức xạ AlgNa cao gấp 3 lần hiệu suất cắt mạch bức xạ AlgNa trong dung dịch không có H
2
O
2
.
Tác giả El-Reim cùng cộng sự [5] đã nghiên cứu hiệu ứng đồng vận kết hợp chiếu xạ gamma và
tác nhân oxi hóa H
2
O
2
để điều khiển sự cắt mạch AlgNa dạng paste. Kết quả cho thấy, sự kết
hợp chiếu xạ gamma và 10% H
2
O
2
(w/w) làm giảm Mw của AlgNa ban đầu từ 1,910
6
đến
1,110
5
khi chiếu xạ đến 200 kGy. Liều xạ và nồng độ H

cao tốc độ cắt mạch AlgNa giảm dần và đạt giá trị không đổi ở nồng độ 3% H
2
O
2
. Vì vậy, sự cắt
mạch bức xạ AlgNa trong dung dịch 4% là hiệu quả nhất với sự hiện diện của 0,5% H
2
O
2
. Ở
nồng độ H
2
O
2
cao hơn 0,5%,

có

sự cạnh tranh giữa sự cắt mạch và khâu mạch chuỗi polyme
trong dung dịch chiếu xạ.

Hình 2. Mw AlgNa cắt mạch theo nồng độ H
2
O
2

Hiệu ứng đặc trưng của chiếu xạ gamma đối với polysaccharide chủ yếu là cắt mạch [8,
9]. Mw của AlgNa sau chiếu xạ gamma giảm do tương tác cắt mạch liên kết glycozit (5, 6)
của AlgNa mà chủ yếu là gốc tự do (


O
2
 2

OH (2)
e
-
aq
+ H
2
O
2


OH + OH
-
(3)
H

+ H
2
O
2
 H
2
O +

OH (4)



2
O
2
từ 0,3% đến 0,5% và tăng dần
đối với nồng độ H
2
O
2
cao hơn 0,5%. Kết quả này chỉ ra rằng, nồng độ H
2
O
2
trong khoảng
0,3%-0,5% là nồng độ tối ưu để chế tạo AlgNa khối lượng phân tử thấp và oligoalginat hiệu quả
bởi hiệu ứng cắt mạch đồng vận ở liều xạ từ 5-30 kGy.
b. Đo phổ FT-IR
Phổ FT-IR của AlgNa ban đầu và AlgNa chiếu xạ có và không có H
2
O
2
chỉ ra trong hình
4 (a), (b), (c). Phổ của AlgNa chiếu xạ 10 kGy có và không có H
2
O
2
thể hiện đỉnh hấp thụ
0
50
100
150

-1
đối với nhóm hydroxyl và 1093 cm
-1
đối với dao động carbonyl. Điều
này chứng tỏ rằng cấu trúc chính của AlgNa chiếu xạ vẫn không đổi. Cường độ đỉnh hấp thụ
quang học đặc trưng của nhóm hydroxyl và carbonyl của alginat chiếu xạ trong điều kiện có
và không có H
2
O
2
là cao hơn so với alginat ban đầu. Mặc dù sự thay đổi khối lượng phân tử
AlgNa chịu ảnh hưởng bởi H
2
O
2
nhưng phổ FTIR của AlgNa chiếu xạ có và không có H
2
O
2

hầu như không thay đổi so với mẫu ban đầu.

Hình 4. Phổ FT-IR của AlgNa ban đầu (a), AlgNa được chiếu xạ từ dung dịch 4% không có
H
2
O
2
(b) và có 0,5% H
2
O

Wavenumber [cm
-1
]
T (%)
4000
3000
2000
1500
1000
500
(c)

(a)

(b)

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] D.W. Lee, W.S. Choi, M.W. Byun, H.J. Park, Y.M. Yu, C.M. Lee, “Effect of -irradiation on
degradation of alginate”, J. Agric. Food Chem., 51, 4819-23, 2003.
[2] N.Q. Hien, N. Nagasawa, L.X. Tham, F. Yoshii, V.H. Dang, H. Mitomo, K. Makuuchi, T. Kume,
“Growth-promotion of plants with depolymerized alginates by irradiation”. Radiat. Phys. Chem.,
59, 97-101, 2000.
[3] Yang J. S., Xie Y. J., He W., Research progress on chemical modification of alginate: A review.
Carbohydr. Polym. 2011, 84, 33-39.
[4] Wasikiewiecz J. M., Yoshii F., Nagasawa N., wach R. A., Mitomo H., Degradation of chitosan
and sodium alginate by gamma radiation, sono chemical and ultraviolet methods, Radiat. Phys.
Chem. 2005, 73, 287-295.


Abstract: The aqueous solution of AlgNa was irradiated with Co-60 gamma rays at doses
of 5-30 kGy (10 kGy/h) in the presence of H
2
O
2
. The result indicated that gamma
irradiation has strong effect on degradation of AlgNa at the suitable concentration of H
2
O
2
.
The molecule weight of degraded AlgNa was determined by gel permeation
chromatography (GPC) analysis and the structures of resultant AlgNa were characterized
by Fourier-Transform infrared spectra (FT-IR). The molecular weight of original AlgNa of
845.8 kDa was reduced to 49.5 kDa and 9.2 kDa by irradiation at doses of 5 and 30 kGy,
respectively, in the present of 0.5% H
2
O
2
. Intensity of hydroxyl at 3444 cm
-1
and carboxyl
group peaks at 1093 cm
-1
of irradiated AlgNa in both conditions with and without H
2
O
2