Ứng dụng sóng siêu âm cho trích ly các hoạt chất chống oxy hóa từ rong Mơ Việt Nam.

Việc tách chiết và ứng dụng các hợp chất từ thiên nhiên có lợi cho con người đã được thực hiện trong nhiều ngành như: thực phẩm, xây dựng, dệt may… Trong đó, việc ứng dụng khoa học vào n

DƯƠNG THU LAN

Tên đề tài:

ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM CHO TRÍCH LY CÁC HOẠT CHẤT

CHỐNG OXY HÓA TỪ RONG MƠ VIỆT NAM

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo: Chính quy

Chuyên ngành: Công nghệ sau thu hoạch

2 ThS NGUYỄN ĐỨC TIẾN

Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch

DƯƠNG THU LAN

Tên đề tài:

ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM CHO TRÍCH LY CÁC HOẠT CHẤT

CHỐNG OXY HÓA TỪ RONG MƠ VIỆT NAM

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Công nghệ sau thu hoạch Khoa : Khoa CNSH & CNTP Khóa học : 2011-2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là trung thực

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận này đã được cám ơn và các thông tin được trích dẫn trong khóa luận này đã được ghi rõ nguồn gốc

Thái Nguyên, ngày 29 tháng 5 năm 2015

Sinh viên

Dương Thu Lan

LỜI CẢM ƠN

Có được kết quả nghiên cứu này, tôi xin trình bày lòng biết ơn sâu sắc đến: ThS Nguyễn Đức Tiến - Trưởng Bộ môn Nghiên cứu Phụ phẩm và Môi trường nông nghiệp thuộc Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ Sau thu hoạch, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ, động viên, khuyến khích tôi rất tận tình và chu đáo trong những lúc khó khăn, truyền cho tôi kiến thức và kinh nghiệm quý báu để tôi hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

ThS Trần Thị Lý và các thầy cô giáo khác trong Bộ môn Công nghệ thực phẩm - Khoa Công nghê sinh học và Công nghệ thực phẩm - trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã giúp đỡ, hỗ trợ về kiến thức và có những góp ý sâu sắc trong thời gian tôi 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

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình và những người thân đã luôn ở bên động viên tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài này

Tôi cũng xin cảm ơn bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi, chia sẻ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài tốt nghiệp

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ quý báu trên

Thái Nguyên, ngày 29 tháng 05 năm 2015

Sinh viên

Dương Thu Lan

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Hàm lượng các nguyên tố khoáng trong một số loài rong Mơ ở Hòn

Chồng - Nha Trang 6Bảng 2.2: Diện tích, năng suất và mùa vụ rong Mơ theo vùng biển một số tỉnh của

Việt Nam 9Bảng 2.3: Các dịch chiết lipid thu được từ rong biển tươi Undaria pinnatifida bằng

các phương pháp khác nhau 22Bảng 4.1: Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi tới khả năng trích ly

fucoxanthin 43Bảng 4.2: Ảnh hưởng của thời gian trích ly tới hàm lượng fucoxanthin trong dịch

trích ly 44Bảng 4.3: Ảnh hưởng của cường độ sóng siêu âm tới khả năng trích ly fucoxanthin 45Bảng 4.4: Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến khả năng trích ly fucoxanthin 46Bảng 4.5: Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi tới nồng độ fucoidan,

phlorotannin trong dịch trích ly 47Bảng 4.6: Ảnh hưởng của thời gian trích ly tới lượng fucoidan và phlorotannin

trong dịch trích ly 48Bảng 4.7: Ảnh hưởng của cường độ siêu âm tới khả năng trích ly fucoidan và

phlorotannin 49Bảng 4.8: Ảnh hưởng của thời gian siêu âm tới khả năng trích ly fucoidan và

phlorotannin 50

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: Rong Mơ 5

Hình 2.2: Cấu trúc phân tử của fucoxanthin 9

Hình 2.3: Các dạng chuyển hoá của fucoxanthin 10

Hình 2.4: Con đường chuyển hóa sinh học của fucoxanthin 11

Hình 2.5: Đơn vị cấu trúc của fucoidan; liên kết 1,3 15

Hình 2.6: Cấu trúc hóa học của các nhóm phlorotannin 20

Hình 2.7: Quá trình hình thành, phát triển và vỡ của bọt khí trong môi trường lỏng 29

Hình 2.8: Sơ đồ cấu tạo thiết bị siêu âm 31

Hình 4.1: Sơ đồ quy trình trích ly fucoxanthin, fucoidan và phlorotannin từ rong Mơ 52

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Tên viết tắt Tên đầy đủ

12-DS : 12-doxyl-stearic AADH : 2,2-azo-bis-2-amidinopropane dihydrochloride

CT : Công thức DME : Dimethyl ether DPPH : 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl EtOH : Ethanol

MeOH : Methanol

NK : Natural killer

S : Sargassum

MỤC LỤC

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích - yêu cầu 2

1.2.1 Mục đích 2

1.2.2 Yêu cầu 2

1.3 Ý nghĩa của đề tài 3

1.3.1 Ý nghĩa khoa học 3

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Giới thiệu chung về rong Mơ 4

2.1.1 Nguồn gốc, sự phân bố và đặc điểm phân loại rong Mơ 4

2.1.2 Thành phần hóa học của rong Mơ 6

2.1.3 Giá trị của rong Mơ 7

2.1.4 Tình hình khai thác, tiêu thụ rong Mơ ở nước ta 8

2.2.Giới thiệu về các hoạt chất chống oxy hóa fucoxanthin, fucoidan và phlorotannin trong rong Mơ 9

2.2.1 Hoạt chất fucoxanthin 9

2.2.2 Hoạt chất fucoidan 15

2.2.3 Hoạt chất phlorotannin 19

2.2.4 Tình hình nghiên cứu hợp chất chống oxy hóa fucoxanthin, fucoidan và phlorotannin trong nước và ngoài nước 22

2.3 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình trích ly 28

2.3.1 Khái niệm trích ly 28

2.3.2 Sóng siêu âm 28

2.3.3 Cơ sở khoa học của quá trình trích ly fucoxanthin, fucoidan và phlorotannin từ rong Mơ 31

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 33

3.1.2 Vật liệu nghiên cứu 33

3.1.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 33

3.2 Nội dung nghiên cứu 33

3.3 Phương pháp phân tích và đo đạc 34

3.3.1 Xác định độ ẩm theo phương pháp sấy đến khối lượng không đổi 34

3.3.2 Xác định hàm lượng fucoxanthin [49] 35

3.3.3 Xác định hàm lượng phlorotannin [51] 35

3.3.4 Xác định hàm lượng fucoidan [12] 36

3.3.5 Hiệu suất trích ly 36

3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm 37

3.4.1 Bố trí thí nghiệm 37

3.4.2 Phương pháp xử lý số liệu 42

PHẦN 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43

4.1 Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly fucoxanthin 43

4.1.1 Xác định ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi đến khả năng trích ly fucoxanthin 43

4.1.2 Xác định ảnh hưởng của thời gian trích ly tới môi đến quá trình trích ly fucoxanthin 44

4.1.3 Xác định ảnh hưởng của cường độ sóng siêu âm tới khả năng trích ly fucoxanthin 45

4.1.4 Xác định ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến khả năng trích ly fucoxanthin 46

4.2 Xác định các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng quá trình ly fucoidan và phlorotannin 47

4.2.1 Xác định ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi đến quá trình trích ly fucoidan và phlorotannin 47

4.2.2 Ảnh hưởng của thời gian trích ly tới hàm lượng fucoidan, phlorotannin 48

4.2.3 Xác định ảnh hưởng của cường độ siêu âm tới khả năng trích ly fucoidan và phlorotannin 49

4.2.4 Xác định ảnh hưởng của thời gian siêu âm tới khả năng trích ly fucoidan và

phlorotannin 50

4.3 Bước đầu xây dựng quy trình trích ly fucoxanthin, fucoidan và phlorotannin từ rong Mơ Việt Nam 52

PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 54

5.1 Kết luận 54

5.2 Đề nghị 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng tăng cao Con người không chỉ quan tâm đến “ăn no, mặc ấm” như trước kia nữa Hiện nay, thực phẩm không chỉ duy trì sự sống, cung cấp dinh dưỡng cho con người mà còn

có khả năng tăng cường sức đề kháng, ngăn ngừa nguy cơ gây bệnh, giảm thiểu các bệnh mãn tính, kéo dài tuổi thọ cho người tiêu dùng… Do đó những thực phẩm, vật dụng có hại cho sức khỏe dần bị loại bỏ thay vào đó là các sản phẩm được sản xuất

từ các thành phần chiết xuất từ thiên nhiên Nhu cầu của con người là một trong những động lực để thúc đẩy các nhà khoa học, nhà sản xuất tìm tòi, sáng tạo ra nhiều sản phẩm mới

Việc tách chiết và ứng dụng các hợp chất từ thiên nhiên có lợi cho con người

đã được thực hiện trong nhiều ngành như: thực phẩm, xây dựng, dệt may… Trong

đó, việc ứng dụng khoa học vào ngành công nghiệp thực phẩm đóng vai trò quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của con người Hiện nay, có rất nhiều hợp chất được chiết xuất từ thiên nhiên đã được nghiên cứu và ứng dụng vào đời sống Trong số đó không thể không kể đến các hợp chất chống oxy hóa Các chất này có vai trò rất quan trọng trong việc hạn chế hình thành các gốc tự do từ đó làm giảm nguy cơ lão hóa, phòng ngừa các bệnh như: ung thư, béo phì, tiểu đường… Việt Nam có hệ thực vật, động vật vô cùng phong phú Hệ sinh vật biển góp phần tạo nên sự phong phú và giàu có ấy Với lợi thế bờ biển dài 3260km, điều kiện khí hậu thuận lợi nên rất thích hợp cho khai thác thủy hải sản ngoài những sản phẩm động vật như: cá, tôm, cua, mực… thì các sản phẩm có nguồn gốc thực vật từ biển cũng rất có giá trị, trong đó rong Mơ là loại sản phẩm biển có giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao

Rong Mơ (Sargassum) có chứa nhiều thành phần dinh dưỡng như các muối vô

cơ (trong đó có nhiều iod, kali), protein, lipid, alginic acid, đặc biệt là trong rong

Mơ có chứa nhiều hoạt chất chống oxy hóa như fucoxanthin, phlorotannin và

fucoidan Việt Nam là một trong những nước có nguồn rong Mơ đa dạng và có hoạt tính mạnh nhất thế giới Đây là nguồn tài nguyên dồi dào cho các nghiên cứu về các hợp chất chống oxy hóa phục vụ nhu cầu con người Mặt khác, hiện nay trên thế giới cũng như trong nước đã có nhiều công trình tách chiết riêng lẻ fucoxanthin, fucoidan, phlorotannin, mannitol… nhưng chưa có công bố nào về việc xây dựng quy trình tách chiết đồng thời các chất chống oxy hóa có trong rong Mơ

Có nhiều phương pháp chiết xuất các hợp chất chống oxy hóa từ truyền thống đến 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 các chất là một kỹ thuật hiện đại góp phần khắc phục một số nhược điểm của phương pháp truyền thống như giảm lượng dung môi, giảm thời gian chiết, thân thiện với môi trường Ứng dụng sóng siêu âm trong thực phẩm là một công nghệ mới, trên thế giới có nghiều công trình nghiên cứu đã áp dụng và cho kết quả cao Tuy nhiên, ở Việt Nam các công trình nghiên cứu sử dụng sóng siêu âm chiết xuất các hoạt chất chống oxy hóa từ rong Mơ còn rất mới mẻ

Xuất phát từ thực tế trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng sóng

siêu âm cho trích ly các hoạt chất chống oxy hóa từ rong Mơ Việt Nam”

Nội dung 1: Xây dựng được quy trình trích ly fucoxanthin từ rong Mơ Việt Nam

- Xác định ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi tới khả năng trích ly fucoxanthin từ rong Mơ Việt Nam

- Xác định thời gian trích ly tới khả năng trích ly fucoxanthin từ rong Mơ Việt Nam

- Xác định ảnh hưởng của cường độ xử lý sóng siêu âm tới khả năng trích ly fucoxanthin từ rong Mơ Việt Nam

- Xác định ảnh hưởng của thời gian xử lý sóng siêu âm tới khả năng trích ly fucoxanthin từ rong Mơ Việt Nam

Nội dung 2: Xây dựng được quy trình trích ly fucoidan và phlorotannin từ rong Mơ

Nội dung 3: Thu nhận chế phẩm rong Mơ thô sau trích ly

1.3 Ý nghĩa của đề tài

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu chung về rong Mơ

2.1.1 Nguồn gốc, sự phân bố và đặc điểm phân loại rong Mơ

2.1.1.1 Phân loại thực vật của rong Mơ

Giới (Regnum): Chromalveolata

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, Quảng Ninh Năng suất ở các vùng tập trung đó có khi lên đến 7 kg/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 [4]

Ở khu vực miền Trung, rong Mơ là loài chiếm số lượng lớn nhất, chiếm 98% tổng trữ lượng của các bãi rong, mật độ cây trung bình 43,8 ± 20,2 cây/m2 và khối lượng trung bình đạt 456 ± 64,2 g khô /m2

[14]

2.1.1.3 Đặc điểm thực vật học của rong Mơ

Rong có kích thước lớn, dài đến 4 mét hay có khi trên 6 – 8 mét, rong dài hay ngắn tùy loài và tùy điều kiện môi trường Chúng bám vào vật bám nhờ đĩa bám hay hệ thống rễ bò phân nhánh Thân rong gồm một trục chính rất ngắn, đa số

– 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, nơi phân bố Trên các nhánh có các cơ quan dinh dưỡng gần giống như lá là các túi chứa đầy không khí gọi là phao Nhờ có hệ thống phao luôn giữ cho rong ở vị trí thẳng đứng trong môi trường biển Phao hình cầu hay hình bầu du ̣c , kích thước phao thay đổi tùy theo từng loại rong : loại nhỏ nhất dài khoảng 0,2 cm, đường kính khoảng 0,1 cm; loại to nhất dài khoảng 1 cm, đườ ng kính khoảng 0,6 cm, màu đỏ nâu đến nâu đen, trong chứa đầy khí [11] Các loài rong Mơ chủ yếu sinh sản theo hình thức sinh sản hữu tính để tạo thành các bãi rong Đa số các loài rong Mơ có cơ quan sinh sản đực và cái trên hai cây khác nhau (cây khác gốc), một số khác cùng cây (cùng gốc) Khi rong đạt kích thước và chiều dài tối đa chúng sẽ mọc ra các nhánh ngắn gọi là nhánh có chứa các cơ quan sinh sản Giao tử đực còn gọi là tinh trùng sẽ được phóng thích khỏi giao tử đực và có khả năng bơi lội Giao tử cái gọi là trứng hay noãn cầu cũng sẽ được phóng thích khỏi giao tử cái Sự thụ tinh chỉ xảy ra với các giao tử đã được phóng thích [11]

Hình 2.1: Rong Mơ

2.1.2 Thành phần hóa học của rong Mơ

Thành phần chính trong rong Mơ là các polysaccharide (cellulose, alginate, laminaran, fucoidan…), ngoài ra còn có mannitol, gibberellin, cytokinin… cùng với nhiều loại vitamin khác Trong đó, hai thành phần chủ yếu trong rong Mơ là acid alginic (chiếm khoảng 20 – 30% trọng lượng khô) và manitol (hàm lượng từ 7 – 10% trọng lượng khô) Hàm lượng protein trong rong Mơ chiếm khoảng 5 – 15% Tổng lượng khoáng có từ 20 – 40% với đầy đủ các nguyên tố khoáng cần thiết cho

cơ thể sinh vật, trong đó là iod với hàm lượng từ 0,08 – 0,34% Ngoài ra rong Mơ còn chứa các phospholipid và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác [11]

Khi nghiên cứu về thành phần hóa học của loài Sargassum naozhouense (tính

theo trọng lượng khô) các nhà khoa học đã thấy rằng hàm lượng protein 11,20%, chất khoáng 35,18%; lipid 1,06%; carbohydrate tổng số 47,73%; tổng carbohydrate tan trong nước 29,74%; polysaccharide tan trong nước 21,01% và chất xơ tổng số 4,83% [32]

Trong rong Mơ có chứa nhiều nguyên tố hóa học như: Al, Si, Mg, Ca, Sr, Ba,

fe, V, Mn, Ti, Co, Ni, Cr, Sn, Ag, Bi, Cu, Pb, Zn, Na, K… Rong Mơ có khả năng đặc biệt là tích lũy hàng loạt các nguyên tố hóa học, vì vậy nồng độ các nguyên tố này trong tro của chúng có thể gấp nhều lần so với trong nước biển [6]

Bảng 2.1: Hàm lƣợng các nguyên tố khoáng trong một số loài rong Mơ

Theo bảng kết quả trên nguyên tố Mg có hàm lượng cao nhất và biến động khá lớn từ 2,92 đến 9,45 × 10-3

g/g tùy loài Tiếp đến là Fe 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 như Na, K, Ca, rong Mơ có nét đặc sắc ở chỗ nó tập trung khá lớn nguyên tố Strongti (cỡ 10-3

g/g) [5]

2.1.3 Giá trị của rong Mơ

2.1.3.1 Vai trò của rong Mơ với tự nhiên

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

Mơ có khả năng làm sạch các chất thải phóng xạ trong môi trường nước [5]

2.1.3.2.Vai trò của rong Mơ với con người

Nguồn lợi mà rong Mơ đem lại cho thế giới rất lớn Từ lâu người Nhật Bản và Trung Quốc đã sử dụng rong Mơ như một thực phẩm quan trọng Các sản phẩm được khai thác lâu và phổ biến nhất từ chúng là mannitol (35000 tấn/năm), alginate (hàng triệu tấn/năm) [11] Mannitol được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm Mannitol có tác dụng ngăn ngừa hoặc điều trị dư thừa nước trong cơ thể Mannitol hiệu quả trong việc 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…

Thành phần được ứng dụng rất nhiều trong sản xuất là acid alginic Đây là loại nguyên liệu chính dùng để trích ly keo alginate, dùng trong nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp giấy, sơn, cao su, phim ảnh, mỹ phẩm, công nghiệp thực phẩm, hoặc làm phụ gia cho xi măng Keo alginate còn được ứ ng du ̣ng sản xuất dụng cụ trong ngành y (băng ga ̣c, chân tay giả,…)

Gần đây, các nhà khoa học phát hiện rong Mơ có chứa một số thành phần quan trọng là fucoxanthin, phlorotannins, fucoidan,… với những hoạt tính sinh học quý như: chống ung thư, giảm mỡ nội tạng, chống cục máu đông, kháng khuẩn, kháng virut (kể cả virut HIV), chống nghẽn tĩnh mạch tạo ra một hướng đi mới cho nghiên cứu [52]

Rong Mơ có chứa hàm lượng lớn iod (0,25 – 0,35% khối lượng khô) cao hơn hàm lượng iod của thực vật ở đất liền vài trăm lần, chính vì vậy rong Mơ được sử dụng như một loại thuốc chữa bệnh bướu cổ Không những thế chúng còn cung cấp một số vitamin như A, B, C, D, E, K và hầu hết các acid amin không thay thế

2.1.4 Tình hình khai thác, tiêu thụ rong Mơ ở nước ta

Ở Việt Nam, rong Mơ tập trung ở phía Bắc ở vịnh Bắc Bộ, ở miền Trung và ven

bờ biển phía nam Việt Nam ở vịnh Thái Lan, trên vùng bãi triều nền cứng Mùa sinh trưởng đối với hầu hết các loài rong Mơ kéo dài từ tháng 11 đến tháng 6, loài rong Mơ sống ở vùng nước sâu thì phát triển quanh năm Thời gian thu tốt nhất là khoảng từ tháng

5 đến tháng 6 Sản lượng của rong Mơ Việt Nam trên 15000 tấn khô/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 đã bị khai thác ồ ạt, không khoa học Việc sử dụng bất hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên này dẫn đến sự giảm mạnh sản lượng rong

Mơ xuống nhiều lần, nếu không có biện pháp ngăn chặn thì sau một thời gian nữa rong

Mơ Việt Nam có thể hoàn toàn bị hủy diệt Sự triệt tiêu các bãi rong Mơ sẽ gây thảm họa cho toàn bộ vùng ven bờ biển của Việt Nam: 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 động vật giáp xác [10, 15]

Bảng 2.2: Diện tích, năng suất và mùa vụ rong Mơ theo vùng biển một số tỉnh

của Việt Nam [9]

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

2000000 m2, năng suất cao có thể lên tới 5,5 kg/m2, trữ lượng có thể khai thác hàng năm ước tính hơn 11000 tấn rong tươi Diện tích phân bố rong Mơ tại Khánh Hòa ước tính

là 1167,33 ha, trữ lượng 7302,12 tấn khô/năm, tập trung ở 4 khu vực chính: Vịnh Vân Phong, đầm Nha Phu, vịnh Nha Trang, vịnh Cam Ranh Số lượng loài ưu thế

tạo nên sinh lượng lớn ở các điểm khảo sát là 21 loài Trong đó có loài Sagarssum mcclurei có tần suất xuất hiện cao trên 95%, thường thấy ở phần lớn các bãi triều

ven bờ với độ sâu từ 1 đến 6 mét [9]

2.2.Giới thiệu về các hoạt chất chống oxy hóa fucoxanthin, fucoidan và phlorotannin trong rong Mơ

2.2.1 Hoạt chất fucoxanthin

2.2.1.1 Khái quát về fucoxanthin

Fucoxanthin là một carotenoid, có màu vàng nâu Cấu trúc đầy đủ của

fucoxanthin được xác định bởi Englert và cộng sự [22].

Hình 2.2: Cấu trúc phân tử của fucoxanthin [22]

Fucoxanthin có công thức phân tử là C42H58O6, trọng lượng phân tử là 658,91 g/mol, bị nóng chảy ở nhiệt độ 168°C

Cũng giống như các carotenoid khác, fucoxanthin là một hydocarbon không bão hòa, có hai hệ thống vòng ở đầu và cuối mạch Allene (C=C=C) là một cấu trúc

độc đáo trong các sản phẩm tự nhiên và được tìm thấy chủ yếu trong các carotenoid, đặc biệt fucoxanthin là một carotenoid allenic đầu tiên được tìm thấy trong rong Nâu Fucoxanthin tồn tại ở cả hai cấu hình cis và trans, trong đó cấu hình dạng trans (chiếm gần 80%) là đồng phân chính của fucoxanthin [25] và hỗn hợp đồng phân dạng cis (13-cis và 9-cis) [37] Cấu hình dạng trans của fucoxanthin nói chung là ổn định hơn so với dạng cis do tính lưỡng cực của các nhóm thế ở hai bên làm giảm sự cản trở về không gian của nó

Nakazawa và cộng sự (2009) đã nghiên cứu được dạng đồng phân trans của

fucoxanthin có sự hấp thu và tích hợp vào các tế bào chất béo nhanh hơn so với dạng cis Tuy nhiên, đồng phân cis được tìm thấy là có hiệu quả hơn trong việc ức chế các tế bào trên người bị bệnh bạch cầu so với dạng trans Fucoxanthin cũng tồn tại ở dạng khác, được tìm thấy trong các tế bào ruột của người và chuột sau khi tiêu thụ fucoxanthin [37]

Hình 2.3: Các dạng chuyển hoá của fucoxanthin [37]

2.2.1.2 Tác dụng sinh học của fucoxanthin

Hình 2.4: Con đường chuyển hóa sinh học của fucoxanthin [44]

Vào năm 2002, Surawara và cộng sự đã kiểm tra sự hấp thụ fucoxanthin trong các

tế bào Caco-2 Kết quả cho thấy, fucoxanthin và fucoxanthinol với nhóm acetyl thủy phân đã được tìm thấy và được xác định trong các tế bào Caco-2 Người ta cho rằng nhóm acetyl bị thủy phân bởi các hoạt động của enzyme esterolytic tồn tại trong đường tiêu hóa và fucoxanthinol tự do được hấp thụ Sự trao đổi chất của fucoxanthin đã được nghiên cứu trên chuột Mỗi con chuột được cho uống 40 nmol fucoxanthin trong một giờ và sau đó huyết tương của chúng được lấy đi phân tích Mặc dù không tìm thấy fucoxanthin nhưng chất chuyển hóa của nó là fucoxanthinol và amarouciaxanthin A đã được phát hiện Theo kết quả kiểm tra thì sau khi uống, fucoxanthin bị thủy phân thành fucoxanthinol bởi enzyme lipase từ dịch tụy, enzyme phân hủy các ester trong acid béo như ascholesterol esterase, hoặc esterase từ các tế bào biểu mô ruột non Sau đó fucoxanthin được hấp thụ bởi các tế bào biểu mô đường tiêu hóa, vận chuyển đến gan thông qua dịch bạch huyết và máu, và được chuyển hóa thành amaroucixanthin A [44]

a) Tác dụng chống oxy hóa

Hoạt động chống oxi hóa là một trong những đặc tính quan trọng của các fucoxanthin và nhiều tác dụng sinh học của chúng có liên quan đến khả năng loại bỏ các dạng oxi hoạt động, đó là một trong những phương thức cho hoạt động chống bệnh của fucoxanthin [48] Các nghiên cứu trước đó đã chỉ ra rằng fucoxanthin cũng là một tác nhân loại bỏ các gốc tự do có hiệu quả Các gốc tự do sử dụng để đánh giá hoạt động chống oxi hóa của fucoxanthin bao gồm DPPH, 12-DS, AADH [16]

Sachandra và cộng sự vào năm 2007 đã tiến hành đánh giá các hoạt động

chống oxi hóa của fucoxanthin và hai chất chuyển hóa của nó là fucoxanthinol và halocynthiaxanthin trong ống nghiệm liên quan đến việc loại bỏ các gốc tự do (DPPH, H+) và cho rằng fucoxanthin và fucoxanthinol thể hiện những hoạt tính chống oxi hóa cao hơn α-tocopherol, còn halocynthiaxanthin thì thấp hơn [48]

b) Tác dụng chống viêm và mụn trứng cá

Phản ứng chống viêm là một phản ứng tự vệ chống lại các tác nhân gây bệnh khác nhau, được đặc trưng bởi việc thu hút một lượng lớn bạch cầu đến khu vực bị viêm, trong đó các tế bào viêm được kích hoạt bởi các chất trung gian viêm và tạo ra anion superoxide và các gốc nitric oxide và có thể trở thành một quá trình tự hoại Những nghiên cứu của Heo và cộng sự vào năm 2008, Kim và cộng sự năm 2012 đã chứng minh tác dụng ức chế của fucoxanthin trên các cytokine gây viêm và các trung gian trong lipopolysaccharide được kích thích bởi đại thực bào RAW 264.7 Từ đó cho thấy fucoxanthin ức chế chất cảm ứng nitric oxide và cyclooxygenase 2, và làm giảm mức nitric oxide, prostaglandin E2, interleukin 1β và interleukin 6 thông qua việc ức chế phản ứng phosphoryl hóa mitogen – được kích hoạt bởi enzyme kinase [29]

Propionibacterium acnes là một loại vi khuẩn mụn trứng cá trong các nang lông trên da Sự tăng trưởng của loại vi khuẩn này liên quan chặt chẽ đến sự phát triển và sự

xấu đi của mụn Vi khuẩn gây mụn này sử dụng một lượng lớn bã nhờn như là một nguồn dinh dưỡng Chúng sản xuất lipase làm giảm chất béo trung tính trong bã nhờn và tạo ra các chất béo gây ra một loạt các phản ứng viêm, bao gồm sự dịch chuyển của các

tế bào máu trắng lớp hạ bì và tạo ra các yếu tố gây viêm Yếu tố gây viêm gây kích ứng

da và đẩy nhanh tình trạng viêm của lớp biểu bì Điều này làm cho mụn trứng cá xuất hiện và ngày càng nặng hơn Thử nghiệm cho thấy fucoxanthin ức chế sự kích hoạt của lipase có nguồn gốc từ vi khuẩn mụn trứng cá giúp chống mụn trứng cá [44]

c) Hoạt động chống ung thư

Hiệu ứng gây chết tế bào đã được Hosokawa và cộng sự, Nakazawa và cộng sự, Kotake Nara và cộng sự đề xuất là cơ chế sinh hóa mà fucoxanthin đã gây tác dụng ức chế tế bào ung thư Năm 2001, Kotake và cộng sự đã chỉ ra rằng fucoxanthin làm giảm đáng kể khả năng tồn tại của ba dòng tế bào ung thư tuyến tiền liệt trên người bao gồm PC-3, DU 145 và LNCaP tương ứng 14,9%, 5,0% và 9,8% thông qua cơ chế gây chết tế bào trên các tế bào ung thư Nghiên cứu đã chứng minh rằng fucoxanthin tác động lên cơ chế gây chết tế bào trên các tế bào PC-3 thông qua việc kích hoạt enzyme caspase-3 [37]

d) Tác dụng chống tình trạng thừa cân, béo phì và trị bệnh tiểu đường

Trong báo cáo, Maeda và cộng sự đã chỉ ra rằng các chất béo từ Undaria pinnatifida làm giảm trọng lượng mô mỡ trắng tại vùng bụng ở những con chuột cống

Wistar và chuột nhà KK-Ay Nghiên cứu đã khẳng định fucoxanthin và fucoxanthinol đã

ức chế sự tích lũy lipid nội bào và làm giảm hoạt tính enzyme glycerol-3-phosphate dehydrogenase trong suốt sự phân hóa thành tế bào mỡ của các tế bào Nghiên cứu của Miyashita cho thấy fucoxanthin ở trong thức ăn khi ăn vào cơ thể giúp tăng UCP1 (protein tách cặp 1) biểu hiện trong các mô mỡ trắng, làm giảm mỡ trắng ở nội tạng, giảm cân Một số nghiên cứu cho thấy rằng dùng thực phẩm bổ sung fucoxanthin làm giảm cân ở phụ nữ béo phì trung bình 4,9 kg trong thời gian 16 tuần Cũng trong các nghiên cứu này, Maeda và cộng sự đã cho thấy fucoxanthin làm giảm đáng kể lượng đường trong máu và mức insulin huyết tương, cũng như lượng nước uống vào của chuột nhà KK-Ay bị tiểu đường, béo phì [31]

e) Tác dụng chăm sóc da và làm trắng da

Vào năm 2009, Heo và cộng sự đã chỉ ra rằng việc tiếp xúc với ánh sáng mặt trời tạo ra các dạng oxi hoạt động, phản ứng viêm được coi là tác nhân gây bệnh chính làm tổn thương các thành phần tế bào và một số bệnh như nám, ban đỏ và ung thư da Kết quả nghiên cứu này cũng cho thấy fucoxanthin làm giảm đáng kể các loại oxi hoạt động trong tế bào - được tạo ra bởi sự tiếp xúc với bức xạ tia cực tím Fucoxanthin giúp nâng cao tỷ lệ sống tế bào và ức chế sự tổn thương ở các tế bào đã được xử lý, điều này chỉ ra

rằng fucoxanthin có thể bảo vệ da khỏi tác hại gây ra bởi tia cực tím B từ ánh sáng mặt trời [24]

f) Hiệu quả bảo vệ mạch máu não

Năm 2003, Ikeda và cộng sự đã cho thấy loài rong Mơ đã làm chậm đáng kể sự biểu hiện của những dấu hiệu đột quỵ mà không làm thay đổi huyết áp và đã làm tăng thời gian sống của những con chuột cao huyết áp Ngoài ra Ikeda còn phát hiện ra fucoxanthin làm giảm đáng kể tổn thương tế bào thần kinh trong tình trạng thiếu oxi thông qua hoạt động loại bỏ các gốc tự do và cho rằng fucoxanthin có hiệu quả với bệnh mạch máu não chống lại sự chết các tế bào thần kinh ở chuột cao huyết áp [26]

2.2.1.3 Tính an toàn của fucoxanthin

Zaragoza và cộng sự vào năm 2008 đã nghiên cứu độc tính các chất chiết từ

rong Mơ trên chuột, kết quả là với liều lượng 750 mg/kg thể trọng mỗi ngày trong 4 tuần cũng không có bất kỳ dấu hiệu nào liên quan đến nhiễm độc xảy ra Năm 2009,

Beppu và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu độc tính ở liều 1000 và 2000 mg/kg thể

trọng trong 30 ngày với fucoxanthin (độ tinh khiết 93%) trên chuột ICR Kết quả cho thấy rằng không có trường hợp tử vong và không có bất thường về biểu hiện được tìm thấy trong cả hai công thức, không có thay đổi bất thường về gan, thận, lá lách và các mô tuyến sinh dục, không có ảnh hưởng đột biến dị thể hoặc đột biến gen trên các tế bào tủy xương của chuột gây ra bởi fucoxanthin trong các quan sát

mô học của việc nghiên cứu lặp đi lặp lại Iio và cộng sự cũng điều tra độc tính của

fucoxanthin trên chuột và đột biến gen ở chuột vào năm 2011, nghiên cứu khẳng định được với liều 2000 mg/kg thể trọng trong 13 tuần nghiên cứu liều uống, không thấy có tác dụng phụ không có tử vong và không có sự thay đổi nào được thể hiện Những nghiên cứu trên cho thấy fucoxanthin là một hợp chất an toàn và đã không gây độc và đột biến theo các điều kiện thí nghiệm

2.2.2 Hoạt chất fucoidan

2.2.2.1 Khái quát về fucoidan

Fucoidan là tên được đặt cho một dạng anion polysaccharide chỉ có trong rong Nâu (một số động vật thân mềm sử dụng rong Nâu làm thức ăn có thành phần sulfate fucan trong cơ thể chúng, tuy nhiên cấu trúc những sulfate fucan này đơn giản, là mạch thẳng và chỉ có fucose trong thành phần đường) Rong Nâu đã được dùng như thực phẩm và thuốc từ cách đây 3000 năm ở Tonga và ít nhất là 2000 năm tại Trung Hoa Tuy nhiên đến năm 1913, Kyllin mới xác định sự có mặt và mô tả fucoidan, ông gọi là fucoidin Bốn mươi năm sau, fucoidin được đổi tên thành fucoidan nhưng một số nơi còn gọi là fucan, fucosan hoặc sulfate fucan [6, 15] Fucoidan là một polysaccharide có chứa tỷ lệ phần trăm L-Fucose và nhóm ester sulfate lớn, là thành phần của rong Nâu và một số động vật không xương sống như nhím biển [18]

Fucoidan có mặt trong thành tế bào của các loài rong Nâu chủ yếu thuộc Bộ

Laminariales và Bộ Fucales của lớp Phaeophyceae [15] Cấu trúc của fucoidan giống

như cấu trúc của chondroitin sulfate, có mạch thẳng với đơn cấu trúc Galactose hoặc 1,2-β-D-Mannose, phân nhánh tại vị trí 1,2 hoặc 1,4-α-L-Fucose, 1,4-α-

1,2-β-D-D-Glucoronic 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 của Fucoidan được trình bày trong hình 2.5 [15]

Hình 2.5: Đơn vị cấu trúc của fucoidan; liên kết 1,3 [15]

2.2.2.2 Tác dụng sinh học của fucoidan

a) Kích hoạt và tăng cường miễn dịch

Các hệ thống miễn dịch của chúng ta bị tấn công không ngừng và các rối loạn

miễn dịch ở một mức độ khác nhau Trong các nghiên cứu mới đây cho rằng sự rối loạn miễn dịch là nguyên nhân sự tạo điều kiện gây ra các bệnh tim, béo phì và nhiều loại xơ cứng mô Ngăn chặn bệnh bằng điều chỉnh và hỗ trợ hệ thống miễn dịch là biện pháp tốt nhất chúng ta cần làm để kéo dài tuổi thọ và tăng cường sức khỏe Fucoidan kích thích sự sản xuất tế bào miễn dịch cần cho sự sống, giúp cho

cơ thể có khả năng chống lại những yếu tố gây bệnh như vi khuẩn, virut, nấm, ký sinh trùng và ngay cả các tế bào ung thư

Fucoidan chứa các đường đặc biệt được gọi là gluconutrients thúc đẩy các tế bào diệt tự nhiên chống lại một số bệnh Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi những người sức khỏe yếu tăng mức sử dụng glyconutrients, số tế bào NK tăng lên đáng kể làm cho họ có khả năng tự bảo vệ bản thân nhiều hơn khỏi sự suy nhược của các mô mà

nó đi kèm với bệnh tật, thoái hóa Tập hợp cân bằng các glyconutrients của fucoidan làm tăng sự tái tạo tế bào NK và tế bào B, nhờ vậy làm tăng tốc độ miễn dịch của cơ thể, chống lại sự xâm nhập bên ngoài Trong một nghiên cứu được tiến hành ở phòng thí nghiệm trường Đại học Kagoshima, fucoidan chứa trong rong Mơ 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 [21, 40]

b) 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

Hơn thế nữa, fucoidan được công bố ngăn chặn viêm màng não, một biến chứng của viêm do virut và vi khuẩn Phát hiện này cùng những phát hiện khác đã chỉ ra rằng fucoidan vừa có khả năng diệt vi khuẩn lại vừa tăng cường hệ miễn dịch Fucoidan được liệt kê là một hợp chất dùng để điều trị HIV, chúng làm tăng khả năng sản xuất các dạng interleukin và interferon được tiết ra nhờ các tế bào miễn dịch giống tế bào T nhằm kích hoạt các tế bào miễn dịch khác nhau cần thiết để đề phòng nhiễm trùng và bệnh tật Nhờ hiệu ứng này, các nhà khoa học tin rằng fucoidan có thể giúp điều trị hiệu quả chống lại các virút gây ra viêm gan và ngay

cả AIDS [40] Fucoidan còn thể hiện khả năng liên kết với các virut cản trở khả năng tấn công vào tế bào chủ, khiến chúng không thể sao chép được

c) Làm giảm cholesterol và phòng chống cao huyết áp

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

có tác dụng dương tính lên các hệ cơ thể khác Kết quả phòng thí nghiệm cho thấy những con chuột ăn rong Mơ sau 21 ngày thử, 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 axít 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, các đối tượng kiểm tra được cho ăn 5 gam rong biển (có chứa fucoidan)/ngày trong 3 tuần Kết quả huyết áp và mức cholesterol của họ được cải thiện đáng kể Tổ chức y tế thế giới công bố rằng thành phần fucoidan của một số thực vật biển giúp 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 axit béo được tổng hợp Hơn nữa, 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 [42]

d) Chống đông máu

Một số nghiên cứu khoa học khẳng định khả năng của fucoidan ngăn chặn sự tạo thành cục máu đông Các nhà khoa học kết luận fucoidan là một polysacarit sulfat chống đông máu hiệu nghiệm hơn heparin Các bác sỹ Thụy Điển ở bệnh viện trường Đại học Malmo công bố rằng fucoidan ức chế việc tạo thành các cục máu bằng cách ngăn chặn các tế bào máu kết thành nhóm và dính vào thành động

mạch [20]

e) Hỗ trợ điều trị ung thư

Năm 1993, Noda và các cộng sự đã tiến hành chiết các hợp chất trong rong Nâu theo 31 phân đoạn từ trung tính đến acid, đem thử hoạt tính kháng ung thư và

họ nhận ra rằng hai phân đoạn 13500 Da và 19000 Da có hoạt tính kháng ung thư Bằng các phương pháp phân tích hoá học cũng như các phương pháp phổ cơ bản họ

đã chứng minh được các hợp chất này chính là fucoidan [57]

f) Kiểm soát đường huyết

Fucoidan có thể giúp những người bị đái tháo đường Các nhà nghiên cứu đã công bố rằng các polysacarit 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

polysacarit này làm giảm cân bằng hấp thụ đường Điều này cho thấy rằng các hợp chất polysacarit 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 [54]

g) Góp phần hỗ trợ điều trị viêm loét và các vấn đề dạ dày

Fucoidan còn có lợi cho các vấn đề về dạ dày và ruột non Trong nghiên cứu của người Nhật ở Tokyo, fucoidan được cho các đối tượng thử nghiệm có các vấn

đề về dạ dày thường gặp sử dụng, kết quả cho thấy việc bổ sung lượng fucoidan thích hợp có tác dụng cải thiện hoạt động của dạ dày, ruột non Hơn nữa các nhà

khoa học mới đây đã công bố rằng fucoidan ngăn chặn Helicobacteria pylori (một

loại vi khuẩn gây loét dạ dày) bám lên tế bào tạo thành lớp lót dạ dày Các nhà khoa học đã dự đoán rằng hợp chất fucoidan này có thể bao phủ bề mặt vi khuẩn làm cho chúng khó bám vào các tế bào dạ dày [50]

h) Hỗ trợ điều trị bệnh đau khớp

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 tạo chất này bình thường, gợi ý rằng việc bổ sung fucoidan có thể có tác dụng hữu ích trong việc tái tạo sụn cho các khớp đau [55]

i) Tăng cường phục hồi vết thương và chống lão hóa da

Fucoidan có thể kích thích sự thay đổi mô trong da Các nhà khoa học Nhật Bản đã công bố rằng thành phần fucoidan của rong thúc đẩy việc sản xuất một protein được gọi là integrin làm tăng sự săn chắc và sự phục hồi da, thúc đẩy sự co của collagen, giúp tăng cường sự phục hồi vết thương [47] Thử nghiệm trên các động vật thí nghiệm đã chỉ ra rằng ứng dụng dịch chiết rong Mơ (với hàm lượng fucoidan cao) trong một vài tuần làm cho da căng hơn Điều đó giúp khẳng định rằng các hợp chất rong Mơ thực ra làm ngắn chu kỳ tái tạo tế bào [23]

j) Tăng cường chức năng gan

Các nhà khoa học Nhật Bản khám phá ra rằng, fucoidan tìm thấy trong rong

Mơ làm tăng đáng kể việc sản xuất HGF

Một số nghiên cứu tiền lâm sàng được tiến hành vào năm 1992 đã phát hiện

ra rằng HGF có thể ngăn chặn viêm gan, điều trị xơ gan, liệt gan, xơ hóa phổi và làm chậm quá trình già hóa Việc khám phá ra các hợp chất fucoidan có thể tăng cường việc sản xuất HGF, không chỉ là một niềm hy vọng lớn đối với những người

bị các bệnh gan, mà còn cho niềm hy vọng đối với tất cả những ai mắc các bệnh suy thoái, bao gồm suy yếu mô xuất hiện khi có tuổi [39]

2.2.2.3 Tính an toàn của fucoidan

Trong nghiên cứu đánh giá độc tính của fucoidan, trong 6 tháng thử ở mức độ

khác nhau của fucoidan chiết xuất từ Laminaria japonica đã được điều tra ở chuột

Wistar sau khi uống, kết quả cho thấy không có thay đổi đáng kể khi sử dụng 300

mg fucoidan trên 1 kg thể trọng mỗi ngày Nhưng khi liều được tăng lên 900 và

2500 mg/kg trọng lượng cơ thể mỗi ngày thì thời gian đông máu kéo dài hơn, nhưng không có dấu hiệu của nhiễm độc Kết quả trên được đăng trên báo Thực phẩm

Chem Toxico năm 2005 Dựa trên những kết quả này, có thể kết luận rằng liều

dung fucoidan an toàn là 300 mg/kg trọng lượng cơ thể mỗi ngày

2.2.3 Hoạt chất phlorotannin

2.2.3.1 Khái quát về phlorotannin

Theo Toshiyuki Shibata [53], hợp chất thuộc nhóm hợp chất polyphenol phổ biến trong rong Nâu là phlorotannin Phlorotannin là chất chuyển hóa thứ cấp, xuất hiện chủ yếu tại các mô

Phlorotannin là các polyme phloroglucinol (1,3,5-trihydroxybenzen) và có thể chiếm lên đến 15% trọng lượng khô của rong Mơ Sự liên hệ của phenolic với phloroglucinol của rong Mơ lần đầu tiên được Crato chỉ ra vào năm 1893 và sau đó

đã được nghiên cứu thêm Khối lượng phân tử của phlorotannin khác nhau từ 126 kDa đến 650 kDa nhưng hầu hết là trong khoảng 10-100 kDa

Phlorotannin có thể chia thành sáu nhóm: fucol, phlorethol, fucophlorethol, fuhalol, isofuhalol, và eckol Các nhóm chất được đặc trưng bởi sự khác nhau trong liên kết cấu trúc gữa các đơn vị phloroglucinol và số lượng nhóm hydroxyl

Hình 2.6: Cấu trúc hóa học của các nhóm phlorotannin: phlorogluciol (1) và tetrafucol A (2), tetraphlorethol (3), fucodiphlorethol (4), tetrafuhalol (5),

tetraisofuhalol (6), phlorocofuroekol (7) [43]

Vai trò chính của phlorotannin trong thực vật

- Phlorotannin có chức năng làm tăng tính liên kết và độ chắc chắn cho thành

tế bào bằng cách tạo liên kết kết cộng hóa trị với màng tế bào (acid alginic trong màng tế bào)

- Tảo Nâu tiết ra phlorotannin như một cách để phòng vệ để ngăn cản động vật ăn chúng

- Phlorotannin có vai trò quan trọng trong bảo vệ nội bào và ngoại bào

Phlorotannin hấp thụ tia UV (chủ yếu là UVC và một phần UVB) với bước sóng cực đại tại 195nm và 265 nm do đó giúp ngăn chặn quá trình oxy hóa [46]

2.2.3.2.Vai trò sinh học của phlorotannin

Giống như các hợp chất polyphenolic, phlorotannin được coi là một tiềm năng mang lại lợi ích sức khỏe cho con người Phlorotannin hoạt động như một chất chống oxy hóa bằng cách góp phân tử hydro phản ứng với gốc tự do, do đó ngăn cản triệt để sự hình thành gốc tự do [46]

Ngày nay, con người đã chứng minh được những đặc tính sinh học đa dạng của phlorotannin

Phlorotannin được sử dụng như chất chống oxy hóa, chống viêm và chống lão hóa Phlorotannin chiết xuất từ rong Nâu ở mức 0,2 % đã ngăn cản tBHP loài sản xuất gây ra phản ứng oxy hóa Dịch chiết này có thể được sử dụng trong các công thức để điều trị lão hóa [34]

Phlorotannin có tác dụng diệt khuẩn, chống lại vi khuẩn gây bệnh truyền qua

thực phẩm, Staphylococcus aureus và Streptococcus pyogenes Tác dụng diệt khuẩn

của phlorotannin đã được kiểm tra và so sánh với catechin Với phlorotannin các vi

khuẩn Vibrio parahaemolyticus đã bị tiêu diệt trong vòng 0,5-2 giờ, trong khi đó, ở

cùng nồng độ catechin phải mất khoảng 4 giờ [36]

Ngoài ra phlorotannin còn có tác dụng chống dị ứng , ức chế virut gây suy giảm miễn dịch ở người ,chống đái tháo đường…

 Cơ chế chống oxy hóa của phlorotannin:

Phlorotannin là một polyphenol có trong rong Mơ, chính vì vậy chúng có đặc điểm chống oxy hóa của một polyphenol Polyphenol được coi là một chất chống oxy hóa hữu hiệu nhất hiện nay (gấp 100 lần vitamin C và 25 lần vitamin E)

Sự oxy hóa các hợp chất polyphenol có ý nghĩa rất lớn trong sự sinh tổng hợp nhiều chất tự nhiên như lecithin, alkaloid và melanin Sự tạo thành các hợp chất này

có thể giải thích bằng cơ chế gốc tự do, trong đó ở giai đoạn đầu của hợp chất monomerphenol xuất hiện các gốc phenol Ở giai đoạn sau, xảy ra sự ghép đôi các gốc tự do tạo thành mối liên kết C-C hoặc C-O-C

Khả năng kháng oxy hóa mạnh của polyphenol được giải thích dựa trên số lượng lớn các nhóm hydroxyl trong cấu trúc, chúng có khả năng tiếp nhận electron một cách dễ dàng từ đó ngăn cản quá tình tạo ra các gốc tự do tiếp theo

2.2.3.3 Tính an toàn của phlorotannin

Theo bài đăng tập 19 số 4 năm 2014 trên Tạp chí dược liệu, khi tiến hành thử nghiệm độc tính để đánh giá độ an toàn của polyphenol từ rong Mơ, kết quả cho thấy: chế phẩm polyphenol không thể hiện độc tính cấp trên chuột nhắt trắng

dòng Swiss trưởng thành theo đường uống với mức liều cao nhất là 10g/kg/72giờ

Kết quả khảo sát cho thấy chế phẩm không làm ảnh hưởng tới sự phát triển trọng lượng cơ thể thỏ thí nghiệm, không làm biến đổi điện tim thỏ, và các chỉ số huyết học (như hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu và hàm lượng hemoglobin) sau khi cho uống với liều 0,5g/kg dùng trong 42 ngày Các chỉ số đánh giá chức năng gan, thận (nồng độ ure, creatinin) trong giới hạn bình thường

2.2.4 Tình hình nghiên cứu hợp chất chống oxy hóa fucoxanthin, fucoidan và phlorotannin trong nước và ngoài nước

2.2.4.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Fucoxanthin đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học và nhà sản xuất do hoạt tính sinh học mạnh của nó Hiện nay các nước như Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc, Ấn

Độ, Thái Lan, công nghệ sản xuất chế phẩm fucoxanthin thương mại làm nguyên liệu cho chế biến thực phẩm, mỹ phẩm đã được chứng minh, làm rõ cơ chế và chức năng của chúng với con người Cùng với những kết quả được chứng minh bằng các thử nghiệm lâm sàng, sản phẩm được lưu hành trên thị trường

Năm 2012, Jagan và cộng sự đã khai thác fucoxanthin từ Undaria pinnatifida sử

dụng enzyme để xử lý trước khi sử dụng hỗn hợp dung môi dimethyl ether và ethanol Trong nghiên cứu này enzyme alginate lyase được sử dụng để xử lý nguyên liệu trước khi chiết fucoxanthin Vì enzyme này có khả năng phân hủy liên kết polyme có trong thành tế bào của rong Nâu, hỗ trợ cho việc thu hồi tối đa fucoxanthin [27]

Bảng 2.3: Các dịch chiết lipid thu được từ rong biển tươi Undaria pinnatifida

bằng các phương pháp khác nhau [27]

Phương pháp chiết

xuất

Rong biển (g)

Dịch chiết lipid (g)

Dịch chiết lipid (g/g rong tươi)

Fucoxanthin (g/g dịch chiết lipid)

Fucoxanthin (mg/g rong tươi) CHCl3:MeOH:H2O 20 0,128 0,0064 0,0130 0,083

EtOH & Enzyme 200 1,148 0,00574 0,0131 0,075

Trong nghiên cứu này, việc khai thác các chất hòa tan trong chất béo có hoạt chất

sinh học từ Undaria pinnatifida bằng cách sử dụng enzyme hỗ trợ và đồng dung môi

DME-EtOH đã được chứng minh thành công ở quy mô phòng thí nghiệm Kết quả cho thấy xử lý enzyme trước khi khai thác đã nâng cao năng suất fucoxanthin lên hơn 50%

và lipit tổng số hơn 10% so với nguyên liệu không được xử lý

Năm 2010, Noviendri và cộng sự đã chiết xuất và tinh chế thành công fucoxanthin

từ hai loài rong Mơ Malaysia, cụ thể là Sargassum binderi và Sargassum duplicatum

Kết quả cho thấy độ tinh khiết của fucoxanthin > 99% được chỉ ra nhờ phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao Kết quả cho thấy hàm lượng fucoxanthin, lipid tổng số của cả hai

mẫu đều ở mức cao Hàm lượng fucoxanthin và lipid tổng số của Sargassum duplicatum

tương ứng là (10,1 ± 0,10 và 21,3 ± 0,10 mg/g trọng lượng khô), cao hơn đáng kể so với

Sargassum binderi tương ứng là (7,3 ± 0,39 và 16,6 ± 4,10 mg/g trọng lượng khô) [38] Năm 2012, Kim và cộng sự đã khai thác fucoxanthin trên loài tảo Isochrysis aff galbana Trong nghiên cứu này, fucoxanthin được khai thác bằng các dung môi

thử nghiệm như methanol, acetone, ethanol, ethyl acetate Hầu hết fucoxanthin có thể được chiết xuất chỉ với ethanol và chỉ 15% sự biến đổi của fucoxanthin được phát hiện trong quá trình chiết xuất với ethanol trong 24h [29] Cũng trong thời gian này, Kim và cộng sự đã khai thác fucoxanthin trên một đối tượng khác là tảo

Phaeodactylum tricornutum Trong nghiên cứu này, tác giả đã thực hiện điều tra tác

động của loại dung môi, thời gian, nhiệt độ và phương pháp trích ly (ngâm, Soxhlet,

hỗ trợ siêu âm, áp lực chất lỏng) đến hiệu quả khai thác fucoxanthin Trong số các dung môi điều tra, ethanol cho sản phẩm tốt nhất với hàm lượng fucoxanthin (15,71 mg/g khối lượng mẫu đông khô), trong khi đó n-hexan và nước không có hiệu quả trong khai thác fucoxanthin Hàm lượng fucoxanthin trong dịch chiết từ các phương pháp khai thác dao động trong khoảng từ 15,42 – 1,651 mg/g khối lượng mẫu đông khô Phương pháp trích ly bằng Soxhlet được thực hiện với ethanol 100% tại 80°C

và hàm lượng fucoxanthin đạt tối đa là 15,42 mg/g mẫu khô [28]

Adah fung và cộng sự trong, năm 2013 đã chiết fucoxanthin từ Undaria pinnatifida

bằng dung môi methanol ở nhiệt độ phòng Kết quả cho thấy hàm lượng fucoxanthin

biến động qua các tháng, tháng 7 có hàm lượng fucoxanthin là 20,8 ± 0,04 mg/g rong khô, cao hơn so với tháng 8 và 9 tương ứng là 17,7 ± 0,22 và 20,4 ± 2,01 mg/ g rong khô Cũng như fucoxanthin, phlorotannin là một chất có hoạt tính sinh học cao nên được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu

Năm 2003, Toshiyuki Shibata và cộng sự tại đại học Kyushu (Nhật Bản) đã đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của dịch trích ly phlorotannin từ loài

Laminariaceae bằng nước bằng cách sử dụng ức chế peoxy phospholipid trong hệ

thống liposome và xác định các hoạt động khử gốc tự do bằng DPPH Kết quả là các phlorotannin có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn so với ascorbic và α-tocopherol [53]

Năm 2007, Mayalen Zibua, Daniel Robledo, Yolanda Freile-Pelegrin đã chiết xuất phlorotannin và đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của 48 loài tảo biển ở bờ biển Yucanta (Mexico) Hoạt tính chống oxy hóa được đo bằng DPPH và xác định hàm lượng theo phương pháp Folin-Ciocalteau Kết quả thu được là các loài đều có chỉ số chống oxy hóa cao tương đương một số chất chống oxy hóa thương mại như ascorbic acid, BHA, BHT [33]

Năm 2009, Reum Kim và cộng sự đã xác định được cấu trúc của phlorotannin trên cơ sở phân tích quang phổ Kết quả chỉ ra rằng phlorofucofuroeckol A, dieckol

và dioxinodehydroeckol cho thấy hoạt tính chống oxy hóa cao [45]

Năm 2012, Wang và cộng sự đã đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của

phlorotannin từ loài Fucus vesiculsion bằng DPPH Sử dụng phương pháp sắc ký

cột hoặc siêu lọc để tinh chế Kết quả cho thấy hoạt tính của chúng cao hơn rất nhiều so với acid ascorbic [56]

Bên cạnh đó những nghiên cứu về hoạt chất fucoidan trong rong Mơ cũng

được tiến hành Năm 1950, Percival và Ross đã điều chế fucoidan từ Fucus vesiculosus và F.spiralis, bằng cách chiết với nước sôi trong 24 giờ, loại bỏ alginate

và protein bằng Pb-acetate và kết tủa fucoidan như một phức hydroxide bằng cách

thêm Ba(OH)2 Thủy phân phức thu được với H2SO4 loãng và fucoidan được phân lập sau bước thẩm tách kéo dài [41]

Năm 1952, Black đã khảo sát ảnh hưởng của pH, nhiệt độ, thời gian chiết và

tỷ lệ dung dịch chiết với rong lên hiệu suất thu hồi fucoidan Kết quả cho thấy điều kiện tối ưu để chiết fucoidan bao gồm khuấy huyền phù rong với dung dịch HCl ở pH= 2,0 - 2,5 (tỷ lệ 1/10) tại 700C trong 1 giờ Bằng cách xử lý này sau một lần trích ly có thể rút ra được 50% fucoidan, khi trích ly 3 lần có thể rút ra được hơn 80% fucoidan Fucoidan còn có thể được chiết bằng đun nóng một phần rong khô với 10 phần nước tại 1000C trong 3 - 7,5 giờ Fucoidan thô được tách khỏi dung dịch chiết và cô đến khô, hòa tan lại trong nước và kết tủa phân đoạn với cồn ở nồng độ 30% và 60% (v/v) Có thể điều chế fucoidan với hàm lượng fucose lớn hơn 40% từ sản phẩm thô bằng cách xử lý với formaldehyde và tách hợp chất không tan tạo thành [17]

Những nghiên cứu đầu tiên để đưa ra một phương pháp chiết fucoidan đã được thực hiện bởi Mian và Percival [35] Mian và Percival đã phát triển phương pháp chiết tuần tự, bắt đầu bằng xử lý với formaldehyde, tiếp theo bằng chiết với cồn ở nồng độ 80% để loại bỏ mannitol, muối và các sản phẩm khối lượng phân tử thấp, sau đó rong được khuấy trộn với dung dịch CaCl2 2% (ở nhiệt độ phòng và tại

700C) để chiết fucoidan (alginat được cố định ở dạng muối canxi không tan) Quy trình chiết này đã trở thành cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo

Nora và cộng sự đã xử lý rong Mơ với cồn 80%, bã sau đó được chiết với 3 dung môi khác nhau thường hay sử dụng để thu nhận fucoidan đó là nước cất, dung dịch CaCl2 2% và dung dịch HCl loãng (pH=2) Trong cả 3 trường hợp việc chiết được thực hiện ở nhiệt độ phòng và sau đó ở 700

C Hiệu suất chiết và đặc tính của sản phẩm là tương tự nhau trong cả 3 trường hợp với chỉ một số ít khác biệt Các dung dịch chiết ở nhiệt độ phòng cho ra sản phẩm fucoidan giàu L-fucose, D-galactose và ester sulfat được đặt tên là “galactofucan”, thể hiện hoạt tính ức chế

herpes simplex virus 1 và 2 nhưng không gây độc tế bào Sản phẩm khác là thành

phần chính của dịch chiết thu được ở 700C, bao gồm chủ yếu là fucose đi kèm với

các monosacarit khác, một lượng đáng kể axit uronic và lượng nhỏ sulfat ester, được gọi chung là “uronofucoidan”, không thể hiện hoạt tính kháng virus, nhưng thể hiện hoạt tính gây độc tế bào

2.2.4.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước

Tuy có hoạt tính sinh học cao nhưng ở Việt Nam chưa có cơ sở sản xuất và công trình nghiên cứu về fucoxanthin từ rong Mơ và từ các nguyên liệu khác Các nghiên cứu mới chỉ tập trung khai thác vào các thành phần như alginate, mannitol, và gần đây là thành phần fucoidan, phlorotannin

Năm 2005, fucoidan từ rong Mơ Việt Nam được đưa đi khảo sát hoạt tính độc

tố tế bào tại Viện sinh học và công nghệ Hàn Quốc, kết quả cho thấy chúng có hoạt tính kháng tế bào ung thư vú

Viện nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Nha Trang đã hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học: “Nghiên cứu công nghệ và thiết bị sản xuất fucoidan quy mô pilot từ một

số loài rong Nâu Việt Nam” vào năm 2006 Tiếp theo đó là đề tài nghiên cứu cơ bản cấp bộ: “Nghiên cứu cấu trúc fucoidan trong một số loài rong Nâu ở Việt Nam” của Trần Đình Toại và Nguyễn Văn Năm vào năm 2006-2008 Kết quả nghiên cứu của các đề tài này đã được chuyển giao cho công ty cổ phần Fucoidan Việt Nam [15]

Năm 2007, Nguyễn Duy Nhứt và cộng sự đã nghiên cứu về fucoidan từ Sargassum swartzii nhằm đưa ra được phương pháp trích fucoidan từ rong Mơ và

đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư của fucoidan [13]

Bên cạnh những công trình nghiên cứu đã được công bố, các tác giả thuộc Viện nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang đã và đang thực hiện những đề tài nghiên cứu liên quan đến fucoidan và ứng dụng của nó Năm 2007-2009, Viện nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang đã thực hiện chương trình hợp tác nghiên cứu giữa Viện khoa học và công nghệ Việt Nam và Nga với đề tài: “Nghiên cứu cấu trúc, hoạt tính sinh học của các polysaccarit và những sản phẩm chuyển hóa của chúng bằng enzyme” Năm 2009-2010, thực hiện thử nghiệm dự án: “Hoàn thiện quy tình công nghệ sản xuất fucoidan và công nghệ alginate từ bã thải rong Nâu” Cũng trong năm này một dự án “Nghiên cứu quy trình tách chiết fucoidan từ

rong Mơ và sản xuất biofuco hỗ trợ điều trị ung thư” được Bộ khoa học và Công nghệ phê duyệt cho công ty công nghệ hóa sinh Việt Nam thực hiện Năm 2010, Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công Nghệ Nha Trang thực hiện đề tài cấp tỉnh:

“Ứng dụng thực phẩm chức năng fucoidan trong hỗ trợ điều trị rối loạn chuyển hóa lipid máu” mục đích của đề tài là thử nghiệm lâm sàng sử dụng fucoidan đã được đăng ký thành thực phẩm chức năng để hỗ trợ điều trị bệnh nhân mắc bệnh rối loạn lipid máu vào năm 2011

Tuy chưa được nghiên cứu nhiều như fucoidan nhưng hiện nay việc nghiên cứu và tách chiết và ứng dụng phlorotannin vào trong thực phẩm tại Việt Nam đã và đang được Viện nghiên cứu và Ứng dụng Nha Trang tiến hành nghiên cứu

Năm 2009, Đặng Xuân Cường đã nghiên cứu thành công việc thu nhận dịch chiết

kháng khuẩn chứa phlorotannin từ rong Nâu Dictyota dichotoma Tác giả đã xác định các thông số tối ưu để thu nhận phlorotannin tổng số từ Dictyota dichotoma có hàm

lượng tối đa bằng cách sử dụng phương pháp Folin-Ciocalteau Đồng thời thử hoạt tính kháng khuẩn trên một số loại vi khuẩn và đã thu được kết quả cao [1]

Từ năm 2010 đến nay, nghiên cứu xây dựng quy trình tách chiết và sàng lọc phlorotannin có hoạt tính sinh học từ rong Nâu tại vùng biển Nam Trung Bộ đang được thực hiện bởi Trần Thị Thanh Vân và cộng sự

Ngoài ra còn một số công bố về chiết tách và nghiên cứu biến động phlorotannin từ rong Nâu đã được công bố bởi Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công Nghệ Nha Trang Sự tích lũy và phân bố phlorotannin trong một số loài rong Nâu Khánh Hòa theo thời gian sinh trưởng năm 2012 [2]

Năm 2011, Đặng Xuân Cường, Trần Thị Thanh Vân, Vũ Ngọc Bội đã ứng dụng mô hình đáp ứng bề mặt Box-Behnken trong tối ưu hóa công đoạn chiết

phlorotannin từ rong Mơ Sargassum aemulum Khánh Hòa [3]

Từ năm 2011 đến nay, Ths Nguyễn Đức Tiến thuộc bộ môn Nghiên cứu Phụ phẩm và Môi trường nông nghiệp thuộc Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ Sau thu hoạch, đã bước đầu nghiên cứu về các hoạt chất chống oxy hóa từ rong Mơ thuộc đề tài cấp bộ KC.07.09/11-15

2.3 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình trích ly

Chất lượng sản phẩm thu được bằng phương pháp trích ly phụ thuộc rất nhiều vào dung môi trích ly, vì thế dung môi trích ly cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Nhiệt độ sôi thấp để dễ dàng tách ra khỏi sản phẩm bằng phương pháp chưng cất, tuy nhiên cũng không được thấp quá vì gây tổn thất dung môi, dễ gây cháy nổ

- Dung môi không tác dụng hóa học với sản phẩm

- Độ nhớt của dung môi bé để rút ngắn thời gian trích ly

- Dung môi hòa tan nguyên liệu lớn nhưng hòa tan ít tạp chất

- Không ăn mòn thiết bị, không gây mùi lạ cho sản phẩm, không gây độc

2.3.2.2 Nguyên lý tác động của sóng siêu âm trong quá trình trích ly [30]

a) Hiện tượng xâm thực khí

Khi sóng siêu âm được truyền vào môi trường 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 âm trong chu trình kéo đủ mạnh để thắng các lực liên kết giữa các phân tử và 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

- Bọt khí ổn định là nguồn gốc của những bong bóng nhỏ, kích thước của chúng dao động nhẹ trong các chu trình kéo và nén Sau nhiều chu trình, chúng tăng thêm về kích thước trong suốt quá trình dao động, bọt khí ổn định có thể chuyển thành bọt khí tạm thời Sóng siêu âm làm rung động những bọt khí này tạo nên hiện tượng “sốc sóng” và hình thành dòng nhiệt bên trong chất lỏng Bọt khí ổn định có thể lôi kéo các bọt khí khác vào trong trường sóng, kết hợp lại với nhau tạo thành dòng nhiệt nhỏ

- Các bọt khí tạm thời có kích cỡ thay đổi nhanh chóng, chỉ qua vài chu trình chúng bị vỡ ra Trong suốt quá trình kéo nén, bọt khí kéo dãn và và kết hợp lại cho đến khi đạt được cân bằng hơi nước ở bên trong và bên ngoài bọt khí

Diện tích bề mặt bọt khí trong chu trình kéo lớn hơn trong chu trình nén, vì vậy sự khuếch tán khí trong chu trình kéo lớn hơn và kích cỡ bọt khí cũng tăng lên trong mỗi chu trình Các bọt khí lớn dần đến một kích cỡ nhất định mà tại đó năng lượng của sóng siêu âm không dủ để duy trì pha khí khiến các bọt khí nổ tung dữ dội Khi đó các phân tử va chạm với nhau mãnh liệt kết quả là tạo nên những điểm

có nhiệt độ và áp suất rất cao, tuy nhiên thời gian tồn tại rất ngắn khoảng 1µs, tốc

độ gia nhiệt và làm lạnh nhanh

Hình 2.7: Quá trình hình thành, phát triển và vỡ của bọt khí trong môi trường lỏng

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, sóng siêu âm sẽ gây nên sự hỗn loạn cực độ do tạo thành những vi xoáy Hiện tượng này làm giảm ranh giới giữa các pha, tăng cường sự chuyển khối đối lưu và thúc đẩy xảy ra sự khuếch tán ở mà ở sự khuấy trộn thông thường không đạt được

2.3.2.3.Ưu và nhược điểm của sóng siêu âm trong trích ly

Ƣu điểm:

- 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 và bảo vệ môi trường

- Sóng siêu âm có tăng vận tốc hòa tan, khuếch tán hợp chất vào dung môi vì vậy rút ngắn thời gian trích ly và giảm sự tiêu hao năng lượng

- Sản lượng sản phẩm thu được cao hơn

- Tốn ít nguyên liệu hơn

Nhƣợc điểm:

- Chỉ có thể áp dụng với quy mô nhỏ

- Nhiệt độ sôi của các dung môi đạt được rất nhanh nên dễ gây nổ

- Giá thành thiết bị cao

2.3.2.4 Thiết bị phát sóng siêu âm

Thiết bị phát sóng siêu âm gồm có 3 phần:

- Bộ phận chuyển điện năng thành dòng điện xoay chiều tần số cao để vận hành

bộ phận biến đổi

- Bộ phận biến đổi dòng điện xoay chiều tần số cao thành những dao động Hình dạng và kích thước bộ phận này phụ thuộc vào tần số làm việc Năng lượng qua bộ biến đổi sẽ chuyển ngược lại thành bình phương tần số dao động Bộ phận biến đổi nối với hệ thống truyền sóng thông qua một thiết bị phụ (Povey M.I.W.and Mason T.J., 1998)