ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
ĐẶNG XUÂN DỰ
NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CHITOSAN
BẰNG HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN H
2
O
2
/BỨC XẠ
GAMMA COBAN – 60 ĐỂ CHẾ TẠO
OLIGOCHITOSAN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
HUẾ - NĂM 2015
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CHITOSAN
BẰNG HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN H
2
O
2
/BỨC XẠ
GAMMA COBAN – 60 ĐỂ CHẾ TẠO
OLIGOCHITOSAN
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: 62 44 01 19
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
HUẾ - NĂM 2015
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.

COS Oligochitosan
COSM5 Oligochitosan, M
w
~ 5 kDa
COSM10 Oligochitosan, M
w
~ 10 kDa
CTS Chitosan
CTS-91 Chitosan có độ đề axetyl~91%, M
w
~49 kDa
CTS-80 Chitosan có độ đề axetyl~80%, M
w
~50 kDa
CTS-72 Chitosan có độ đề axetyl~72%, M
w
~48,2 kDa
CTSM15 Chitosan M
w
~15 kDa
CTSM23 Chitosan M
w
~23kDa
CTSM30 Chitosan M
w
~30 kDa
CTSM45 Chitosan M
w
~45 kDa
CTSM60 Chitosan M

G
s
Kí hiệu hiệu suất cắt mạch bức xạ
1
H-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
k
91d
HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 trong dung dịch
k
80d
HSTĐPƯ cắt mạch CTS-80 trong dung dịch
k
72d
HSTĐPƯ cắt mạch CTS-72 trong dung dịch
k
91t
HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 ở dạng trương
k
80t
HSTĐPƯ cắt mạch CTS-80 ở dạng trương
k
72t
HSTĐPƯ cắt mạch CTS-72 ở dạng trương

[η]
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 M
v
, M
n
và M
w
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 γCo
60
và hiệu ứng đồng vận hydro peroxit và
tia γCo
60
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

2
O
2
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 γCo
60
và H
2
O
2
0,5%
71
Bảng 3.9. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-80 5% trong
trường hợp có và không có H
2
O
2
0,5%
72
Bảng 3.10. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch
CTS-80 5%, H
2
O
2
0,5% theo liều xạ

O
2
khác nhau
91
Bảng 3.17. HSCMBX G
s
theo liều xạ ở những nồng độ H
2
O
2
khác
nhau
93
Bảng 3.18. ĐĐA của CTS chiếu xạ ở 10 kGy với nồng độ H
2
O
2
khác
nhau
95
Bảng 3.19. KLPT và PI của CTS cắt mạch dạng trương trong H
2
O
2
5% ở liều xạ 10 kGy với suất liều khác nhau
98
Bảng 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ H
2
O
2

2
5% theo liều xạ
108
Bảng 3.25. Kết quả cắt mạch CTS-80 ở dạng trương trong nước và
trong dung dịch H
2
O
2
5%
111
Bảng 3.26. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-80 bằng tia γCo
60
và
H
2
O
2
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 H
2
O
2
5%
114
Bảng 3.28. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng trương
trong dung dịch H
2
O

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 H
2
O
2
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 M
w

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 H
2
O
2
, tia γCo
60
và H
2
O
2
/tia γCo
60
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

66
Hình 3.8. Phổ FT-IR của CTS-91 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng
chiếu xạ dung dịch CTS-91 5%, H
2
O
20,5% 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/M
w
–1/M
w0
) 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%, H
2
O

O
20,5% 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 H
2
O
2
theo liều xạ
92
Hình 3.23. Sự phụ thuộc (1/M
w
–1/M
w0

với H
2
O
2
nồng độ 0% (5ml H
2
O/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 H
2
O
2
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/M
w
–1/M
w0
) 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)

Hình 3.39. Phổ FT-IR của CTS-80 (a) và sản phẩm cắt mạch CTS-80
ở dạng trương trong H
2
O
2
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 119
ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H
2
O
2
5%
(thời gian, giờ = kGy/1,33)
Hình 3.42. Sự phụ thuộc (1/M
w
–1/M
w0
) 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 H

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

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 H
2
O
2
/tia γCo
60
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 H
2
O
2
TRONG
DUNG DỊCH 128
3.6. ỨNG DỤNG SẢN PHẨM CHITOSAN CẮT MẠCH 134
3.6.1. Hiệu ứng chống oxi hóa 134

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,
1
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.

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.
3
O
OH
OH
O
O
OH
NHCOCH
3
O
OH
NHCOCH

1.1.2. Cấu trúc chitin, chitosan, oligochitosan
Chitin là polysaccarit thiên nhiên không nhánh, giống cellulose, có cấu
trúc như mô tả trên hình 1.1.
Hình 1.1. Cấu tạo phân tử chitin
Cấu trúc hóa học của chitin rất giống của cellulose, chỉ khác là nhóm -OH
ở vị trí C
2
của mỗi đơn vị D-Glucose của cellulose được thay bằng nhóm
-NHCOCH
3
ở chitin. Một cách đơn giản, chúng ta có thể xem chitin là sản
phẩm trùng ngưng của nhiều phân tử N-acetyl-D-glucosamine [12].
4
CTS có cấu tạo gồm các đơn vị D-glucosamin và N-acetyl-D-glucosamin.
Đơn vị cấu tạo trong phân tử CTS là D-glucosamin, các mắt xích được liên
kết với nhau như trên hình 1.2.
Hình 1.2. Công thức cấu tạo của CTS
Hình 1.2 mô tả cấu trúc CTS trên lý thuyết. Thực tế, mạch phân tử CTS
vẫn tồn tại nhóm axetyl đan xen do sự đề axetyl hóa chưa hoàn toàn. Do vậy,
công thức cấu tạo chính xác của mạch CTS có thể biểu diễn như ở hình 1.3.
Hình 1.3. Công thức cấu tạo chính xác của CTS
COS có cấu trúc phân tử được mô tả như trên hình 1.4.
Hình 1.4. Công thức cấu tạo của COS
COS là sản phẩm của quá trình cắt mạch CTS nên về cấu trúc như CTS
nhưng có mạch phân tử ngắn hơn, khối lượng phân tử (KLPT) trung bình khối
nhỏ hơn 10 kDa.
5