Tách chiết và tinh sạch fucoxanthin từ chủng tảo nâu undria pinnatifida thu mẫu từ vùng biển thanh hóa

Các nhà khoa học Nhật Bản trong một công trình nghiên cứu của mình đã chứng minh fucoxanthin có khả năng làm giảm các triệu chứng của bệnh béo phì trên chuột [17,18].Fucoxanthin có nhiều

Khóa luận tốt nghiệp Lưu Thị Thùy Dương

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

-





 -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

TÁCH CHIẾT VÀ TINH SẠCH FUCOXANTHIN TỪ CHỦNG TẢO

NÂU UNDRIA PINNATIFIDA THU MẪU TỪ VÙNG BIỂN THANH HÓA

Sinh viên thực hiện : Lưu Thị Thùy Dương

Hà Nội - 2015

Khóa luận tốt nghiệp Lưu Thị Thùy Dương

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện khóa luận tốt nghiệp, em đã hoàn thành báo cáo khóa luận tốt nghiệp Trong thời gian này, em đã nhận được sự động viên, quan tâm, hướng dẫn và giúp đỡ rất nhiệt tình của các thầy cô, gia đình và bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Công nghệ sinh học – Viện Đại học Mở Hà Nội, những người đã giảng dạy và cho em những kiến thức hữu ích trong quá trình học và cả kiến thức cho sau này

Em xin gửi lòng cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn, TS.Trịnh Tất Cường đã tận tình hướng dẫn, bảo em trong suốt thời gian làm thực nghiệm và viết khóa luận TS Đoàn Duy Tiên đã động viên và tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình nghiên cứu

Em cũng xin chân thành cảm ơn tới tập thể các cán bộ, các anh chị nghiên cứu sinh, cao học, sinh viên thuộc phòng Enzyme học và Phân tích hoạt tính sinh học thuộc phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Enzyme và Protein thuộc trường Khoa học Tự Nhiên - ĐHQGHN đã động viên, đóng góp ý kiến, tạo điều kiện để em có thể hoàn thành khóa luận này

Cuối cùng em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với gia đình và bạn bè đã động viên, khích lệ, chia sẻ, giúp đỡ em rất nhiều

Một lần nữa em xin kính chúc quý thầy cô lời chúc sức khỏe, thành công trong công việc giảng dạy cũng như trong cuộc sống

Hà Nội, ngày 22 tháng 05 năm 2015

Sinh viên

Lưu Thị Thùy Dương

Khóa luận tốt nghiệp Lưu Thị Thùy Dương

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2

1.1 Giới thiệu về tảo 2

1.1.1 Giới thiệu chung về tảo 2

1.1.2 Đặc điểm sinh học của tảo 2

1.1.2.1 Vị trí phân loại và phân bố của tảo trong tự nhiên 2

1.1.2.2 Đặc điểm dinh dưỡng 5

1.1.2.3 Đặc điểm sinh trưởng và sinh sản 5

1.1.3 Ứng dụng 7

1.1.3.1 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm 7

1.1.3.2 Sản xuất nhiên liệu sinh học (NLSH) 7

1.1.3.4 Ứng dụng trong xử lý môi trường 9

1.2 Tảo nâu Undaria pinnatifida 10

1.2.1 Vị trí phân loại 10

1.2.2 Đặc điểm hình thái và cấu trúc của tảo nâu U.pinnatifida 11

1.2.3 Tình hình sử dụng 11

1.2.4 Phân bố địa lý 12

1.2.5 Thành phần dinh dưỡng 13

1.3 Fucoxanthin 14

1.3.1 Đặc điểm, cấu trúc và các tính chất của Fucoxanthin 14

1.3.2 Công dụng sinh học của Fucoxanthin 16

Chương 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 18

2.1 Nguyên liệu và hóa chất 18

2.1.1 Nguyên liệu 18

Khóa luận tốt nghiệp Lưu Thị Thùy Dương

2.1.2 Thiết bị thí nghiệm 18

2.1.3 Hóa chất 19

2.2 Phương pháp nghiên cứu 20

2.2.1 Phương pháp tách chiết 20

2.2.2 Phương pháp sắc ký bản mỏng 20

2.2.2.1 Giới thiệu phương pháp 20

2.2.2.2 Nguyên lý tiến hành 21

2.2.2.3 Cách tiến hành chạy sắc ký bản mỏng định tính Fucoxanthin 22

2.2.3 Phương pháp tinh sạch Fucoxanthin bằng sắc ký cột 23

2.2.3.1 Nguyên tắc 23

2.2.3.2 Dụng cụ, thiết bị, hóa chất 23

2.2.3.3 Tiến hành thí nghiệm 23

2.2.4 Phương pháp tạo mẫu đông khô từ dịch chiết tảo 24

2.2.5 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) 24

2.2.5.1 Giới thiệu phương pháp 24

2.2.5.2 Nguyên lý tiến hành 26

2.2.5.3 Cách tiến hành chạy HPLC định tính và định lượng Fucoxanthin 27

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Quy trình tách chiết và tinh sạch Fucoxanthin từ tảo nâu U.pinnatifida 29

3.2 Định tính Fucoxanthin bằng phương pháp sắc ký 30

3.3 Tách chiết Fucoxanthin bằng sắc ký cột 32

3.4 Fucoxanthin có trong thành phần dịch chiết của tảo nâu U.pinnatifida 33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

Khóa luận tốt nghiệp Lưu Thị Thùy Dương

CÁC TỪ VIẾT TẮT

CO2 Cacbon đioxit

HPLC High-performance liquid chromatography

(Sắc ký lỏng hiệu năng cao) NLSH Nhiên liệu sinh học

PUFAs Polyunsaturated fatty acids

Khóa luận tốt nghiệp Lưu Thị Thùy Dương

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Giá trị dinh dưỡng của tảo nâu U.pinnatifida trên 100 gam

Bảng 2.1.Danh sách thiết bị được sử dụng trong thí nghiệm

Bảng 2.2 Danh sách các hóa chất được dùng trong thí nghiệm

Bảng 3.1 Diện tích PIC mẫu thô với thể tích chạy là 50µl

Khóa luận tốt nghiệp Lưu Thị Thùy Dương

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình thái về tảo Lục

Hình 1.2 Hình thái của tảo Nâu

Hình 1.3 Hình thái của tảo Đỏ

Hình 1.4 Năm pha sinh trưởng của tảo

Hình 1.5 Sản phẩm nhựa được sản xuất từ tảo

Hình 1.6 Hệ thống nuôi tảo qui mô lớn

Hình 1.7 Cấu trúc của tảo nâu U.pinnatifida

Hình 1.8 Cấu trúc Fucoxanthin

Hình 2.1.Tảo nâu U.pinnatifida

Hình 2.2 Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)

Hình 3.1 Quy trình tách chiết và tinh sạch Fucoxanthin từ tảo nâu U.pinnatifida

Hình 3.2 Sản phẩm sau khi tách chiết Fucoxanthin

Hình 3.3 Kết quả kiểm tra Fucoxanthin bằng phương pháp sắc ký

Hình 3.4 Kết quả kiểm tra fucxanthin bằng phương pháp sắc ký cột

Hình 3.7 Fucoxanthin tách chiết từ tảo nâu

Hình 3.5 Dịch chiết thô từ mẫu tảo nâu

Hình 3.6 Fucoxanthin chuẩn (Sigma)

Hình 3.8 Đường chuẩn Fucoxanthin

Hình 3.9 Mẫu thô Fucoxanthin được đưa lên đường chuẩn

MỞ ĐẦU

Tảo là thực vật bậc thấp hiện nay đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu vì trong tảo biển chứa nhiều hợp chất có lợi cho sức khỏe con người Đặc biệt tảo cho khả năng khai thác được lượng nhiều, đem lại lợi ích kinh tế cao Các loài tảo biển cung cấp các thành phần có giá trị dinh dưỡng như protein, carbohydrate, lipit và vitamin Hơn nữa chúng còn chứa nhiều hợp chất thiên

nhiên có hoạt tính sinh học có giá trị, trong đó có các hợp chất carotenoit [6]

Trong số khoảng 600 hợp chất carotenoit tìm thấy trong tự nhiên, gần đây hợp chất Fucoxanthin được các nhà khoa học dành cho nhiều sự quan tâm vì có rất nhiều tác dụng có lợi cho sức khỏe con người Các nhà khoa học Nhật Bản trong một công trình nghiên cứu của mình đã chứng minh fucoxanthin có khả năng làm giảm các triệu chứng của bệnh béo phì trên chuột [17,18].Fucoxanthin có nhiều trong một số loài tảo nâu, đặc biệt là loài tảo nâu

thực phẩm U.pinnatifida của Nhật Bản và đã có những cuộc khảo sát một số

loài tảo nâu của Việt Nam Tuy nhiên, để có được hàm lượngfucoxanthintinh chất cao thì cần xây dựng được quy trình tách chiết và tinh sạch fucoxanthin.Chính vì vậy, đề tài“Tách chiết và tinh sạch Fucoxanthin từ chủng

tảo nâu Undaria pinnatifida thu mẫu tại vùng biển tỉnh Thanh Hóa” được thực

hiện nhằm tách chiết và tinh sạch fucoxanthin với hiệu quả cao nhất

Nhiệm vụ (Mục tiêu) đặt ra của khóa luận này là:

1 Xây dựng được quy trình tách chiếtFucoxanthin từ chủng tảo nâu

2 Tinh sạch Fucoxanthin

3 Đánh giá độ tinh sạch của Fucoxanthin trong quá trình tách chiết

Nội dung nghiên cứu:

1 Xây dựng quy trình tách chiết Fucoxanthin

2 Định tính Fucoxanthin bằng phương pháp TLC

3 Tinh sạch Fucoxanthin bằng sắc ký cột

4 Kiểm tra độ tinh sạch và đánh giá hàm lượng Fucoxanthin thu được bằng phương pháp HPLC

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu về tảo:

1.1.1 Giới thiệu chung về tảo:

Tảo (Algae) là thực vật bậc thấp (thực vật có bào tử, cơ thể không phân chia thành thân, rễ, lá), đa số có cấu trúc đơn giản Trong tế bào (TB) tảo luôn có chứa diệp lục nên chủ yếu sống tự dưỡng Một số ít cộng sinh với nấm thành Địa

y Tảo sống chủ yếu trong nước, một số ít sống trên đất ẩm hoặc trên vỏ cây Tảo có cấu trúc rất đa dạng: đơn bào, tập đoàn hay đa bào Hầu hết các loại tảo đều sống trong môi trường nước, từ nước ngọt đến nước mặn và nước lợ Vai trò của tảo trong hệ sinh thái nước tương tự như vai trò của thực vật bậc cao trong hệ sinh thái trên cạn Mặc dù về cấu tạo, hình dạng, kích thước và màu sắc của tảo rất khác nhau nhưng các ngành Tảo cũng có 1 số điểm chung nhau như: tảo có cơthể dạng tản chưa phân hóa thành thân, rễ, lá → gọi là Tản thực vật(Thallophyta) và cũng chưa có các loại mô điển hình trong cấu trúc của tản

Cơ thể của tảo gọi là tản (thallus) vì thiếu thân, rễ và lá nhưng chúng lại có chlorophylla- sắc tố quang hợp điển hình [3]

Tảo có một vài hình thức sinh sản cũng như môi trường phân bố gần giống nhau… nên người ta thường gộp chúng thành một nhóm có ý nghĩa sinh học.Vách tế bào của tảo bằng cellulose và pectin Một vài ngành Tảo: Tảo silic, Tảo vàng ánh: vách thấm thêm silic, hoặc Tảo vòng, Tảo đỏ: vách có thêm canxi cacbonat

1.1.2 Đặc điểm sinh học của tảo:

1.1.2.1 Vị trí phân loại và phân bố của tảo trong tự nhiên:

Vị trí

Đa phần tảo thuộc về giới Nguyên sinh (Protisa) Một số ít loài tảo lớn lại được xếp vào giới Thực vật và được phân chia thành thực vật bậc thấp Dạng thực vật bậc thấp này không có phôi, đây là đặc điểm phân biệt giới Nguyên sinh với thực vật bậc cao thông thường

Phân loại

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hệ thống phân loại tảo của nhiều tác giả:

hệ thống của Pascher (1931), hệ thống của West & Fritsch (1927) và Fritsch (1935), hệ thống của Chadefaud (1960), hệ thống của Chadefaud được Fett sửa đổi (1967)

Các hệ thống phân loại này đều dựa vào màu sắc và cấu trúc tản để phân loại Hiện nay con số các ngành Tảo vẫn chưa thống nhất.Gần đây nhiều tác giả thường xếp nhóm tảo vào 9 ngành sau đây tùy thuộc vào thành phần cấu tạo, thành phần sắc tố, đặc điểm hình thái, đặc điểm sinh sản [28]:

1 Ngành tảo Lục (Chlorophyta)

2 Ngành tảo Trần (Englenophyta)

3 Ngành tảo Giáp (Pyrophyta)

4 Ngành tảo Khuê (Bacillareonphyta)

5 Ngành tảo Kim (Chrysophyta)

6 Ngành tảo Vàng (Xantophyta)

7 Ngành tảo Nâu (Phaecophyta)

8 Ngành tảo Đỏ (Rhodophyta)

9 Ngành tảo Lam (Cyanophyta)

Trong đó, ba ngành có giá trị kinh tế cao là tảo Lục, tảo Nâu, tảo Đỏ(Tierney, Croft, & Hayes, 2010)

Ngành tảo Lục: có trên dưới 360 chi và hơn 5700 loài, phần lớn sống trong nước ngọt, nét đặc trưng của loài tảo này là có màu lục

Hình 1.1 Hình thái về tảo Lục

Ngành tảo Nâu: có trên 190 chi, hơn 900 loài, phần lớn sống ở biển, số chi, loài tìm thấy trong nước ngọt không nhiều lắm

Hình 1.2 Hình thái của tảo Nâu

Ngành tảo Đỏ: tảo Đỏ là những loại tảo biển khi tươi có màu hồng lục, hồng tím, hồng nâu Khi khô tùy theo phương pháp chế biến chuyển sang màu nâu hay nâu vàng đến vàng Tảo Đỏ có 2500 loài, gồm 400 chi, thuộc nhiều họ, phần lớn sống ở biển

Hình 1.3 Hình thái của tảo Đỏ Phân bố

Tảo có mặt ở khắp nơi trên trái đất, từ đỉnh núi cao cho tới biển sâu, thậm chí ở cả độ sâu khoảng 200m dưới biển nếu như nước biển ở đó rất sạch [7] Những loài tảo sống trong các thủy vực được gọi là tảo phù du (phytoplankton) còn những tảo sống bám đáy thủy vực, bám trên các vật sống hay các thành tàu thuyền được gọi là tảo đáy (Phytobentos) Tảo bao gồm các tảo đơn bào (Protista) và các loại có kích thước lớn như của tảo đỏ, tảo nâu và tảo lục Tảo mọc thành từng đám lớn, làm nơi trú ngụ và làm thức ăn cho sự đa dạng của cá

và nhiều động vật không xương sống khác Một số tảo biển là thức ăn của con người

Các TB tảo quang hợp nhỏ và vi khuẩn lam trôi nổi trong nước được gọi là các thực vật phù du là mắt xích đầu tiên của chuỗi thức ăn của các sinh vật dị dưỡng ở đại dương cũng như ở nước ngọt Dạng tảo cộng sinh với nấm thành Địa y cũng là dạng phân bố rất rộng rãi và nhiều loài đã được khai thác dùng làm dược phẩm, nước hoa, phẩm nhuộm và các mục đích kinh tế khác (hiện đã biết tới 20.000 loài Địa y thuộc 400 chi khác nhau) [27]

Phương thức dinh dưỡng của tảo được phân thành hai loại chính: quang tự dưỡng (photoautotrophy) và dị dưỡng (heterotrophy) Dạng trung gian của hai hình thức trên là tạp dưỡng (mixotrophy) [2] Những tảo sống trên bề mặt thì cần ánh sáng để quang hợp Quá trình quang hợp sử dụng CO2 và ánh sáng mặt trời

để tạo ra các vật chất hữu cơ Ở dạng tạp dưỡng, quang hợp vẫn là quá trình cơ bản để tạo chất hữu cơ nhưng trong một số trường hợp, tảo sử dụng được cả các chất hữu cơ có sẵn

1.1.2.3 Đặc điểm sinh trưởng và sinh sản

 Pha chậm hoặc pha cảm ứng (1): Tảo sinh trưởng chậm, mật độ TB tăng ít

do phải thích nghi dần với mối trường sống mới

 Pha sinh trưởng theo hàm số mũ (2): Ở pha này mật độ TB tăng nhanh

 Pha giảm tốc độ sinh trưởng (3): Sự phân chia TB sẽ chậm lại khi các chất dinh dưỡng, ánh sáng, độ pH, CO2 hoặc các yếu tố lý hóa khác bắt đầu hạn chế sự sinh trưởng

 Pha ổn định (4): Mật độ TB tương đối ổn định, không thay đổi do các yếu

tố hạn chế và tốc độ sinh trưởng ở trạng thái cân bằng

 Pha tàn lụi (5): Chất lượng môi trường trở nên xấu đi, các chất dinh dưỡng suy kiệt tới mức không thể duy trì được sự sinh trưởng Mật độ TB giảm mạnh

Sinh sản

Một số cấu trúc dạng tản của tảo mà chúng ta thường gặp là cấu trúc moonat, cấu trúc palmella, cấu trúc hạt, cấu trúc sợi, cấu trúc dạng bản và cấu trúc ống (siphon) Nhìn chung tảo có 3 phương thức sinh sản là sinh sản sinh dưỡng, sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính [3] Nhiều tảo có sự xen kẽ thế hệ

 Sinh sản sinh dưỡng: Được thực hiện bằng những phần riêng rẽ của cơ thể, không chuyên hóavề chức phận sinh sản

• Ở các tảo đơn bào, sinh sản sinh dưỡng thực hiện bằng cách phân đôi

 Sinh sản vô tính: Được thực hiện bằng các bào tử chuyên hóa, có roi (bào

tử động) hay không roi (bào tử bất động), hình thành trong túi bào tử, về sau bào tử nảy mầm thành tản mới

 Sinh sản hữu tính: Được thực hiện bằng sự kết hợp của những TB chuyên hóa gọi là giao tử, hình thành trong các túi giao tử đơn bào.Dựa vào mức

độ giống hay khác nhau của các giao tử mà có 3 hình thức sinh sản hữu tính: đẳng giao, dị giao và noãn giao.Ở một số tảo còn có quá trình sinh sản hữu tính đặc biệt theo lối tiếp hợp giữa hai TB sinh dưỡng và không tạo thành giao tử (ở Tảo xoắn) Một số tảo có sự xen kẽ thế hệ trong quá trình sống Sự xen kẽ thế hệ có thể là đẳng hình hay dị hình.

Tảo là nguồn thực phẩm chức năng quan trọng cho người và động vật nuôi Bất kì một loại protein đơn bào nào cũng phải trải qua thử nghiệm cẩn thận trước khi trở thành thức ăn cho người hoặc động vật

Vào những năm gần đây việc sử dụng tảo làm nguồn dinh dưỡng cho con người đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học, nhà sản xuất và người tiêu dùng Sinh khối tảo có giá trị dinh dưỡng cao và không có độc tố Nhưng hiện nay việc sử dụng tảo làm nguồn thực phẩm còn gặp nhiều hạn chế vì giá thành sản xuất cao, thử nghiệm dinh dưỡng chưa đủ thuyết phục, thiếu cơ chế kiểm tra chất lượng thường xuyên và thói quen sử dụng các loại thức ăn truyền thống của người tiêu dùng Trong tương lai, tảo hứa hẹn là nguồn thực phẩm sử dụng phổ biến cho mọi gia đình

1.1.3.2 Sản xuất nhiên liệu sinh học (NLSH)

Nhiều quốc gia và các công ty lớn trên thế giới đã đầu tư cho các nỗ lực nghiên cứu nhằm tối ưu hóa công nghệ sản xuất NLSH từ tảo, giảm xuống tối thiểu chi phí sản xuất, khiến cho công nghệ sản xuất này trở nên khả thi về mặt thương mại Ở nhiều nơi người ta nuôi trồng tảo với lượng lớn để sản xuất etanol sinh học, điezen sinh học, butanol sinh học và các loại NLSH khác [4]

Những lợi ích của việc sản xuất NLSH từ tảo là:

 Hoạt động nuôi trồng tảo chỉ có những tác động tối thiểu đối với nguồn nước

 NLSH từ tảo có thể được sản xuất bằng cách sử dụng nước thải hoặc nước biển

 NLSH từ tảo có thể phân hủy sinh học và vô hại đối với môi trường, ngay

cả khi bị đổ vãi

1.1.3.3 Khai thác các chất có hoạt tính sinh học

Hiện nay, các sản phẩm và dich chiết từ sinh khối tảo đã có một vị trí nhất định trên thị trường Tảo được coi là nguồn tiềm năng trong việc khai thác các hoạt chất có hoạt tính sinh học như PUFAs, chất chống oxy hóa, các protein cảm nhiệt, vitamin, các sắc tố

 Vitamin

Các loài tảo được dùng để khai thác vitamin, chủ yếu là vitamin hòa tan trong nước ở tảo lam, tảo lục và tảo silic Hàm lượng vitamin trong sinh khối tảo phụ thuộc vào kiểu gen, chu trình sinh trưởng, điều kiện nuôi trồng và các thao tác di truyền Hiện nay ở Đài Loan và Nhật Bản các chủng tảo Chlorella và Porphyridium được nuôi trồng tạp dưỡng trong hệ thống kín để sản xuất vitamin (Đặng Đình Kim, 1999)

 Axit béo không bão hòa

Tảo đơn bào chứa nhiều chất béo với hàm lượng rất cao dao động trong khoảng

từ 20- 40% TLK Nguồn PUFAs tách từ tảo đang được coi là lợi thế hơn so với các nguồn truyền thống như dầu cá vì không có mùi khó chịu hay sự tích lũy các kim loại nặng Ở châu Âu, các PUFAs tách từ tảo đã được tinh chế và bổ sung vào sữa bột cho trẻ Các loại mỹ phẩm có chứa lipit dạng kem hoặc dạng dung dịch với hai tác dụng vừa bảo vệ và chăm sóc da đang dần chiếm lĩnh thị trường (Gross và Pulz, 2004)

 Chất chống oxy hóa

Tảo cũng giống như các thực vật bậc cao, có khả năng thích nghi với các điều kiện khắc nghiệt của môi trường Hầu hết các tảo là sinh vật quang dưỡng, thường xuyên chịu tác động của ánh sáng mạnh, lượng oxy cao và các yếu tố bất lợi khác Do vậy, để thích nghi và tồn tại, các hệ thống bảo vệ cơ thể được củng

cố, nhằm chống lại quá trình oxy hóa và các yếu tố gây stress Cơ chế bảo vệ

ởtảo cho phép ngăn chặn sự tích lũy các gốc tự do và phản ứng oxy hóa Nhờ vậy nó có thể chống lại những tác động gây hại đến TB Các vitamin, superoxy dismutase (SOD), catalaza và glutation peoxydase Dunaliella,Haematococcus pluvialis và Porphyridium cruentum đang là nguồn khai thác β- carotene, astaxanthin và SOD (Đặng Đình Kim, 1999; Gross và Pulz, 2004)

1.1.3.4 Ứng dụng trong xử lý môi trường

Xử lí nước thải

So với các phương pháp xử lý nước thải truyền thống, việc sử dụng tảo để

xử lý nước thải có những lợi ích quan trọng như sau [4]

 So với các quy trình xử lý bùn và các quy trình xử lý thứ cấp khác, sử dụng tảo là phương pháp chi phí thấp để loại bỏ các hợp chất phosphat cũng như các hợp chất nito và các mầm bệnh

 Các quy trình xử lý nước thải bằng tảo sản xuất ra oxy cần thiết cho các

VK ưa khí

 Các cơ sở xử lý nước thải bằng tảo tạo ra bùn là sinh khối tảo với hàm lượng năng lượng cao, có thể được xử lý tiếp để sản xuất phân bón hoặc NLSH

 Sinh khối tảo là nguồn nguyên liệu cho sản xuất điezen sinh học

Hình 1.5 Sản phẩm nhựa được sản xuất từ tảo

Các ứng dụng thân thiện với môi trường khác của tảo

 Tảo có thể sử dụng để thu giữ phân bón trong nước thải nông nghiệp Sau khi thu hoạch, tảo lại được làm phân bón

 Tảo không cạnh tranh về đất canh tác Khi nuôi trồng tảo người ta có thể

sử dụng nước thải mà không cần sử dụng nguồn nước nông nghiệp

 Tảo không phụ thuộc vào các điều kiện mùa vụ Tảo có thể phát triển tốt ở bất cứ nơi nào có khí hậu ấm và nhiều ánh nắng Mặt trời

 Tảo có thể được nuôi trồng trong điều kiện khắc nghiệt như trên sa mạc trong nước thải và nước có chứa các hợp chất photsphat, nitrat hoặc các chất nhiễm độc khác

 Tảo giúp lấy CO2 ra khỏi không khí nên các trại nuôi trồng tảo có thể được đặt gần các nhà máy nhiệt điện hoặc các nhà máy thải CO2

Hình 1.6 Hệ thống nuôi tảo qui mô lớn 1.2. Tảo nâu Undaria pinnatifida

Họ: Alariaceae Chi: Undaria

Loài: U.pinnatifida

1.2.2 Đặc điểm hình thái và cấu trúc của tảo nâu U.pinnatifida

U.pinnatifida là một loài tảo biển nâu lớn thuộc trật tự Laminariales,U

pinnatifida có thể đạt chiều dài tổng thể từ 1-3 mét và bao gồm một lá bào tử dạng xoắn ốc, các cơ quan sinh sản của tảo biển, một gân giữa của phiến lá và cuống lá của tảo biển

Hình 1.7 Cấu trúc của tảo nâu U.pinnatifida

1.2.3 Tình hình sử dụng

U.pinnatifida có giá trị dinh dưỡng cao, chứa hàm lượng canxi, iod, thiamin, niacin, sắt, vitamin B12 và protein Nó cũng là một nguồn giàu các axit eicosapentaenoic, axit béo omega-3 và polysaccharides Fucoxanthin có trong

nhiều trong việc giảm béo phì [17] Trong Đông y, U.pinnatifida được sử dụng

để lọc máu, sức khỏe đường ruột, da, tóc, cơ quan sinh sản,…[16]

thực phẩm cả dạng tươi và khô.Ở các nước Đông Á tảo biểnU.pinnatifida được

gọi là wakame và được coi là một món ăn, thường được thêm vào súp miso Ở Hàn Quốc, wakameđược sử dụng trong món salad hoặc súp miyeokguk Nhiều phụ nữ trong thời kì mang thai sử dụngmiyeokgukvì nó chứa một hàm lượng canxi và iod, chất dinh dưỡng quan trọng Ở châu Âu, nó cũng được sử dụng trong một loạt các liệu pháp làm đẹp tại chỗ và các sản phẩm chăm sóc cơ thể,

do thành phần polysaccharide cao và khả năng cung cấp độ ẩm

nước trong đó bao gồm Pháp, Ý, Anh, Tây Ban Nha, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, New Zealand, Australia, Canada, và Hoa Kỳ Sản phẩm y tế và chăm

sóc cơ thể chứa U.pinnatifida như một thành phần tất yếu bao gồm:

 dầu gội đầu, chăm sóc tóc, sản phẩm chăm sóc tay và chân

 sữa tắm, sữa rửa mặt, các loại kem ban ngày và ban đêm

Quốc và Đông Nam nước Nga U.pinnatifida đã có mặt ở khắp nơivì bám dưới

các thân tàu, phạm vi của nó được lan rộng ra bốn châu lục kể từ năm 1980 Hiện nay, nó đang phát triển trong ôn đới Thái Bình Dương, ôn đới đông nam Ấn Độ Dương, Địa Trung Hải, phía bắc ôn đới và phía nam Đại Tây Dương Những

quốc gia có U.pinnatifida xuất hiện từ những năm 1980 bao gồm Argentina, Hoa

Kỳ, Mexico, Pháp, Anh, Tây Ban Nha, Ý, Bỉ, Australia và New Zealand

1.2.5 Thành phần dinh dưỡng

Bảng 1.1 Giá trị dinh dưỡng của tảo nâu U.pinnatifida trên 100 gam

Giá trị dinh dưỡng trên 100 g

tử có cấu trúc tương tự nhưβ-carotene và vitamin A Fucoxanthinhấp thụ ánh sáng chủ yếu trong các màu xanh-màu xanh lá cây để phần màu vàng-xanh của quang phổ nhìn thấy, hấp thụ đáng kể trong khoảng từ 450 đến 540 nm.Một số nghiên cứu dinh dưỡng đượcthực hiện trên chuột cho thấy rằng fucoxanthin thúc đẩy đốt cháy chất béo trong các TB mỡtrắng bằng cách tăng sự biểu hiện của thermogenin Fucoxanthin là một thành phần của chế độ ăn uống đem lại lợi ích sức khỏe của người Nhật Bản [11,13].

Fucoxanthin có thể được tìm thấy trong các loài tảo biển sau:

• Myagroides Myagropsis với 9,01 mg/g [11]

• Dictyota coriacea với 6,42mg / g [11]

• Himanthalia elongate [25]

• Hijikia fusiformis (Hijiki) [8]

• Laminaria japonica (Ma-Kombu) [8].

• Ecklonia cava [11]

• Các họ Sargassum (fulvellum, coreanum, hemiphyllum, horneri, vv) [8,11]

• Phaeodactylum tricornutum (vi tảo) với 15,42-16,51 mg / g [15]

• Odontella aurita (vi tảo) với 6,34- 20,63mg/g trọng lượng khô tùy thuộc

vào khả năng cung nitơ [26]

Ngoài ra, fucoxanthincũng được tìm thấy với số lượng nhỏ hơn nhiều trong

tảo đỏ (loại thường được sử dụng ở dạng cuộn sushi Nhật Bản) và tảo biển xanh.Fucoxanthin được tìm thấy với nồng độ cao trong tảo biển nên đem lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người ngay cả việc bổ sung các sản phẩm của nó trong chế độ ăn

Cấu trúc

Fucoxanthin thuộc tính cấu trúc giống với lớp carotenoid các chất dinh dưỡng như β-carotene (so sánh tiêu chuẩn) và các dẫn xuất thú vị hơn như Astaxanthin Tuy nhiên, Fucoxanthin có xu hướng được quan tâm nhiều hơn do nó cócấu trúc riêng biệt bao gồm một liên kết bất thường allenic, nhóm epoxide và nhóm

cacbonyl liên hợp trong chuỗi polyene với đặc tính chống oxy hóa

Hình 1.8 Cấu trúc Fucoxanthin

Có một số phân tử có liên quan được coi là chất chuyển hóa của Fucoxanthin nhưng không phải là từ sự trao đổi chất của con người, mà là sự trao đổi chất của các nguồn thực vật của Fucoxanthin, chẳng hạn như halocynthiaxanthin [21]

Các tính chất của Fucoxanthin

Fucoxanthin hòa tan trong chất béo [19] do đó sự hấp thụ của nó là tăng

sự có mặt của các axit béo (nó đã được chứng minh bằng cách trộn với

triglycerides chuỗi trung bình ở mức 0,9% của các chế độ ăn uống ở chuột) [19] Fucoxanthinlà một phi vitamincarotenoid (tức là một carotenoid mà không tạo thành vitaminA trong cơ thể) Fucoxanthin đã được ghi nhận giảm stress oxy hóa [10] và các hoạt động enzyme chống oxy hóa ở chuộtgây nên bởi thiếu vitamin

dạ dày

Hoạt động chống bệnh tiểu đường

Hiện nay Fucoxanthin trong tảo nâu đã được chứng minh có kết quả tốt trong việc chống bệnh tiểu đường Hơn nữa, sự hấp thu chất béo trung tính của tảo biển cũng được đánh giá cao về có kết quả tốt với bệnh tiểu đường

Hoạt động chống oxy hóa

Tảo biển có khả năng giữ gìn da khỏi tác hại dẫn đến do tiếp xúc với tia tử ngoại B từ ánh sáng mặt trời Tác động tích cực là do chất Fucoxanthin trong tảo biển và chất này cũng hỗ trợ đề phòng các tổn thương TB và nâng cao tỷ lệ sống của các TB đã bị tác động xấu Fucoxanthin còn là chất chống oxi hóa, bảo vệ da khỏi ánh nắng, sự hình thành nếp nhăn và là một thành phần được sử dụng trong ngành công nghiệp mỹ phẩm để sản xuất một số loại kem chống nắng Nhiều nghiên cứu kỹ được tiến hành điều tra tác động của thành phần sản xuất từ tảo

biển có thể chống lại tiếp xúc với bức xạ gamma