Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm để trích ly hoạt chất Fucoidan trong rong Mơ.

Ảnh hưởng của nồng độ cồn đến hiệu quả kết tủa hoạt chất Fucoidan trong rong Mơ .... Việc liên tục xảy ra các làng ung thư ở Việt Nam, đại dịch HIV bùng nổ, cùng với bệnh đốm trắng của t

TRẦN VĂN THANH

Tên đề tài:

“NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỂ TRÍCH LY

HOẠT CHẤT FUCOIDAN TRONG RONG MƠ”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính Quy Chuyên ngành : Công Nghệ Thực Phẩm

Khoá học : 2010 – 2014 Giáo viên hướng dẫn : 1 ThS Nguyễn Đức Tiến

2.ThS Trần Thị Lý

Thái Nguyên, 2014

Công nghệ sau thu hoạch dưới sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Đức Tiến – Viện

Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch và ThS Trần Thị Lý – Bộ môn

Công nghệ thực phẩm – Khoa Công nghệ sinh học- Công nghệ thực phẩm – Trường Đại học Nông Nông lâm Thái Nguyên

Để hoàn thành được luận văn này, ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ và hướng dẫn của các thầy giáo, cô giáo, gia đình và bè

bạn xung quanh

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Nguyễn Đức Tiến –

Trưởng Bộ môn Nghiên cứu phụ phẩm và Môi trường nông nghiệp – Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn ThS Trần Thị Lý – Khoa Công nghệ sinh học -

Công nghệ thực phẩm – Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã hướng dẫn,

động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Đồng thời, tôi xin được cảm ơn các anh, chị ở Bộ môn Nghiên cứu phụ phẩm

và Môi trường nông nghiệp – Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này

Cuối cùng tôi xin gửi tới gia đình và bạn bè đã là nguồn động viên, giúp đỡ tôi

trong quá trình học tập và nghiên cứu những lời cảm ơn chân thành nhất

Thái nguyên, ngày 6 tháng 6 năm 2014

Sinh viên

Trần Văn Thanh

PHẦN 1.MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích – Yêu cầu 3

1.2.1 Mục đích 3

1.2.2 Yêu cầu 3

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Giới thiệu về rong Mơ 4

2.1.1 Nguồn gốc phân bố 4

2.1.2 Đặc điểm thực vật học 4

2.1.3 Phân loại 6

2.1.4 Thành phần hóa học và giá trị của rong Mơ 6

2.1.5 Tình hình khai thác, tiêu thụ rong Mơ 9

2.2 Giới thiệu về Fucoidan 11

2.2.1 Định nghĩa Fucoidan 11

2.2.2 Cấu trúc Fucoidan 11

2.2.3 Ứng dụng của Fucoidan 14

2.3 Trích ly hoạt chất Fucoidan trong rong Mơ 17

2.3.1 Cơ sở của phương pháp trích ly 17

2.3.2 Ứng dụng sóng siêu âm trong trích ly hoạt chất sinh học Fucoidan 17

2.3.3 Các phương pháp trích ly hoạt chất Fucoidan trong rong Mơ 20

2.4 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ Fucoidan trên thế giới và ở Việt Nam 25

2.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam 25

2.4.2 Một số nghiên cứu và sản phẩm 26

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 27

3.1.2 Vật liệu nghiên cứu 27

3.1.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 27

3.2 Nội dung nghiên cứu 27

3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước rong Mơ

nguyên liệu đến hiệu quả trích ly Fucoidan 27

3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan 27

3.2.3 Nghiên cứu xác định các thông số ảnh hưởng đến quá trình trích ly Fucoidan 28

3.2.4 Nghiên cứu được quá trình thu nhận Fucoidan trong rong Mơ 28

3.2.5 Xây dựng quy trình trích ly Fucoidan từ rong Mơ 28

3.3 Phương pháp nghiên cứu 28

3.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 28

3.3.2 Phương pháp xác định chỉ tiêu hóa lý 34

PHẦN 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

4.1 Xác định ảnh hưởng của kích thước rong Mơ nguyên liệu

đến hiệu quả trích ly Fucoidan 36

4.2 Xác định ảnh hưởng loại dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan 37

4.3 Xác định ảnh hưởng của hỗn hợp dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan 38

4.4 Xác định ảnh hưởng của các thông số đến hiệu quả trích ly Fucoidan 39

4.4.1 Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hiệu quả trích ly Fucoidan 39

4.4.2 Xác định ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu quả trích ly Fucoidan 41

4.5 Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thu nhận Fucoidan từ dịch trích ly 42

4.5.1 Xác định ảnh hưởng của nồng độ cồn đến đến hiệu quả kết tủa

hoạt chất Fucoidan 42

hiệu quả trích ly Fucoidan 44

4.7 Xây dựng quy trình trích ly Fucoidan 46

PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48

5.1 Kết luận 48

5.2 Kiến nghị 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

PHỤ LỤC 1

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của một số loài rong Mơ tại Việt Nam [1] 7 Bảng 2.2 Hàm lượng các nguyên tố khoáng trong một số

loài rong Mơ vùng Hòn Chồng – Nha Trang[3] 7 Bảng 2.3 Diện tích, năng suất và mùa vụ rong Mơ

theo vùng biển một số tỉnh của Việt Nam [2] 10

Bảng 4.1 Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu tới hiệu quả trích ly Fucoidan 36

Bảng 4.2 Ảnh hưởng của loại dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan 37

Bảng 4.3 ảnh hưởng của hỗn hợp dung môi đến hiệu quả

trích ly Fucoidan trong rong Mơ 38

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hiệu quả trích ly Fucoidan 40 Bảng 4.5 Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu quả trích ly Fucoidan 41

Bảng 4.6 Ảnh hưởng của nồng độ cồn đến hiệu quả kết tủa

hoạt chất Fucoidan trong rong Mơ 42 Bảng 4.7 Ảnh hưởng của cồn/dịch đến hiệu quả kết tủa hoạt chất Fucoidan 43 Bảng 4.8 Ảnh hưởng của thời gian xử lý sóng siêu âm

đến hiệu quả trích ly Fucoidan 45

Hình 2.2 Cấu trúc Fucoidan từ Fucus evanescens 12

Hình 2.3 Cấu trúc Fucoidan từ Ascophyllum nodosum 13

Hình 2.4 Cấu trúc của Fucoidan: liên kết (1→3) 13

Hình 2.5 Quá trình hình thành, phát triển và nổ vỡ của bọt khí trong môi trường lỏng (Mason, 1998) 19

Hình 2.6 Sơ đồ chiết Fucoidan bằng muối 20

Hình 2.7 Sơ đồ chiết Fucoidan bằng nước 21

Hình 2.8 Sơ đồ chiết Fucoidan bằng acid 22

Hình 2.9 Sơ đồ chiết Fucoidan bằng kiềm 23

Hình 2.10 Chế phẩm và một số sản phẩm chứa Fucoidan 26

Hình 3.1 Trích ly Fucoidan từ rong Mơ 28

Hình 4.1 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hiệu quả trích ly Fucoidan 36

Hình 4.2 Đồ thị ảnh hưởng loại dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan từ rong Mơ 39

Hình 4.3 Đồ thị ảnh hưởng của hỗn hợp dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan trong rong Mơ 39

Hình 4.4 Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả trích ly Fucoidan 40

Hình 4.5 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả trích ly Fucoidan 41

Hình 4.6 Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ cồn đến hiệu quả kết tủa 43

Hình 4.7 Đồ thị ảnh hưởng của cồn/dịch đến hiệu quả kết tủa hoạt chất Fucoidan 44

Hình 4.8 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian xử lý sóng siêu âm đến hiệu quả trích ly 45

Hình 4.9 Sơ đồ quy trình trích ly Fucoidan từ rong Mơ Sargassum polycystum 46

PHẦN 1

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, có bờ biển dài hơn 3.200km, là

điều kiện thuận lợi cho nghề nuôi trồng và thu hái rong phát triển Rong biển là loại

thực vật có chứa nhiều chất có lợi cho sức khỏe con người như iod, photphas… Trong số các loài rong biển Việt Nam thì loài rong Mơ có ý nghĩa quan trọng hơn

cả nếu xét theo khía cạnh giàu các chất có hoạt tính chống oxi hóa Người ta đã phát hiện ra trong rong biển có chứa một hợp chất hữu cơ quan trọng mang tên Fucoidan

Fucoidan có hoạt tính chống đông cục máu, kháng khuẩn, kháng virus (kể cả HIV), chống nghẽn tĩnh mạch, chống ung thư, chống viêm khớp, chống viêm nhiễm, giảm mỡ máu, hạ cholesterol, ức chế miễn dịch có thể sử dụng cho ghép phủ tạng…

Fucoidan không gây độc cho người, đã được FDA cho phép sử dụng làm thực phẩm chức năng vào năm 2001 Fucoidan trong rong Mơ chiếm hàm lượng rất lớn khoảng 4-8% trọng lượng khô Do vậy trong những năm gần đây Fucoidan

được các nhà khoa học trên thế giới liên tục đầu tư nghiên cứu trên mọi lĩnh vực

và đã phát hiện thấy Fucoidan có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong phòng và chữa trị các chứng bệnh nan y cũng như sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm

Việt Nam có nguồn tài nguyên rong Mơ rất phong phú, riêng chi Sargassum

đã phát hiện được trên 70 loài với sản lượng khai thác ước tính đạt trên 10.000 tấn

khô/năm, tương đương với 400 đến 800 tấn Fucoidan thô Việt Nam là một trong ba nước có nguồn rong Mơ phân bố đa dạng và hoạt tính mạnh nhất thế giới Đây là nguồn tài nguyên dồi dào cho các nghiên cứu về Fucoidan phục vụ nhu cầu của con người Việc liên tục xảy ra các làng ung thư ở Việt Nam, đại dịch HIV bùng nổ, cùng với bệnh đốm trắng của tôm làm thiệt hại nặng nề nền kinh tế thuỷ sản nước ta

có thể giải quyết bằng cách sử dụng Fucoidan được chiết tách từ rong Mơ

Có nhiều phương pháp chiết xuất Fucoidan từ các phương pháp truyền thống

đến các phương pháp hiện đại Ngày nay siêu âm là một lĩnh vực nghiên cứu đang

phát triển nhanh chóng, đặc biệt trong ngành công nghệ thực phẩm để phân tích, trích ly các sản phẩm thực phẩm Sử dụng sóng siêu âm trong trích ly Fucoidan là một kỹ thuật hiện đại góp phần tăng hiệu quả trích ly hoạt chất Fucoidan trong

nguyên liệu Ứng dụng siêu âm trong thực phẩm là một công nghệ mới, trên thế giới nhiều công trình nghiên cứu đã áp dụng và cho kết quả cao Hiện nay các công trình

nghiên cứu về việc chiết xuất Fucoidan từ các loại rong và đặc biệt từ rong Mơ còn

rất mới mẻ

Trước những yêu cầu của thực tiễn, từ nhu cầu hoàn chỉnh thêm những nghiên cứu về Fucoidan nhằm khai thác nguồn tài nguyên rong Mơ dồi dào của Việt Nam để tạo ra những chế phẩm phục vụ chăm sóc sức khỏe cộng đồng tôi tiến hành

nghiên cứu “Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm để trích ly hoạt chất Fucoidan

trong rong Mơ”

- Xác định được ảnh hưởng của loại dung môi, nồng độ dung môi, tỷ lệ dung

môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan từ rong Mơ

- Xác định được ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian trích ly đến hiệu quả trích

ly Fucoidan trong rong Mơ

- Xác định được ảnh hưởng của thời gian xử lý sóng siêu âm đến hiệu quảtrích ly Fucoidan trong rong Mơ

- Xác định được quá trình thu nhận Fucoidan trong rong Mơ

- Xây dựng được quy trình trích ly Fucoidan trong rong Mơ

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu về rong Mơ

2.1.1 Nguồn gốc phân bố

Rong mơ Mơ có tên khoa học là Sargassum, được đặt tên bởi các thủy thủ

Bồ Đào Nha đã tìm thấy nó trong biển Sargasso [29] Rong Mơ phân bố chủ yếu ở Trung Quốc, Nhật Bản, Philippin, Úc,… Ở Việt Nam loại thực vật này phân bố rộng, kéo dài từ vùng biển Quảng Ninh đến Kiên Giang và các hải đảo, tập trung nhiều nhất ở vùng bờ biển của thành phố Đà Nẵng và các tỉnh Quảng Nam, Bình

Định, Khánh Hòa, Ninh Thuận Năng suất ở các vùng tập trung đó có khi lên đến

7kg/m2 mặt nước, bình quân trên dưới 5,5 kg/m2, tạo nên nguồn nguyên liệu bền vững cho việc khai thác chế biến và cũng điểm chỉ những môi trường nuôi trồng thuận lợi [28]

Ở nước ta, số loài rong Mơ ở vùng biển phía Bắc nhiều hơn, bao gồm các

loài quen thuộc như rong Mơ sừng dài Sargassum sliquarum, rong Mơ mảnh S

grucillium, rong mơ tro S glaucescens, rong Mơ thỏi gai S cinereum, rong Mơ chổi

S virgatum và rong Mơ lá dài S augustifolium Nhưng trữ lượng rong Mơ lại lớn

hơn nhiều lần ở khu vực các vùng bờ miền Trung, miền Nam và vùng hải đảo Đặc biệt chúng phát triển rất mạnh với mật độ cá thể cao ở Hòn Chồng và Bãi Tiên thuộc tỉnh Khánh Hòa, và ở Sơn Hải, Cà Ná, Mỹ Tân thuộc tỉnh Ninh Thuận Các

loài thường gặp và có sản lượng cao như S mcclurei, S polycystum, S

henslowianum, S carpophyllum, S aemulum, S crassifolium, S binderi,…[1,28]

2.1.2 Đặc điểm thực vật học

a Đặc điểm chung

Rong Mơ dài hay ngắn tùy loài và tùy điều kiện môi trường, rong Mơ dài từ vài chục cm cho đến vài ba mét hay hơn Chúng bám vào vật bám nhờ đĩa bám hay

hệ thống rễ bò phân nhánh Đĩa bám thường chắc hơn rễ và sóng biển thường đánh

đứt rong hơn là nhổ được đĩa bám Thân rong gồm một trục chính rất ngắn, đa số

thường dài trên dưới 1 cm, hình trụ, sần sùi Đỉnh của trục chính sẽ phân ra từ 2 cho

đến 4 – 5 nhánh chính Hai bên nhánh chính mọc ra nhiều nhánh bên Các nhánh

chính và nhánh bên sẽ tạo ra chiều dài của rong Chiều dài này khác nhau tùy các

chi, loài và trong cùng một loài kích thước này cũng thay đổi tùy điều kiện sống, tùy nơi phân bố Trên các nhánh có các cơ quan dinh dưỡng gần giống như lá và các túi chứa đầy không khí gọi là phao Khi rong trưởng thành, trên các nhánh bên sẽ mọc ra các nhánh thụ, ngắn (thường từ tháng 3 đến tháng 6), có mang nhiều cơ quan sinh sản đực và cái gọi là đế

Nhờ có hệ thống phao luôn giữ vị trí thẳng đứng trong môi trường biển Nếu nước cạn và rong khá dài thì phần trên của rong nằm trên mặt nước [1]

Sinh sản hữu tính là cách sinh sản chủ yếu của tất cả các loài rong Mơ để tạo thành các bãi rong Đa số các loài có đế đực và cái trên hai cây khác nhau (cây khác gốc), một số khác có đế đực và cái cùng cây (cùng gốc) Khi rong Mơ đạt kích thước và chiều dài tối đa chúng sẽ mọc ra các nhánh ngắn gọi là nhánh thụ, trên đó chủ yếu mọc ra các cơ quan sinh sản Giao tử đực còn gọi là tinh trùng sẽ được phóng thích khỏi giao tử phòng đực, bơi lội được Giao tử cái gọi là trứng hay noãn cầu sẽ được phóng thích khỏi giao tử phòng cái Sự thụ tinh chỉ xảy ra với các giao

tử đã được phóng thích Noãn cầu sau khi thoát ra thường có một lớp nhầy dính chung quanh đế cái Quan sát các noãn cầu này dưới kính hiển vi chúng ta thấy hầu hết chúng đã thụ tinh và bắt đầu phân cắt Sinh sản sinh dưỡng của rong Mơ ở Việt Nam chỉ xảy ra ở một số loài tùy điều kiện môi trường và ít quan trọng đối với nguồn lợi [1]

b Đặc điểm riêng của loài rong sargassum polycystum

Rong sargassum polycystum mọc thành bụi to có khi dài 2 m Đĩa bám hình

nón to cỡ 1cm, có các rễ bò phân nhánh, phát triển nhiều Trục chính hình trụ dài 0,5 –1 cm, mang theo 3 –5 nhánh chính hình trụ to 1 –2 mm có nhiều gai nhỏ, đơn hay kép, đầu thường phù ra, các nhánh bên mọc dày Lá hình bầu dục dài 2 –4 cm, nhánh và lá rất dày Phao nhiều, hình cầu to 2 mm, phao luôn luôn có cánh nhỏ, cánh này nhiều khi chỉ là một mũi nhỏ ở đầu hay nhiều gai nhỏ Rong khô có màu nâu Đây là loài rong gặp phổ biến khắp nơi, thích nghi rộng ngoại trừ những nơi có sóng mạnh, chúng có khả năng mọc gần cửa sông Chúng bao phủ các vùng san hô chết từ phía trên mực thủy triều cho đến nhiều mét sâu hơn Các cá thể ở vùng trên thường bị bày khô nhiều giờ khi triều xuống Rong trưởng thành phóng thích giao tử vào tháng 4 Vào lúc phần lớn các loài rong biển hay rong Mơ khác tàn lụi (tháng 9, 10), ta vẫn gặp các quần thể S polycystum Nhờ hệ thống rễ bò phát triển, chúng có thể sinh sản sinh dưỡng Các rễ này như những nhánh có mang các lá nhỏ, ở các nách lá này sẽ nãy chồi cho ra cây mầm và đĩa bám, bám vào vật bám cho ra cây mới

2.1.3 Phân loại

Hệ thống phân loại Sargassum trên thế giới rất phức tạp, năm 1753 ba loài thuộc chi Fucus: F.natans, F acinarius và F lendigerusdo Linnaeus mô tả lần đầu tiên nay được thay thế bằng chi Sargassum Giữa những năm 1808 đến 1819, 36 loài rong thuộc chi

Fucus được mô tả ngày nay cũng được chuyển sang chi Sargassum, năm 1820 J.Agardh

giới thiệu chi Sargassum với số loài lúc này là 62 loài Sau thời gian đó rất nhiều tác giả khác tiếp tục giới thiệu về Sargassum như: Yendo (1907), Reinbold (1913), Grunow (1915, 1916) và Setchell (1931) Số loài Sargassum lên đến 230 Năm 1954 Womersley công bố hệ thống phân loại Sargassum của mình ở Úc, cùng với các tác giả đương thời ở

nhiều vùng khác nhau trên thế giới như Phạm Hoàng Hộ của Việt Nam, Chou, Chiang của

Taiwan và Ang, Trono của Philippin, đến nay tổng số loài của chi Sargassum đã lên đến hơn 500 Sargassum tại Việt Nam hiện nay có khoảng 70 loài (thực vật chí Việt Nam), với

sản lượng khai thác ước tính đạt trên 10.000 tấn khô/năm, tương đương với 400 đến 100 tấn Fucoidan thô [1]

Số lượng loài Sargassum phân bố trên các nước luôn thay đổi theo các nghiên cứu gần đây nên khó có thể kết luận hiện nay Sargassum phân bố nhiều nhất ở nước nào

Riêng tính đến 1998 thì nhiều nhất là ở Ấn Độ, Philippin và Việt Nam [1]

2.1.4 Thành phần hóa học và giá trị của rong Mơ

2.1.4.1 Thành phần hóa học

Vách tế bào rong Mơ có chứa Alginic acid, là một loại polysaccharide có giá trị được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như dệt, giấy,… Hàm lượng

Alginic acid trung bình từ 20 – 30% trọng lượng khô Một loại đường khác có giá trị trong rong Mơ là mannitol với hàm lượng từ 7 – 10% trọng lượng khô Hàm lượng protein có từ 5 – 15% Tổng lượng khoáng có từ 20 – 40% trong đó có đầy đủ các nguyên tố khoáng cần thiết cho cơ thể sinh vật, đặc biệt là iod với hàm lượng từ 0,08 – 0,34% làm cho rong Mơ là nguồn dược liệu để chữa bệnh bướu cổ Ngoài ra rong Mơ còn chứa các phospho lipid dùng trong y dược và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác… [1]

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của một số loài rong Mơ tại Việt Nam [1]

Thành phần Hàm lượng (% trọng lượng khô)

Zn, Ga, Be, Na, K,… [1]

Bảng 2.2 Hàm lượng các nguyên tố khoáng trong một số

loài rong Mơ vùng Hòn Chồng – Nha Trang[3]

Kết quả bảng 2.2 cho thấy nguyên tố Mg có hàm lượng khá cao và biến động khá lớn theo loài từ 2,92 đến 9,45 × 10-3 g/g Sắt có hàm lượng cỡ 10-4 g/g, còn lại

Cr, Mn, Co, Ag có hàm lượng cỡ 10-6 g/g Ngoài các nguyên tố có hàm lượng cao trong rong mơ như Na, K, Ca, rong mơ có nét đặc sắc ở chỗ nó tập trung khá lớn nguyên tố Sr, cỡ 10-3 g/g [1]

2.1.4.2 Giá trị của rong mơ

a Vai trò của rong mơ đối với tự nhiên

Rong Mơ chiếm tỷ lệ thành phần loài và trữ lượng lớn nhất so với các loài khác của ngành rong nâu Chúng góp phần quan trọng vào việc bảo tồn nguồn lợi đa dạng sinh học vùng biển ven bờ, là mắt xích trong chuỗi thức ăn của khu hệ, là nơi

cư trú, bãi đẻ của nhiều loài sinh vật như các loài thân mềm (ốc cối, ốc nhảy, …),

các loài giáp xác (cua, tôm) hay các loài cá (cá ngựa, cá sơn,…) Rong mơ được coi như một bức tường chắn sóng cho đất liền Sự phân bố của rong mơ thường tập

trung ở những nơi có độ sóng đập mạnh Với mật độ dày đặc và kích thước cơ thể lớn, chúng có khả năng làm giảm độ mạnh của sóng, giảm lực cơ học tác động và

gia tăng tuổi thọ cho các công trình

Rong Mơ có khả năng làm sạch các chất thải phóng xạ trong môi trường nước Như đã trình bày ở trên, hàm lượng Strongti (Sr) trong tro rong Mơ khoảng

10-3g/g và không có sự dao động lớn giữa các loài Hàm lượng Sr trong nước biển cỡ

13 × 10-6, như vậy rong Mơ tích tụ Sr trong cơ thể chúng lớn hơn 100 lần Khả năng tích tụ Sr có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với môi trường vì Srlà thành phần của chất thải phóng xạ Chẳng hạn vụ nổ nhà máy nguyên tử Checnobyl (Liên Xô cũ) đã thải ra biển Đen rất nhiều chất phóng xạ, trong đó có Sr Các quần xã rong Mơ có thể góp phần làm sạch chất thải phóng xạ này trong nước biển Người ta cũng đã phát hiện chất natri alginate chiết từ rong mơ có thể chữa được bệnh nhiễm phóng

xạ vì chất này uống vào sẽ hấp thu Sr phóng xạ rồi thải ra ngoài trước khi chất phóng xạ này xâm nhập vào máu, tủy xương [1]

b Vai trò của rong Mơ đối với con người

Rong Mơ được sử dụng đầu tiên ở Nhật Bản và Trung Quốc trong vai trò là nguồn thực phẩm quan trọng Ở Việt Nam, rong Mơ ít được sử dụng làm thực

phẩm, đa phần trong số chúng được dùng làm thức ăn cho gia súc và được coi là nguồn cung cấp khoáng quan trọng (P, S, K, Cu, Fe, Mn, Co, Mo,…), hay sử dụng làm phân bón cho các loại thuốc lá, khoai lang, hành tỏi, rau xanh, các loại hoa, …

Hàm lượng iod trong rong Mơ (0,25 – 0,35% khối lượng khô) cao hơn hàm lượng iod của các cây trên lục địa vài trăm lần Rong Mơ được sử dụng như một loại dược thảo chữa bệnh bướu cổ, nó không chỉ cung cấp iod và các nguyên tố vi lượng cho con người mà còn cung cấp một số vitamin như: A, B, C, D, E, K và hầu hết các acid amin không thay thế

Thành phần hóa học có trong vách tế bào của rong Mơ có ý nghĩa rất lớn

Alginic acid là một loại polysaccharide rất có giá trị sử dụng Đây là loại nguyên liệu quan trọng dùng để chiết xuất keo Alginate, dùng trong nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp giấy, sơn, cao su, phim ảnh, mỹ phẩm, công nghiệp thực phẩm, hoặc thay thế carbon metyl cellulose (CMC) làm phụ gia cho xi măng dùng cho giếng khoan dầu ở biển, có tác dụng làm tăng thời gian quánh của xi măng, giải quyết sự cố xi măng đông kết sớm gây khó khăn cho quá trình xây dựng các công trình, có độ bền uốn cao hơn đảm bảo độ bền cho công trình Keo Alginate còn

được ứng dụng sản xuất một số dụng cụ trong ngành y (băng gạc, chân tay giả,…)

Mannitol là một loại polyol, đồng phân của sorbitol Loại đường rượu này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm Nó có tác dụng ngăn ngừa hoặc điều trị nước trong cơ thể dư thừa Mannitol là giải pháp hiệu quả làm giảm áp suất trong mắt, giảm sưng não sau chấn thương đầu, điều trị bệnh giãn mạch vành, trị ung thư, rất có lợi cho người bị bệnh tiểu đường, …

Bùi Minh Lý và cộng sự (2008) đã nghiên cứu công nghệ và thiết bị sản xuất Fucoidan quy mô pilot từ một số loài rong Mơ và nhận thấy hàm lượng Fucoidan trong rong Mơ rất cao (4 – 8% khối lượng khô) Đây là một loại tài nguyên vô cùng quý giá về hợp chất thiên nhiên với hoạt tính sinh học cao có tác dụng dược dụng

đáng được để ý nhất của rong Mơ Qua kết quả nghiên cứu của các tác giả đã xác định thành phần và cấu trúc của Fucoidan trong rong Mơ có liên quan đến hoạt tính

kháng ung thư và kháng virus, ngăn chặn máu khó đông [6]

2.1.5 Tình hình khai thác, tiêu thụ rong Mơ

Ở Việt Nam đã tìm thấy hơn 50 loài rong Mơ, trong đó trữ lượng lớn nhất có

các loài S Carpophyllum, S crassifolium, S cristaefolium (S duplicatum), S

glaucescens, S graminifolium, S henslowianum, S mcclurei, S oligocystum, S

polycystum, S vachellianum Rong Mơ phát triển trên vùng bãi triều nền cứng Các

nguồn dự trữ lớn nhất của Sargassum tập trung ở phía Bắc ở vịnh Bắc Bộ, ở miền

Trung và ven bờ biển phía nam Việt Nam ở vịnh Thái Lan Mùa sinh trưởng đối với

hầu hết các loài Sargassum kéo dài từ tháng 11 đến tháng 6 [5]

Thời gian thu Sargassum tốt nhất là khoảng thời gian từ tháng 5 đến tháng 6 Những loài rong Mơ sống sâu phát triển quanh năm Sản lượng của Sargassum Việt

Nam vào cuối thế kỷ trước trên 15000 tấn khô/năm, người ta chỉ sử dụng một phần

từ 300 – 500 tấn tươi/năm Hiện nay, do tăng mạnh nhu cầu đối với rong Mơ (xuất khẩu sang Trung Quốc) và sự tăng giá bán lên hơn 25 lần, toàn bộ sinh khối rong

Mơ, trong đó hoặc bị cắt sát đáy hoặc bị cắt tất cả không chừa một chút gì trong suốt thời kỳ sinh trưởng Sự sử dụng bất hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên này đã dẫn đến sự giảm mạnh sản lượng rong Mơ xuống nhiều lần, và sau 2 – 3 năm rong

Mơ Việt Nam có thể hoàn toàn bị hủy diệt (trừ khi các biện pháp khẩn cấp cấm khai thác rong Mơ bừa bãi được ban hành) Sự triệt tiêu các bãi rong Mơ sẽ dẫn đến thảm họa cho toàn bộ vùng ven bờ biển của Việt Nam: việc phá hủy các rạn san hô, phá hủy các hệ sinh thái, làm giảm hoặc biến mất các loài cá ven bờ ăn sinh vật đáy, cũng như những động vật hữu ích như nhím biển, một số chân bụng và động vật giáp xác [5]

Bảng 2.3 Diện tích, năng suất và mùa vụ rong Mơ theo vùng biển một số tỉnh của Việt Nam [2]

Tỉnh Diện tích (m 2 ) Năng suất sinh

lượng (kg/m 2 )

Mùa vụ (tháng)

Vùng biển Khánh Hòa có diện tích rong Mơ cao nhất, tổng diện tích lên đến

2000000 m2, sinh lượng khá cao, có thể lên tới 5,5 kg/m2, trữ lượng có thể khai thác hàng năm ước tính hơn 11000 tấn rong tươi [2]

Theo kết quả khảo sát của Bùi Minh Lý, Viện Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Nha Trang cho thấy: “rong Mơ là loài chiếm ưu thế nhất ở các khu vực với trữ lượng chiếm 98% tổng trữ lượng của các bãi rong, mật độ cây trung bình 43,8 ± 20,2 cây/m2 và sinh lượng trung bình đạt 456 ± 64,2 g khô/m2” [3]

2.2 Giới thiệu về Fucoidan

2.2.1 Định nghĩa Fucoidan

Fucoidan là một hợp chất chống oxy hóa được chiết xuất từ thành phần chất

nhờn “sliminess” của rong Mơ Mozuku (Cladosiphon okamuranus) và Mekabu

(phần cuốn nằm gần gốc của Wakame) Cấu trúc hóa học của Fucoidan là một chuỗi dài polysaccharide giàu sulfate fucose Giáo sư Kylin.H.Z của đại học Uppsala Thụy Điển, vào năm 1913 đã điều chế thành công Fucoidan từ tinh chất nhờn của Kombu và đặt tên là Fucoidin Sau đó, hiệp hội thế giới đồng ý đổi tên Fucoidin thành Fucoidan

Fucoidan có trọng lượng phân tử không lớn Trọng lượng phân tử phụ thuộc vào quá trình chiết tách cùng với sự sử dụng các hóa chất khác nhau Quá trình chiết tách với các tác nhân khác nhau cũng có thể gây nên hiệu ứng gãy mạch polysaccaride Do đó từ một loài rong có thể thu được các phân đoạn với các trọng lượng phân tử khác nhau

Fucoidan có độ nhớt không cao lắm Độ nhớt không cao chính là do polysaccaride này chiết từ các loài rong Mơ khác nhau thường có mạch không dài

và trọng lượng phân tử không lớn Fucoidan có tính chất hóa học đặc biệt, tính chất lưu biến khi thay đổi nhiệt độ

2.2.2 Cấu trúc Fucoidan

Polysacaride trong rong Mơ gồm 3 thành phần chính: Alginate, Laminaran

và Fucoidan Trong đó, mỗi thành phần đều có hoạt tính sinh học riêng, tuy nhiên

đáng kể nhất chính là Fucoidan

Được phát hiện từ năm 1913, với tên gọi ban đầu là Fucoidin, do giáo sư

Kylin.H.Z của đại học Uppsala Thủy Điện điều chế thành công từ rong Mơ, Fucoidan gần đây đã được giới y học chú ý đến vì không những giúp nâng cao khả

năng miễn dịch cho cơ thể mà còn có khả năng chống ung thư Tác giả Kylin.H.Z

đã tách chiết được fucoidin bằng phenylhydrazone vào năm 1915 từ loài rong Mơ

Laminaria digitata, cho thấy rằng methyl pentose có mặt trong dung dịch thuỷ phân

fucoidin [17] Năm 1937, Lunde, Heen và Oy đã kết tủa dịch chiết Fucoidin bằng cồn Năm 1950, Percival và Ross đã chiết fucoidin trong nước sôi ở 24 giờ Hơn 40 năm sau Kylin, Fucoidin được đổi thành Fucoidan dựa trên nguyên tắc IUPAC (nguyên tắc quốc tế về đặt tên cho các loại đường) Gần đây một số dạng khác của Fucoidan đã được công bố Năm 2001, Marie và các cộng sự đã tìm ra cấu trúc của

Fucoidan từ rong Mơ Ascophyllum nodosum [18]

Năm 2002, Maria I.Bilan, Usov tìm ra được cấu trúc của Fucoidan từ rong Nâu Fucus evanescens [18] Fucoidan từ các loài rong khác nhau có thành phần hóa học và cấu trúc rất khác nhau Một vài cấu trúc của Fucoidan từ các loài rong khác nhau được liệt kê dưới đây :

Hình 2.2 Cấu trúc Fucoidan từ Fucus evanescens

Hình 2.3 Cấu trúc Fucoidan từ Ascophyllum nodosum

Fucoidan có mạch thẳng với đơn vị cấu trúc (1→6)-β-D-galactose và hoặc (1→2)-β-D-mannose, có phân nhánh tại vị trí (1→6) và hoặc (1→4)-α-L-fucose, (1→4)-α-D-glucuronic acid, β-D-xylose đầu cuối và đôi khi (1→4)-α-D-glucose

Các dạng cấu trúc điển hình với liên kết (1→3) được thể hiện qua hình sau :

Về khía cạnh hóa học, Fucoidan là hợp chất polysacaride cao phân tử với thành phần chính là sulfate fucose Ngoài fucose, chuỗi saccaride chứa Fucoidan còn chứa acid galactose, mannose, xylose và uronic… đồng thời có thể các gốc ester sulfate và acetate phân bố một cách ngẫu nhiên không theo bất kỳ quy luật nào Cái tên Fucoidan không thể hiện các chất trong một cấu trúc nhất định mà là một thuật ngữ liên quan đến hợp chất polysaccaride cao phân tử với thành phần chính là fucose

2.2.3.1 Kích hoạt và tăng cường miễn dịch

Các hệ thống miễn dịch của chúng ta nằm dưới sự tấn công không ngừng và các rối loạn miễn dịch leo thang ở một mức độ lo ngại khác nhau Trong các nghiên cứu mới đây liên tục xuất hiện quan điểm cho rằng sự trục trặc miễn dịch là nguyên nhân thật sự tạo điều kiện gây ra các bệnh tim, béo phì và nhiều loại xơ cứng mô Ngăn chặn bệnh bằng điều chỉnh nhẹ nhàng và hỗ trợ hệ thống miễn dịch là sự đầu

tư tốt nhất chúng ta cần làm để kéo dài tuổi thọ và tăng cường sức khỏe

Fucoidan, một hợp chất thiên nhiên có tính chất kháng u, kháng ung thư Fucoidan kích thích sự sản xuất tế bào miễn dịch cần cho sự sống, giúp cho cơ thể

có khả năng chống lại những kẻ thù chết người như vi khuẩn, virus, nấm, ký sinh trùng và ngay cả các tế bào ung thư

Trong một nghiên cứu được tiến hành ở phòng thí nghiệm Nông học trường

Đại học Kagoshima, Fucoidan chứa trong rong biển được cho chuột ăn trong 20

ngày Qua xét nghiệm, các tế bào diệt tự nhiên và các đại thực bào của động vật thử nghiệm đã tăng lên hai lần [19]

2.2.3.2 Kháng khuẩn và kháng virus

Năm 1995, các nhà khoa học Rumani đã công bố rằng Fucoidan có khả năng

ức chế đáng kể sự phát triển của các vi khuẩn gram dương (Gr(+)) và vi khuẩn gram

âm (Gr(-)), trong khi đó lại khích thích hệ thống miễn dịch bằng cách tăng cường thực bào (một tế bào nuốt và tiêu hóa các vi khuẩn và các hạt lạ) Hơn thế nữa, Fucoidan được công bố ngăn chặn loại viêm nguy hiểm xuất hiện trong viêm màng não một biến chứng của viêm do virus và vi khuẩn Phát hiện này cùng những phát

hiện khác đã chỉ ra rằng Fucoidan làm được những việc mà ít thuốc nào có thể làm,

đó là diệt vi khuẩn trong khi đó lại tăng cường hệ miễn dịch [20]

Tiềm năng của Fucoidan chống lại các virus như HIV [21] có lẽ là còn hấp dẫn hơn khả năng kháng vi khuẩn của nó Fucoidan được liệt kê là một hợp chất dùng điều trị HIV [22], Fucoidan làm tăng khả năng sản xuất các dạng interleukin

và interferon được tiết ra nhờ các tế bào miễn dịch giống tế bào T Nói cách khác, Fucoidan tăng cường việc sản xuất interleukins và interferons kích hoạt các tế bào miễn dịch khác nhau (T cells, NK cells và macrophage - đại thực bào) cần thiết để

đề phòng nhiễm trùng và bệnh tật

Nhờ hiệu ứng này, các nhà khoa học tin rằng Fucoidan có thể cung cấp một

sự điều trị rất hiệu quả chống lại các virus gây ra viêm gan, mệt mãn tính và ngay cả AIDS

Các nghiên cứu còn đề xuất rằng uống Fucoidan bằng đường miệng có thể là hữu ích đối với những người bị nhiễm trùng virus mãn tính ví dụ như herpes và cytomegalo virus một loại virus có thể gây ra các dị tật khi sinh và sẩy thai Fucoidan còn thể hiện khả năng liên kết với các virus cản trở khả năn tấn công vào

tế bào chủ của chúng Nếu một virus không thể tấn công vào tế bào chủ, nó sẽ không thể sao chép

2.2.3.3 Làm giảm cholesterol và phòng chống cao huyết áp

Mặc dù Fucoidan được biết đến bởi sự hỗ trợ hệ miễn dịch của nó, đồng thời

nó còn có tác dụng dương tính lên các hệ cơ thể khác Thực ra, số liệu từ phòng thí nghiệm cho thấy rằng, những con chuột ăn rong Mơ có mức mỡ máu thấp hơn đáng

kể so với những con không ăn rong Sau 21 ngày thử rong biển các nhà khoa học đã kết luận rằng các hợp chất rong Mơ làm thay đổi hoạt tính của các enzym trong gan, kiểm soát cách các acid béo được chuyển hóa, dẫn đến mức cholesterol thấp hơn trong máu

Các nhà nghiên cứu của Nhật Bản đã tiến hành một nghiên cứu mà trong đó các đối tượng kiểm tra được cho ăn 5g rong biển (có chứa Fucoidan)/ngày trong 3 tuần Kết quả, huyết áp và mức cholesterol cao của họ được cải thiện đáng kể Các kết quả như vậy đã được công bố bởi tổ chức y tế thế giới (WHO) và họ khẳng định

rằng thành phần Fucoidan của một số thực vật biển xúc tiến việc đốt chất béo trong gan - một tác động hỗ trợ và bảo vệ hệ tim mạch Fucoidan đồng thời còn tối ưu hóa các mức của men HGF trong gan mà ở đó cholesterol được tạo ra và các acid béo

được tổng hợp Hơn nữa, rõ ràng là Fucoidan có thể ngăn chặn sự tạo thành các cục

máu đông, làm giảm rủi ro do các cơn đau tim và đột quỵ Hoạt tính này đã được khảo sát trên người và đã được FDA của Mỹ cấp chứng nhận [23]

2.2.3.4 Kiểm soát đường huyết

Fucoidan có thể giúp đỡ những người bị đái tháo đường Các nhà nghiên cứu

đã công bố rằng các polysacaride tìm thấy trong rong biển tác động dương tính lên

phản ứng insulin và đường huyết trong các động vật thí nghiệm Việc đưa thêm các polysacaride này dẫn đến cái mà họ đã mô tả như một chất giảm một cách đột ngột cân bằng hấp thụ đường Điều này giả thiết rằng các hợp chất polysacaride giống Fucoidan làm chậm việc truyền glucose vào máu từ ruột, nhờ vậy giúp giữ mức

đường máu ổn định và ngăn chặn phản ứng insulin quá mức [6]

2.2.3.5 Hỗ trợ điều trị bệnh đau khớp

Trong năm 1995, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng Fucoidan giúp

đẩy mạnh việc tạo ra một chất được gọi là fibronectin có vai trò quan trọng trong

việc giữ các khớp được bôi trơn và linh động Nghiên cứu phát hiện ra rằng sự

có mặt của Fucoidan đã góp phần cho việc sản xuất bình thường chất này gợi ý rằng việc bổ sung Fucoidan có thể có tác dụng hữu ích trong việc tái tạo sụn cho các khớp đau [24]

2.2.3.6 Cơ chế chống ung thư của Fucoidan

- Các hợp chất Fucoidan trên thực tế thúc đẩy các tế bào ung thư tự phá hủy Những nghiên cứu gần đây cho thấy rằng các hợp chất Fucoidan thực sự ngăn chặn

sự phát triển tế bào lạ thường Ung thư thực ra là hiện tượng các tế bào tự sinh sản nhưng không kiểm soát được Một nghiên cứu của người Nhật đã phát hiện ra rằng khi U-Fucoidan được đưa vào các tế bào ung thư trong ống nghiệm chúng sẽ bị chết trong vòng 72 giờ Cách mà trong đó các tế bào này bị phá hủy hoàn toàn là quan trọng không kém Dường như Fucoidan mở đường cho tế bào loại bỏ sự sao chép ác tính Nói cách khác DNA được tìm thấy bên trong các tế bào ung thư cá thể này bị

bẽ gãy bởi các enzyme sống trong bản thân các tế bào đó Về phương diện kỹ thuật,

đây là một quá trình được gọi là giáng hóa (tế bào tự chết) một cơ chế bảo vệ giúp

chúng ta không bị ung thư [25]

- Những nghiên cứu thêm ở phòng thí nghiệm chỉ ra rằng Fucoidan có thể ngăn chặn sự phân chia tế bào nguy hiểm Trong các thử nghiệm sử dụng các tế bào

ung thư biểu bì tĩnh mạch phế quản người (tế bào ung thư phổi) Fucoidan phong bế pha phân chia tế bào G1, làm suy giảm sự phát triển của các u ác tính Fucoidan tác dụng thẳng lên tế bào ung thư ngăn chặn không cho chúng phát triển [26]

- Các tính chất tăng cường hệ miễn dịch của Fucoidan có thể kiềm hãm sự phát triển của tế bào ung thư Các tế bào ung thư được phép tái tạo do hệ miễn dịch không còn nhận biết và tiêu diệt chúng Fucoidan sản xuất ra các hợp chất interleukin và interferon trong hệ miễn dịch ngăn chặn sự phát triển tế bào ác tính, nhờ vậy nó có tác dụng kháng ung thư Với cách làm như vậy, hiệu quả của tế bào giết tự nhiên được tăng lên cho phép hệ miễn dịch hủy diệt các tế bào ác tính một cách có hiệu quả hơn Vì những tác dụng này, Fucoidan có thể đóng một vai trò then chốt trong phản ứng miễn dịch của chúng với ung thư và nhiễm trùng Thực ra, hiện nay nó được sử dụng cho ung thư dạ dày Và trong điều trị của người Nhật nó

được sử dụng để điều trị ung thư phổi và ruột Các bác sĩ sử dụng bổ sung Fucoidan

trên các bệnh nhân là có hiệu quả và không có tác dụng phụ

Sự suy yếu trong hệ thống kiểm soát miễn dịch của chúng ta dẫn đến các tế bào ung thư phát triển không nhận biết được Fucoidan phục hồi lại các tế bào phòng vệ miễn dịch và trong cách làm như vậy, chúng có thể trở nên cảnh giác hơn trong việc nhằm vào các tế bào khác thường để phá hủy

Để ung thư xuất hiện và sau đó liên tục phát triển, nó phải vượt qua nhiều

binh chủng dài của hàng rào bảo vệ Hệ miễn dịch vừa là hàng rào phòng thủ đầu tiên và vừa là cuối cùng chống lại ung thư [27]

2.3 Trích ly hoạt chất Fucoidan trong rong Mơ

2.3.1 Cơ sở của phương pháp trích ly

Theo các nghiên cứu thì Fucoidan trong rong Mơ thuộc nhóm polysaccharide

chứa nhóm (-OH) Polysacharide dễ dàng bị hydrate hóa trong môi trường kiềm và chiếm một lượng khá lớn trong rong Mơ Do vậy khả năng tan của Fucoidan trong

môi trường này tốt hơn nên khi chiết rút thu nhận Fucoidan được nhiều hơn và màu sắc của Fucoidan sáng hơn Hơn nữa, Fucoidan nằm trong cấu trúc rong mà cấu trúc bên ngoài là lớp cellulose, pectin, polysaccharide không tan Do vậy, cần xử lý nhiệt

độ cao để phá vỡ lớp màng, cũng như làm hòa tan các polysaccharide trong đó có

Fucoidan

2.3.2 Ứng dụng sóng siêu âm trong trích ly hoạt chất sinh học Fucoidan

2.3.2.1 Khái niệm về sóng siêu âm

Siêu âm là sóng cơ học, hình thành do sự lan truyền dao động của các phần tử trong không gian, có tần số lớn hơn tần số giới hạn trên ngưỡng nghe của con người, tức là có tần số lớn hơn 20 kHz [7] Theo Povey M.I.W và Mason T.J (1998) siêu âm được ứng dụng trong thực phẩm thường trong khoảng 20kHz – 100kHz [10]

Dựa vào tần số, sóng siêu âm được chia làm 3 loại [11, 7]:

- Siêu âm tần số thấp, cường độ cao (20kHz – 100kHz, cường độ lớn hơn 10 W/cm2) làm thay đổi thành phần của môi trường, phá hủy thành tế bào nguyên liệu, biến tính protein Do đó được ứng dụng rộng rãi như một quá trình hỗ trợ trong nhiều lĩnh vực như: kết tinh, sấy, bài khí, trích ly, lọc, đồng hoá, làm mềm thịt, quá trình oxi hoá, quá trình tiệt trùng

- Siêu âm tần số cao, cường độ thấp (100kHz – 2MHz, cường độ dưới 1W/cm2) được sử dụng như một kỹ thuật phân tích, không làm phá hủy cấu trúc của mẫu Điều này được ứng dụng để xác định tính chất thực phẩm, đo tốc độ dòng chảy, kiểm tra bao gói thực phẩm

- Siêu âm chẩn đoán (5-10MHz) có cơ chế chính là dòng âm thanh, dùng để

đo hệ số tốc độ và hấp thụ sóng trong môi trường, dùng trong y học và phân tích

hóa học

2.3.2.2 Nguyên lý tác động của sóng siêu âm [11,12]

a Hiện tượng xâm thực khí

Khi sóng siêu âm được truyền vào môi trường chất lỏng, các chu trình kéo và nén liên tiếp được tạo thành Trong điều kiện bình thường, các phân tử chất lỏng ở rất gần nhau nhờ liên kết hóa học Khi có sóng siêu âm, trong chu trình nén các phân tử ở gần nhau hơn và trong chu trình kéo chúng bị tách ra xa Áp lực giãn trong chu trình kéo đủ mạnh để thắng các lực liên kết giữa các phân tử, do đó tạo thành những bọt khí nhỏ Bọt khí trở thành hạt nhân của hiện tượng xâm thực khí, bao gồm bọt khí ổn định và bọt khí tạm thời (Kuldiloke J., 2002)

Các bọt khí lớn dần đến một kích cỡ nhất định mà tại đó năng lượng của sóng siêu âm không đủ để duy trì pha khí khiến các bọt khí nổ tung dữ dội Khi đó các phân tử va chạm với nhau mãnh liệt tạo nên hiện tượng “ sốc sóng” trong lòng chất lỏng, kết quả là hình thành những điểm có nhiệt độ và áp suất rất cao

Hình 2.5 Quá trình hình thành, phát triển và nổ vỡ của bọt khí

trong môi trường lỏng (Mason, 1998)

b Hiện tượng vi xoáy

Sóng siêu âm cường độ cao truyền vào trong lòng chất lỏng sẽ gây nên sự kích thích mãnh liệt Tại bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha lỏng/rắn, sóng siêu âm gây nên

sự hỗn loạn cực độ do tạo thành những vi xoáy (Scheba và cộng sự, 1991) Hiện tượng này làm giảm ranh giới giữa các pha, tăng cường sự truyền khối đối lưu và thúc đẩy xảy ra sự khuyếch tán ở một vài trường hợp mà khuấy trộn thông thường không đạt được

c Tác dụng của sóng siêu âm đến quá trình trích ly

- Ưu điểm của sóng siêu âm làm tăng hiệu suất của quá trình trích ly:

+ Thời gian trích ly nhanh

+ Hiệu suất trích ly cao hơn so với một số phương pháp trích ly thông thường + Thiết bị dễ sử dụng, an toàn và bảo vệ môi trường

+ Sóng siêu âm có tần số lớn hơn 20Khz tức là hơn 20000 dao động trong một giây xung động truyền qua môi trường vật chất (khí, lỏng, rắn) vào tận trong tế bào, đồng thời nó còn làm tăng nhiệt độ Những tác động đó làm tăng vận tốc hòa tan, khuếch tán hoạt chất vào dung môi, vì vậy rút ngắn thời gian trích ly Mặt khác

nó làm giảm tiêu hao năng lượng

+ Làm tăng tốc độ hòa tan chất phản ứng do đó rút ngắn thời gian phản ứng

- Nhược điểm

+ Giá thành thiết bị đắt

+ Tiêu tốn nhiều năng lượng trong quá trình sử dụng

+ Thường áp dụng trong quy mô công nghiệp

2.3.3 Các phương pháp trích ly hoạt chất Fucoidan trong rong Mơ

Hiện nay trên thế giới việc xác định hoạt chất Fucoidan chưa có phương pháp cụ thể Để xác định hàm lượng Fucoidan phải dùng các phương pháp loại tạp chất và thu hàm lượng Fucoidan rồi đem sấy đến khối lượng không đổi Theo các bản quyền US6573250B2, EP0645143A1 để thu Fucoidan có những cách sau:

2.3.3.1 Phương pháp chiết Fucoidan bằng muối

Hình 2.6 Sơ đồ chiết Fucoidan bằng muối

Do thiết bị chiết rắn lỏng Westfalier và thiết bị lọc rây phân tử thường dùng

để thực hiện với quy mô lớn nên ở quy mô phòng thí nghiệm thay vào đó là thiết bị

lọc cát và than hoạt tính để làm thí nghiệm Bố trí thí nghiệm theo bản quyền US6573250B2 trong quy mô phòng thí nghiệm :

Cân 50g rong khô đã xay thành bột cho vào cốc thủy tinh hoặc bình tam giác chịu nhiệt Dùng ống đong đong đúng 2250 ml nước máy cho vào hòa trộn với bột rong Sau đó cho 13.75g CaCl2 vào hỗn hợp trên Tiến hành thổi hơi nóng vào mẫu với nhiệt độ là 21 - 900C trong vòng 40 phút bằng cách bỏ mẫu vào bể ổn nhiệt Sau

40 phút tiến hành giữ mẫu ở nhiệt độ 900C trong thời gian là 1 giờ, sau đó làm nguội mẫu Sau khi mẫu đã nguội thì tiến hành lọc vải (lọc thô) để loại bỏ kết tủa Alginate và bã rong Kết tủa Alginate-canxium sinh ra do Alginate trong rong kết

Thổi hơi nóng (21-90oC) vào trong 40 phút, giữ 900C trong 1 giờ, làm nguội

Sản phẩm khô

Lọc rây phân tử với màng 30kDa

Chiết rắn lỏng trên thiết bị chiết Westfalier

Rong khô CaCl2, Nước cất

hợp với ion Ca2+ trong CaCl2 Lúc này trong dịch rong vẫn còn tồn tại các tạp chất rắn lơ lửng mà lọc vải chưa loại bỏ hết được nên cần phải loại bỏ chúng ra khỏi dịch rong bằng cách lọc dịch qua cột cát và than hoạt tính

Dịch thu được sau đó được tủa bằng cồn 900 để thu fucoidan với tỷ lệ cồn cho vào là cồn: dịch rong bằng 2:1 Để 1 thời gian cho kết tủa lắng xuống hết, gạn

bỏ lớp cồn phía trên, lớp cồn này được tận dụng để chưng cất lại thu cồn cao độ Sau khi tủa cồn xong thì tiến hành cho kết tủa thu được vào hút chân không bằng máy hút chân không Hút chân không loại nước và cồn tới khi Fucoidan khô.Tuy nhiên khi hút chân không xong thì Fucoidan vẫn còn rất ẩm, bị dính tay khi rờ Vì vậy cần tiến hành cho Fucoidan vào sấy đến khối lượng không đổi ở 500C trong 18 giờ Lúc này Fucoidan đã khô nên quá trình sấy kết thúc

Do tiến hành làm thí nghiệm trên quy mô nhỏ chỉ dùng 50g bột rong khô nên lượng Fucoidan thu được ở đây không nhiều Vì vậy trong công đoạn sấy khô cần tiến hành thật cẩn thận sao cho thu được lượng Fucoidan triệt để nhất

Cuối cùng, cân lượng Fucoidan thu được bằng cân phân tích, ghi lại lượng Fucoidan để so sánh với các phương pháp tách chiết khác

2.3.3.2 Phương pháp chiết Fucoidan bằng nước

Hình 2.7 Sơ đồ chiết Fucoidan bằng nước

Kết tủa với tỷ lệ cồn/dịch

= 2/1

Lọc qua cát và than hoạt

tính

Cho CaCl2 vào dịch, Ly

tâm loại bỏ acid aginic

Ly tâm loại bỏ bã rong

Cân 50g rong khô đã xay thành bột hòa trộn với 1154 ml nước máy rồi cho vào bình thủy tinh chịu nhiệt Tiến hành đun nóng mẫu trong bình thủy tinh bằng bếp điện ở 1000C trong vòng 45 phút Khi khối rong đạt được nhiệt độ là 1000C trong thời gian 45 phút thì ngưng lại không đun nữa, sau đó để nguội và loại bã rong, thu dịch Dịch rong thu được sau đó sẽ loại bỏ Alginate bằng cách cho CaCl2vào dịch Kết tủa thu được là Alginate-canxium sẽ được tách ra khỏi dịch rong bằng cách lọc vải Lúc này dịch rong vẫn còn chứa các tạp chất rắn lơ lửng mà lọc vải chưa loại bỏ hết được nên tiếp tục cho dịch rong chạy qua cột cát và than hoạt tính

Khi dịch rong đã trong không còn gợn tạp nữa thì tiến hành kết tủa dịch rong bằng cồn 900 theo tỷ lệ cồn: dịch rong là 2:1 Để 1 thời gian cho kết tủa lắng xuống dưới đáy, sau đó sẽ gạn hết cồn lớp trên và cho đi chưng cất lại thu cồn cao

độ để sau này dùng để kết tủa tiếp Kết tủa Fucoidan thu được dưới đáy thùng sẽ được đem đi hút chân không và sấy cho tới khô Tiến hành hút chân không và sấy

tương tự thí nghiệm trên Cân và ghi lại lượng Fucoidan thu được để tiến hành so sánh với những mẫu còn lại

2.3.3.3 Phương pháp chiết Fucoidan bằng acid

Hình 2.8 Sơ đồ chiết Fucoidan bằng acid

Kết tủa với tỷ lệ

cồn/dịch = 2/1

Lọc qua cát và

than hoạt tính

Cho CaCl2 vào dịch, Ly tâm

loại bỏ acid aginic

Ly tâm loại bỏ bã rong

Lấy 50g bột rong khô cho vào bình tam giác Chuẩn bị dung dịch HCl có pH=2 với thể tích cần cho thí nghiệm này là 1154 ml Sau đó hòa trộn, khuấy đều dung dịch HCl này với 50g rong đã chuẩn bị sẵn Tiến hành nâng nhiệt cho mẫu thí nghiệm từ 25 –1000C trong vòng 45 phút, sau đó loại bỏ bã rong Dịch thu được cũng được kết tủa loại alginate bằng cách cho CaCl2 vào dịch với khối lượng CaCl2

là 5g Tiếp theo tiến hành lọc vải để loại bỏ Alginate Tiến hành lọc dịch thu được qua cột cát và than hoạt tính nhằm loại bỏ hết các tạp chất có khối lượng phân tử lớn còn lơ lửng trong dịch rong

Khi dịch rong đã được lọc qua cột cát và than hoạt tính thì dịch đã trong không còn gợn tạp nữa thì tiến hành kết tủa Fucoidan bằng cồn 900 với thể tích gấp

2 lần so với dịch rong Để lắng kết tủa và gạn lấy kết tủa đem đi hút chân không và sấy tương tự các thí nghiệm trên Cân và ghi lại khối lượng Fucoidan thu được

2.3.3.4 Phương pháp tách chiết Fucoidan bằng kiềm

Hình 2.9 Sơ đồ chiết Fucoidan bằng kiềm

Nấu

Hút chân không Kết tủa

Lọc qua vải

Lọc cát và than hoạt tính

Tách kết tủa

Bột rong khô

Loại acid Alginic

CaCl2

Bã rong

EtOH

-Nguyên liệu: rong Mơ là loại rong tươi, lấy ở biển Hòn Chồng –Nha Trang,

là hỗn hợp nhiều loại rong Mơ Rong đạt tiêu chuẩn về độ trưởng thành, về kích thước, màu sắc, độ to của phao

- Nấu: cân 50g bột rong khô cho vào bình tam giác chịu nhiệt, cho 1500ml nước vào khuấy trộn với bột rong, tiến hành nấu huyền phù này với dung dịch 2.5ml KOH có mặt Hydropeoxit (H2O2) với thể tích là 1.25ml ở nhiệt độ 600C trong thời gian 50 phút Khi nấu nên tiến hành khuấy đảo để tăng quá trình trao đổi nhiệt đồng thời giảm lượng bột trào lên

- Tủa Alginate: Cho 5g CaCl2 vào hỗn hợp rong ở trên để kết tủa Alginate

Có một tính chất quan trọng của alginate có trong rong là có khả năng tạo kết tủa với Ca2+ trong môi trường trung tính nên việc cho CaCl2 vào sẽ có tác dụng tủa Alginate sau đó được loại ra khỏi dịch rong Alginate-canxi kết tủa đồng thời kéo theo bã rong và các hạt rắn tách hẳn khỏi nước, dịch chiết còn lại sẽ rất trong, polysaccharide chỉ còn Fucoidan và Laminaran Nếu kết tủa Alginate bằng calcium, kết tủa AlgCa (Alginate calcium) sẽ kết chặt với bã rong thành khối bền vững, đồng thời các kết tủa sẽ hấp thụ mạnh anion và cation kim loại nặng có chứa trong dịch chiết do đặc tính của AlgCa

- Lọc qua vải: Loại bỏ bã rong cùng với kết tủa Alginate bằng cách lọc hỗn hợp rong qua vải

- Lọc qua cát và than hoạt tính: Dịch rong thu được cho chạy qua cột cát và than hoạt tính để loại bỏ hết các hợp chất rắn lơ lửng nằm trong dịch chiết mà lọc vải chưa loại bỏ hết Cát và than hoạt tính sẽ giữ lại trên bề mặt của chúng các hợp chất này và loại chúng ra khỏi dịch rong

- Kết tủa: Hai lần thể tích cồn 90% được thêm vào dịch chiết, Fucoidan được tách ra dưới dạng kết tủa, một số các hợp chất hữu cơ khác (nếu còn) sẽ ở lại trong dung dịch cồn, ví dụ như: steroid, ankaloid, acetogenin, terpenoid… Cần nói thêm, sau khi kết tủa cồn xong thì dịch chiết lúc này có nồng độ cồn là 65%, ở nồng độ này Fucoidan sẽ kết tủa Còn hợp chất Laminaran trong rong chỉ kết tủa khi nồng độ cồn lớn hơn 85% Vì vậy kết tủa thu được đảm bảo chỉ có Fucoidan mà hoàn toàn không chứa Laminaran Sau đó quấy mạnh tay để quá trình kết tủa xảy ra nhanh hơn

- Tách kết tủa: Sau khi kết tủa xong thì để một thời gian cho kết tủa lắng xuống hết dưới đáy để thuận lợi cho quá trình tách kết tủa Sau đó gạn lớp cồn phía trên đi (có thể tận dụng để chưng cất lại), chỉ còn lại lớp kết tủa phía dưới đáy

- Hút chân không: Dùng máy hút chân không để hút cồn và nước còn sót lại trong kết tủa Lúc này kết tủa sẽ khô hơn tuy nhiên vẫn còn rất ẩm Công đoạn hút chân không này nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sấy kết tủa sau

- Sấy kết tủa: Tiến hành sấy kết tủa trong tủ, sấy đến khi đạt độ khô giòn thì kết thúc Thường khi khô thì cứng, không ẩm khi đặt tay vào Quá trình sấy kết thúc, thu được sản phẩm Fucoidan

2.4 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ Fucoidan trên thế giới và ở Việt Nam

2.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam

Trên thế giới việc nghiên cứu và ứng dụng Fucoidan được bắt đầu mạnh mẽ

từ những năm 80 của thế kỷ 20 Hiện nay, đã có nhiều công bố về việc khảo sát nguyên liệu, chiết tách Fucoidan cũng như tính chất của polysaccharide này, đặc biệt là hoạt tính sinh học của nó Tới nay, Fucoidan đã có ứng dụng thực tế trong sản xuất thuốc chống phóng xạ, điều trị bệnh nhân ung thư Ở Nhật Bản, người ta đã sản xuất viên nang Fucoidan oligosaccharide Viên nang Fucoidan này có tác dụng như là chất ức chế di căn u mới sinh và chống nấm Một viên nang gồm (mg): Fucoidan 25, lactose 50, starch 23, và magnesium stearate 2 Trên thị trường Châu

Âu, đã xuất hiện Modifilan Đây là sản phẩm của các nhà khoa học Nga sản xuất,

do nhu cầu bức bách của việc khắc phục các hậu quả của tai nạn nhà máy điện nguyên tử Chemobyl để làm thuốc có tác dụng hạn chế ung thư Trong thành phần

của modifilan thì Fucoidan là chính, chiết từ rong Mơ Laminaria Japonica, ngoài ra

còn có Laminaran, Alginate và Iod Một lọ Moddifilan chứa 500 mg Fucoidan cùng

tá dược được bán với giá 29 USD

Nhắc đến Fucoidan thì chất này còn rất mới mẻ đối với mọi người dân Việt Nam, bởi trên thị trường nước ta vẫn chưa xuất hiện các sản phẩm chứa Fucoidan từ rong Mơ Trong khi đó nguồn rong biển của nước ta lại vô cùng đồi dào mà chưa được khai thác và sử dụng hợp lý, có hiệu quả Nguồn rong Mơ thì dồi dào mà Fucoidan lại chưa được biết đến, trong khi đó Fucoidan lại là một chất có rất nhiều tác dụng trong

việc chữa bệnh Cho nên cần phải đẩy mạnh nghiên cứu tách chiết các chất quý giá trong rong Mơ, đặc biệt là Fucoidan, nhằm khai thác nguồn tài nguyên biển dồi dào và

để tạo ra các loại dược phẩm chăm sóc sức khỏe cho con người

Đã có một số công trình nghiên cứu Fucoidan đã được triển khai ở nước ta,

trong đó các tác giả Bùi Minh Lý, Nguyễn Duy Nhứt, Trần Thanh Vân và Nguyễn Ngọc Linh đã nhận được giải sáng tạo khoa học công nghệ Việt Nam (Vifotec 2009) với công trình: “Nghiên cứu qui trình và thiết bị sản xuất Fucoidan qui mô pilot từ rong nâu Việt Nam”

2.4.2 Một số nghiên cứu và sản phẩm

Chính vì có tính chất kháng virus rất mạnh mà Fucoidan có hiệu quả rất rõ rệt trong tác dụng trừ bệnh đốm trắng cho tôm Tác dụng này đã được thử nghiệm tại Thái Lan và Nhật Bản [8]

Sau đây xin giới thiệu một số sản phẩm Fucoidan trên thế giới: [9]

Hình 2.10 Chế phẩm và một số sản phẩm chứa Fucoidan

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG – NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng, vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Rong Mơ (Sargassum polycystum) được thu mua tại Nha Trang – Khánh Hòa (độ

- Cân kỹ thuật (Cent-0-Gram Balance, OHAUS, Mỹ)

- Cân phân tích (Precisa XT 320M, Thụy Sỹ)

- Tủ lạnh (Samsung SR-15NFBA, Nhật bản)

- Máy sấy (Grot DZ 47-63, Trung Quốc)

- Máy siêu âm (Ultrasonic LC30, Đức)

- Giấy lọc, phễu lọc, cốc đong, bình tam giác các loại, bình định mức, đũa thủy tinh, pipet các loại, nhiệt kế

3.1.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

Địa điểm: Phòng thí nghiệm Bộ môn Nghiên cứu phụ phẩm và Môi trường

nông nghiệp – Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, 126 phố Trung Kính – Trung Hòa – Cầu Giấy – Hà Nội

Thời gian: Từ tháng 12/ 2013 đến tháng 5 /2014

3.2 Nội dung nghiên cứu

3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước rong Mơ nguyên liệu đến hiệu quả trích ly Fucoidan

3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan

- Ảnh hưởng của loại dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan trong rong Mơ