Số 32 (57) - Tháng 9/2017

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN

Nghiên cứu chế tạo Oligochitosan bằng phương pháp
chiếu xạ Gamma Co-60 dung dịch Chitosan/H2O2 và
khảo sát hiệu ứng gia tăng số lượng hoa trên cây dâu tây
(Fragaria Vesca L.)
A study on preparation of Oligochitosan by Gamma irradiation onto Chitosan/H2O2
solution and examining effects of increase in the number of flowers on strawberry
(Fragaria Vesca L.)
TS. Đặng Xn Dự,
Trường Đại học Sài Gòn
Dang Xuan Du, Ph.D.,
Saigon University
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, chitosan đã được cắt mạch trong dung dịch chitosan/H2O2 bằng phương pháp
chiếu xạ gamma Co-60. Khối lượng phân tử (Mw) và độ đề axetyl (ĐĐA) của chitosan lần lượt được
xác định bằng phương pháp sắc ký gel thấm qua (GPC) và phương pháp phổ hồng ngoại (IR). Kết quả
cho thấy oligochitosan khối lượng phân tử Mw < 10 kDa đã được chế tạo một cách hiệu quả bằng
phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 dung dịch chitosan/H2O2 ở liều xạ thấp, khoảng 8 kGy.
Oligochitosan chế tạo được có hiệu ứng gia tăng số lượng hoa của cây dâu tây. Nồng độ phù hợp của
oligochitosan để phun lên cây dâu tây là khoảng 50 ppm.
Từ khóa: Oligochitosan, bức xạ Gamma, dâu tây.
Abstract
In this study, the degradation of chitosan in the presence of H2O2 solution by gamma irradiation was
investigated. The molecular weight and the degree of deacetylation of chitosan were determined by gel
permeation chromatography (GPC) and infrared spectra (IR), respectively. Results showed that
oligochitosan with molecular weight Mw < 10 kDa were preparared efficiently by gamma irradiation in
small doses, ~8 kGy. The obtained oligochitosan imposes effects of increase in the size of leaves of
fracaria vesca L. The appropriate concentration of oligochitosan used to spray onto fracaria vesca L.

miễn dịch trên động vật...
Các phương pháp cắt mạch chitosan để
chế tạo oligochitosan đã được phổ biến bao
gồm: phương pháp hóa học, phương pháp
enzym và phương pháp chiếu xạ. Ưu điểm
của phương pháp hóa học là dễ dàng tiến
hành với quy mô lớn do điều kiện phản
ứng đơn giản. Tuy nhiên, hạn chế của
phương pháp này là cho hiệu suất thấp và
có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường.
Phương pháp enzym cho hiệu suất cao
nhưng chi phí đắt. Trong khi đó, phương
pháp chiếu xạ có lợi thế là có thể tiến hành
dễ dàng với quy mô lớn nhưng để chế tạo
được oligochitosan đòi hỏi phải sử dụng
liều xạ cao [2]. Điều này dẫn đến khả năng
sản phẩm tạo thành dễ bị cắt mạch nhóm
amin và phá vỡ vòng glucopyranose [5],
làm giảm hoạt tính của oligochitosan.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi trình
bày kết quả chế tạo oligochitosan dựa trên
sự kết hợp đồng thời giữa bức xạ gamma
Co-60 và H2O2. Ưu điểm của phương pháp
là có thể tiến hành ở nhiệt độ phòng, giảm
thời gian và liều xạ, có thể chế tạo được
sản phẩm với quy mô lớn ở dạng lỏng hay
dạng rắn đáp ứng yêu cầu sử dụng. Ngoài
ra, tác nhân cắt mạch là H2O2 và bức xạ
gamma Co-60 là những tác nhân được cho
là khá thân thiện với môi trường. Sản phẩm

hành chiếu xạ trên nguồn SVST Co-60/B
tại trung tâm Nghiên cứu và Triển khai
Công nghệ Bức xạ VINAGAMMA, Viện
Năng lượng Nguyên tử Việt Nam với suất
liều 1,33 kGy/h, khoảng liều đến 15 kGy
[5]. Dung dịch sau khi chiếu xạ được trung
hòa bằng NH4OH 5%, thêm một lượng cồn
bằng 6 lần thể tích dung dịch mẫu, khuấy
đều, sau đó lọc kết tủa và rửa sạch bằng
cồn [1]. Mẫu sau khi rửa sạch, để khô tự
nhiên rồi sấy ở nhiệt độ 60°C trong 2 giờ.
2.2.2. Xác định khối lượng phân tử và
độ đề axetyl của chitosan
Khối lượng phân tử của các mẫu
chitosan được xác định bằng phương pháp
sắc kí gel (GPC), trên máy LC-20AB
50


ĐẶNG XUÂN DỰ

oligochitosan để làm đối chứng. Thời điểm
bắt đầu phun oligochitosan là sau khi cây
giống được trồng khoảng 1 tuần. Sau đó,
oligochitosan được phun bổ sung vào ngày
thứ 30 và 60 kể từ lần phun đầu tiên. Cây
được chăm sóc theo quy trình thông thường
được canh tác tại địa phương, xã An Phú,
thành phố Pleiku, Gia Lai. Số hoa dâu tây
được đếm vào các ngày thứ 120, 130 và

khác nhau từ 738 đến 380 000 Da [1]. Mẫu
chitosan được chuẩn bị bằng cách hòa tan
trong axit axetic 0,25M với nồng độ 0,3%
đến khi tan hoàn toàn, thêm muối
CH3COONa 0,25M sau đó lọc dung dịch
qua màng 0,45μm (Millipore filters). Mẫu
chitosan được tiêm vào cột sắc kí với thể
tích khoảng 50 μl. Dựa vào thời gian lưu và
so sánh với đường chuẩn xác định được
KLPT chitosan.
Độ đề axetyl của chitosan được xác
định bằng phương pháp hồng ngoại trên
máy FT – IR 8400S, Shimadzu, Nhật.
ĐĐA được tính dựa theo phương trình [3]:
ĐĐA,% = 100 – ([31,92 ×
(A1320/A1420)] -12,00). Trong đó, A1320 và
A1420 lần lượt là mật độ quang tương ứng
tại các đỉnh 1320 và 1420 cm-1.
2.2.3. Khảo sát hiệu ứng gia tăng số
lượng hoa của oligochitosan đối với dâu tây
Chuẩn bị 4 lô thí nghiệm được đánh số
từ 1 đến 4 mỗi lô gồm có 40 cây. Tiến hành
phun oligochitosan có KLPT khoảng 7,5
kDa với các nồng độ 50 ppm, 100 ppm, 150
ppm từ lô 2 đến lô 4. Lô 1 không phun

Hình 1. Sự thay đổi KLPT của chitosan theo liều xạ
51



giảm đáng kể năng lượng chiếu xạ, tăng
hiệu quả chế tạo oligochitosan.

Cơ chế cắt mạch khi có mặt đồng thời
H2O2 và tia γ đã được Ulanski và các cộng
sự đề nghị [12]. Theo đó, gốc tự do
hydroxyl (•OH) được hình thành nhờ quá
trình phân ly bức xạ nước và H2O2 đã đóng
vai trò như là tác nhân oxy hóa mạnh cắt
mạch chitosan:
γ ray
H2O 
 eaq- , H• , • OH, H 2O2 , H 2 , H3O+

(1)

γ ray
H2O2 
 2 • OH

(2)

Hơn nữa, sản phẩm của quá trình phân ly
bức xạ là e-aq và H• có thể phản ứng với
H2O2 để gia tăng gốc hydroxyl •OH [9]:
eaq- + H 2O2  • OH + OH (3)
H • + H 2O 2 

•



11,0

15

Thời gian, giờ

0

2

5

8

11

KLPT, kDa

50

20,5

12,5

7,5

5,5

Độ giảm KLPT, %

ĐẶNG XUÂN DỰ

Hình 2. Phổ FT - IR của chitosan ban đầu (a) và chitosan được chiếu xạ ở liều 6,7
kGy (b); 11 kGy (c); 15 kGy (d)
[10]. Các đỉnh ở 1320 và 1420 cm-1 tương
ứng đặc trưng cho dao động kéo giãn của
liên kết C–N trong nhóm CH3CONH–
(amide III) và dao động biến dạng của liên
kết C–H, đây là hai đỉnh đặc trưng được sử
dụng để tính toán sự thay đổi ĐĐA của
chitosan [3]. Kết quả xác định cho thấy
oligochitosan KLPT khoảng 5,5 kDa, thu
được tại liều xạ 15 kGy, có ĐĐA giảm
khoảng 8% so với chitosan ban đầu (bảng
1). Kết quả này khá phù hợp với nghiên
cứu của Duy và cộng sự khi cắt mạch
chitosan trong dung dịch chứa 3% chitosan
bằng tia γ và H2O2 với độ giảm ĐĐA
khoảng 10% [5]. Như vậy, sử dụng H2O2 ở
nồng độ thấp khoảng 1% kết hợp đồng thời
với tia γ cho phép chế tạo hiệu quả
oligochitosan ở liều xạ khá thấp khoảng 8
kGy. Oligochitosan thu được có cấu trúc
hầu như không thay đổi so với chitosan
ban đầu.

Phổ FT- IR của mẫu chitosan ban đầu
và các mẫu chitosan sau khi chiếu xạ ở các
liều khác nhau được thể hiện trên hình 2.
Kết quả cho thấy cấu trúc chính của

của oligochitosan đến khả năng cho hoa
của cây dâu tây theo ngày tuổi được thể
hiện trên hình 4. Kết quả cho thấy số lượng
hoa thu được sau 120, 130 và 140 ngày
trên các lô 2 và 3 có phun oligochitosan
tương đối lớn hơn so với lô đối chứng 1.

Hình 3 cho thấy sự khác nhau về số
lượng cuống hoa và quả của dâu tây sau
140 ngày tuổi. Ở lô đối chứng (hình 3a) số
lượng cuống hoa thu được tương đối ít hơn
so với lô có phun oligochitosan ở nồng độ
50 ppm (hình 3b). Trong quá trình theo
dõi, chúng tôi nhận thấy dâu tây bắt đầu ra
hoa ở 120 ngày tuổi trên các lô 1, 2, 3,
riêng lô 4 thì vẫn chưa quan sát thấy hoa
sau thời gian trên. Nguyên nhân của vấn đề
này vẫn chưa rõ cần được nghiên cứu

Hình 4. Ảnh hưởng của oligochitosan đến khả năng cho hoa của dâu tây

54


ĐẶNG XUÂN DỰ

Bảng 2. Số lượng hoa trung bình của cây dâu tây sau 140 ngày tuổi ở các lô khác nhau
Nhóm
(8
cây/nhóm)

(100
ppm)
43,7
43,6
43,7
43,5
43,5
43,6
± 0,1

ở liều xạ khá thấp, khoảng 8 kGy. Cấu trúc
chính của oligochitosan thu được hầu như
không khác biệt so với chitosan ban đầu.
ĐĐA của oligochitosan KLPT 5,5 kDa
giảm khoảng 8%. Oligochitosan KLPT
khoảng 7,5 kDa có hiệu ứng gia tăng số
lượng hoa đối với dâu tây. Nồng độ phù
hợp của oligochitosan để phun lên cây dâu
tây là khoảng 50 ppm.

Kết quả phân tích ANOVA một chiều
và kiểm định LSD bằng chương trình SPSS
16.0 đối với 5 nhóm lặp lại trên các lô thí
nghiệm ở 140 ngày tuổi (Bảng 2) cho thấy
nồng độ 50 và 100 ppm của oligochitosan
phun lên dâu tây đều cho hiệu quả gia tăng
số lượng hoa cao hơn so với lô đối chứng
(p = 0,00). Ngoài ra, số lượng hoa trên các lô
2 và 3 tương ứng với nồng độ của
oligochitosan được phun là 50 và 100 ppm

3. J. Brugnerotto, J. Lizardi, F. M. Goycoolea,
W. Arguelles – Monal, J. Desbrieres, M.
Rinaudo. “An infrared investigation in
relation
with
chitin
and
chitosan
characterization”, Polymer, 42, 3569-3580
(2001).
4. G. V. Buxton, C. L. Greenstock, W. P.
Helman, A. B. Ross. “Critical review of rate
constants for hydrated electron, hydrogen
atoms and hydroxyl radical (OH/O-) in
aqueous”, Journal of Physical and Chemical
Reference Data, 17(2), 513-886 (1988).

55


NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ GAMMA CO-60…
9. S. K. Kim, N. Rajapakse. “Enzymatic
production and biological activities of
chitosan oligosaccharides (COS): A review”,
Carbohydrate Polymers, 62, 357-368 (2005).

5. N. N. Duy, D. V. Phu, N. T. Anh, N. Q. Hien.
“Synergistic
degradation
to

2, 2022-2028 (2000).

7. Y. J Jeon, S. K. Kim. “Effect of antimicrobial
activity by chitosan oligosaccharides Nconjugated with asparagines”, Journal of
Microbiology and Biotechnology, 11, 281-286
(2001).
8. Y. J. Jeon, P. J. Park, S. K. Kim.
“Antimicrobial effect of chitooligosaccharides
produced by bioreactor”, Carbohydrate
Polymers, 44, 71-76 (2001).

Ngày nhận bài: 28/7/2017

Biên tập xong: 15/9/2017

56

Duyệt đăng: 20/9/2017