Nghiên cứu rong biển việt nam và xây dựng tổ hợp công nghệ thu nhận các polysacarit (carrageenan fucoidan, alginat canxi)

1

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ HỢP TÁC QUỐC TẾ
(Theo Nghị định thư Khoa học - Công nghệ với Liên bang Nga)
(2008 - 2010)

NGHIÊN CỨU RONG BIỂN VIỆT NAM VÀ XÂY DỰNG
TỔ HỢP CÔNG NGHỆ THU NHẬN CÁC POLYSACARIT
(CARRAGEENAN, FUCOIDAN, ALGINAT CANXI)

Cơ quan chủ trì: Viện Nghiên cứu và Ứng dụng cơng nghệ Nha Trang
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Chủ nhiệm Nhiệm vụ: PGS.TS. Bùi Minh Lý
Thời gian thực hiện: 24 tháng (từ tháng 4/2008 đến tháng 4/2010)

8822
Nha Trang 2010


2

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ HỢP TÁC QUỐC TẾ
(Theo Nghị định thư Khoa học - Công nghệ với Liên bang Nga)
(2008 - 2010)

NGHIÊN CỨU RONG BIỂN VIỆT NAM VÀ XÂY DỰNG
TỔ HỢP CÔNG NGHỆ THU NHẬN CÁC POLYSACARIT

(CARRAGEENAN, FUCOIDAN, ALGINAT CANXI)

Cơ quan chủ trì: Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Cơng nghệ Nha Trang
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Chủ nhiệm Nhiệm vụ: PGS.TS. Bùi Minh Lý
Thời gian thực hiện: 24 tháng (từ tháng 4/2008 đến tháng 4/2010)
Xác nhận của cơ quan chủ trì

Chủ nhiệm Nhiệm vụ

PGS.TS. Bùi Minh Lý
Nha Trang 2010


3

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ HỢP TÁC QUỐC TẾ
(Theo Nghị định thư Khoa học - Công nghệ với Liên bang Nga)
(2008 - 2010)
Thông tin chung về Nhiệm vụ:
Tên Nhiệm vụ: Nghiên cứu rong biển Việt Nam và xây dựng tổ hợp công nghệ thu
nhận các polysacarit (Carrageenan, fucoidan, alginat canxi)
Thời gian thực hiện: 24 tháng
Từ tháng 4/2008 đến tháng 4/2010
Họ và tên chủ nhiệm phía Việt Nam: Bùi Minh Lý
Học hàm, học vị, chun mơn:
PGS.TS. Hóa học
Chức danh khoa học:
Nghiên cứu viên chính
Cơ quan chủ trì Việt Nam: Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang, Viện

Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Họ và tên chủ nhiệm đối tác nước ngoài: Podkorytova A. V.
Học hàm, học vị, chun mơn: GS.TSKH Hóa học
Chức danh khoa học: Nghiên cứu viên cao cấp, Trưởng phịng Hóa sinh và Công nghệ
Chế biến cá, động vật thân mềm và rong biển- Viện Nghiên cứu Thủy sản và Hải Dương
học- Bộ Nông nghiệp- L.B.Nga (VNIRO)
Địa chỉ: 17 Ul. Krasnoselskaya, Moskva, 107140, Russia
Xuất xứ thỏa thuận đã có với đối tác nước ngoài
1. Thời gian ký kết thỏa thuận: 09/2006
2. Cấp ký kết thỏa thuận:
- Về phía đối tác Nga do Viện trưởng TSKH Boris N.Kotenev
- Về phía đối tác Việt Nam do Viện trưởng PGS.TS. Bùi Minh Lý
3. Các nội dung thỏa thuận chính:
- Phát triển tiềm năng và đảm bảo việc sử dụng hợp lý nguồn lợi rong biển Việt
Nam;
- Xây dựng các công nghệ hiện đại khai thác và sử dụng tối ưu các nguồn lợi đó.
- Nghiên cứu hóa sinh rong biển và cấu trúc các polysacarit chiết tách từ chúng.
- Xây dựng công nghệ phức hợp chế biến rong biển.
- Chế tạo các dịch keo (hydrocolloid) với các tính chất mới, xây dựng tổ hợp
sinh- dược học sản xuất các dịch keo rong biển.
DANH SÁCH CÁC CÁN BỘ THAM GIA NHIỆM VỤ
Stt
1

Họ và tên
PGS.TS. Bùi Minh Lý

2

TS. Trần Thị Thanh Vân

3

TS. Nguyễn Duy Nhứt

Đơn vị
Nội dung công việc
Viện NC&ƯDCN NT, Chủ trì nhiệm vụ
Viện KH&CNVN
Nt
Nghiên cứu cấu trúc, công
nghệ tách chiết thu nhận
caragenan, alginat canxi
Nt
Nghiên cứu cấu trúc, công


4

4

TS. Nguyễn Đình Thuất

5

TS. Lê Như Hậu

6

ThS. Phạm Đức Thịnh

7

ThS.Võ Mai Như Hiếu

8

ThS. Cao Thị Thúy Hằng

9

KS. Hoàng Ngọc Minh

10

KS. Nguyễn Ngọc Linh

11

ThS. Trần Mai Đức

12

ThS. Đặng Xuân Cường

13

GS.TSKH. Podkorytova
A. V.

14

GS.TSKH. Kadnikova I.
A.

15

TS. Nemtsev S. V.

16

TS. Vaphina S.V.

17

TS. Blinova E. I.

18

TS. Sorokumova I. M.

19

TS. Ignatova

20

TS. Shulgina T. V.

21

TS. Vilkova O. N.

nghệ tách chiết thu nhận
fucoidan
Nt
Phân tích thành phần hóa
học
Nt
Nghiên cứu phân lồi các
rong biển có HTSH
Nt
Nghiên cứu cấu trúc, cơng
nghệ tách chiết thu nhận
polysaccarit từ rong biển
Nt
Phân tích cấu trúc, cơng
nghệ tách chiết thu nhận
polysaccarit từ rong biển
Nt
Phân tích thành phần hóa
học, cơng nghệ tách chiết
Nt
Cơng nghệ tách chiết thu
nhận polysaccarit rong biển
Nt
Công nghệ tách chiết thu
nhận polysaccarit rong biển
Nt
Nghiên cứu phân lồi các

rong biển có HTSH
Nt
Nghiên cứu phân lồi các
rong biển có HTSH
Viện Nghiên cứu Thủy Tham gia đề xuất các nội
sản và Hải dương học dung nghiên cứu thực hiện
L.B. Nga
tại Nha Trang và Moskva
Nt
Đề xuất các nội dung nghiên
cứu thực hiện tại Nha Trang
và Moskva
Nt
Nghiên cứu công nghệ tách
chiết thu nhận các sản phẩm
polysaccarit từ rong biển
Việt Nam
Nt
Phân tích cấu trúc, đánh giá
chất lượng polysacarit từ rong
biển do Việt Nam cung cấp
Nt
Phân tích cấu trúc, cơng
nghệ tách chiết polysaccarit
Nt
Phân tích cấu trúc, cơng
nghệ tách chiết polysaccarit
Nt
Phân tích cấu trúc, cơng
nghệ tách chiết polysaccarit

Nt
Phân tích cấu trúc, cơng
nghệ tách chiết polysaccarit
Nt
Phân tích cấu trúc, cơng
nghệ tách chiết polysaccarit


i

MỤC LỤC
Trang
i

Mục lục

vi

Danh mục các từ viết tắt
Danh mục các bảng

viii

Danh mục các hình

xii
MỞ ĐẦU
PHẦN I

1

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ BIẾN ALGINOPHYTES
VÀ CARRAGEENOPHYTES TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC
1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới

2

1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước

9
12

1.3. Kết luận
PHẦN II

14

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Các phương pháp được sử dụng để nghiên cứu cơ bản q trình tích
lũy sinh khối, sinh tổng hợp các polysacarit ở những giai đoạn phát
triển khác nhau của cây rong

14

2.1.1. Phương pháp xác định sự tăng trọng của rong đỏ

14

2.1.2. Phương pháp xác định hàm lượng polysacarit

14

2.1.3. Xác định sinh tổng hợp của rong nâu

15

2.2. Các phương pháp nghiên cứu sử dụng cho việc xây dựng quy trình xử
lý và bảo quản rong nguyên liệu

16

2.2.1. Nguyên liệu

16

2.2.2. Phương pháp nghiên cứu

16

2.2.2.1. Phương pháp xác định carrageenan

16

2.2.2.2. Phương pháp xác định alginat

17

2.2.2.3. Phương pháp xác định vi sinh vật

17

2.3. Các phương pháp phân tích thành phần hóa học rong
carrageenophytes và alginophytes

20

2.3.1. Phân tích protein thơ theo AOAC (1996)

20

2.3.2. Phân tích chất béo thơ theo Chopar S.L và cs (1991)

21

2.3.3. Phân tích hàm lượng tro theo AOAC. Method 930.05

21

2.3.4. Phân tích hàm lượng fucoidan bằng phương pháp so màu

21

2.3.5. Xác định hàm lượng axít alginic

21


ii

2.3.6. Xác định hàm lượng laminaran trong rong

21

2.3.7. Xác định thành phần đường đơn của polysacarit của rong biển

22

2.3.8. Phân tích hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng Hg, As, Cd
và Pb trong fucoidan bằng phương pháp quang phổ hấp thụ
ngun tử-lị graphite-chất cải biến hóa học (CM-GF-AAS)

23

2.3.8.1. Thiết bị

23

2.3.8.2. Hóa chất

24

2.3.8.3. Phá mẫu

24

2.3.8.4. Quy trình đo

24

2.4. Các phương pháp sử dụng cho nghiên cứu cơ bản cấu trúc hóa học của

các polysacarit chiết tử 05 lồi rong biển

25

2.4.1. Thu thập mẫu rong

25

2.4.2. Chiết polysacarit

25

2.4.2.1. Chiết carrageenan

25

2.4.2.2. Chiết alginat

25

2.4.2.3. Chiết fucoidan

25

2.4.3. Tách phân đoạn

26

2.4.3.1. Tách phân đoạn fucoidan

26

2.4.3.2. Tách phân đoạn axit alginic

26

2.4.4. Phân tích thành phần hóa học

26

2.4.4.1. Xác định hàm lượng sulfat trong polysacarit

26

2.4.4.2. Xác định thành phần monosacarit trong carrageenan

26

2.4.4.3. Phân tích thành phần monosacarit trong fucoidan

27

2.4.4.4. Xác định hàm lượng axit uronic

27

2.4.4.5. Thủy phân fucoidan để đo MS

27

2.4.4.6. Deacetyl hố

27

2.4.5. Các phương pháp phân tích vật lý

27

2.4.5.1. Xác định trọng lượng phân tử bằng phương pháp tán
xạ ánh sáng (LS)

27

2.4.5.2. Phổ hồng ngoại (IR)

28

2.4.5.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)

28

2.4.5.4. Phổ khối lượng (MS)

28

2.5. Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu thu nhận các polysacarit

28

2.5.1. Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu thu nhận

28


iii

carrageenan
2.5.1.1. Nguyên liệu

28

2.5.1.2. Phương pháp nghiên cứu

28

2.5.2. Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu thu nhận alginat
canxi

30

2.5.2.1. Nguyên liệu

30

2.5.2.2. Phương pháp nghiên cứu

30

2.5.3. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu thu nhận fucoidan

31

2.5.3.1. Nguyên liệu

31

2.5.3.2. Phương pháp nghiên cứu

31

PHẦN III

32

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Kết quả nghiên cứu cơ bản q trình tích lũy sinh khối, sinh tổng hợp
các polysacarit ở những giai đoạn phát triển khác nhau của cây rong

32

3.1.1. Khảo sát q trình tích lũy sinh khối của 02 lồi rong đỏ

32

3.1.2. Q trình sinh tổng hợp polysacarit của 02 loài rong
carrageenophytes

33

3.1.3. Khảo sát sự biến động sinh lượng và q trình tích lũy

alginat, manitol và fucoidan ở một số lồi rong nâu

38

3.2. Quy trình xử lý và bảo quản tối ưu rong nguyên liệu

43

3.2.1. Ảnh hưởng của các điều kiện xử lý sau thu hoạch đến chất
lượng của rong nguyên liệu

43

3.2.2. Ảnh hưởng của môi trường nước rửa rong sau thu hoạch và
thời gian bảo quản rong khơ đến sự biến đổi thành phần hóa
học và vi sinh của rong nguyên liệu

45

3.2.3. Quy trình sơ chế và bảo quản rong nguyên liệu

54

3.3. Kết quả phân tích thành phần hóa học của 2 lồi rong
carrageenophytes và 3 lồi rong alginophytess

56

3.4. Kết quả nghiên cứu cơ bản về cấu trúc hóa học của các polysacarit
chiết từ 05 lồi rong biển

62

3.4.1. Cấu trúc của polysacarit chiết từ 02 loài rong đỏ K.alvarezii
và K.striatum

63

3.4.1.1. Trọng lượng phân tử của carrageenan

63

3.4.1.2. Thành phần hóa học

63

3.4.1.3. Phổ hồng ngoại (IR)

64

3.4.1.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)

66


iv

3.4.1.5. Phổ ESI-MS

69

3.4.2. Đặc điểm cấu trúc của alginat chiết từ 03 loài rong nâu

70

3.4.3. Cấu trúc của fucoidan chiết từ 03 loài rong nâu

76

3.4.3.1. Đặc điểm cấu trúc của fucoidan chiết từ loài rong nâu
Turbinaria ornata

76

3.4.3.2. Đặc điểm cấu trúc của fucoidan chiết từ loài rong
S.polycystum

79

3.4.3.3. Cấu trúc fucoidan của lồi rong S.swartzii

87

3.5. Nghiên cứu cơng nghệ thu nhận các polysacarit từ rong biển
3.5.1. Công nghệ chiết xuất carrageenan

95
95

3.5.1.1. Xác định các chỉ tiêu vi sinh vật của rong ngun liệu

96

3.5.1.2. Thành phần hóa học

97

3.5.1.3. Tính chất vật lý của carrageenan

97

3.5.1.4. Thành phần hóa học của carrageenan

98

3.5.1.5. Xây dựng quy trình cơng nghệ thu nhận carrageenan
tự nhiên (tủa bằng EtOH)

99

3.5.1.6. Quy trình cơng nghệ sản xuất carageenan tự nhiên
(tủa bằng EtOH) từ rong đỏ K.alvarezii và K.striatum
được trồng tại Việt Nam theo định hướng sử dụng làm
chất phụ gia cho thực phẩm với chức năng tạo đông,
tạo keo và chất có hoạt tính sinh học

101

3.5.1.7. Quy trình cơng nghệ sản xuất κ-carrageenan (tủa
bằng KCl) từ rong đỏ K.alvarezii và K.striatum được

trồng ở Việt Nam theo định hướng sử dụng làm chất
phụ gia cho thực phẩm với chức năng tạo đơng, tạo
keo và chất có hoạt tính sinh học

104

3.5.1.8. Quy trình cơng nghệ sản xuất κ-carrageenan bán tinh
chế

107

3.5.2. Nghiên cứu xây dựng quy trình cơng nghệ thu nhận alginat
canxi từ rong nâu

109

3.5.2.1. Xác định chất lượng rong nguyên liệu

109

3.5.2.2. Tìm điều kiện tối ưu xử lý rong nguyên liệu

110

3.5.2.3. Tìm điều kiện tối ưu chiết alginat

113

3.5.2.4. Tìm điều kiện chiết alginat tối ưu từ bã thải rong nâu

113

3.5.2.5. Tìm điều kiện chiết alginat tối ưu từ rong nâu

115

3.5.2.6. Tìm điều kiện tối ưu để chuyển NaAlg về Ca(Alg)2

117


v

3.5.2.7. Tìm điều kiện tẩy trắng Ca(Alg)2 tối ưu

118

3.5.2.8. Quy trình cơng nghệ sản xuất canxi alginat từ rong
nâu quy mô pilốt

118

3.5.2.9. Dây chuyền công nghệ sản xuất canxi alginat từ rong
nâu quy mơ pilốt

119

3.5.2.10. Quy trình cơng nghệ sản xuất canxi alginat từ bã
thải rong nâu quy mô pilốt

120

3.5.2.11. Dây chuyền công nghệ sản xuất canxi alginat từ bã
thải rong nâu quy mô pilốt

121

3.5.3. Nghiên cứu xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất fucoidan

122

3.5.3.1. Chọn ngun liệu

122

3.5.3.2. Xác định chất lượng rong nguyên liệu

123

3.5.3.3. Xác định điều kiện tối ưu chiết fucoidan

124

3.5.3.4. Loại alginat và các chất khoáng ra khỏi dịch chiết
fucoidan

125

3.5.3.5. Sấy fucoidan

127

3.5.3.6. Dây chuyền công nghệ sản xuất fucoidan từ rong nâu
quy mô pilốt

128

3.6. Các tiêu chất lượng cơ sở

129

3.6.1. Tiêu chuẩn chất lượng cơ sở của sản phẩm carrageenan thu
nhận từ rong đỏ Việt Nam

129

3.6.2. Tiêu chuẩn cơ sở của sản phẩm fucoidan từ rong nâu Việt
Nam

136

3.6.3. Tiêu chuẩn cơ sở của sản phẩm canxi alginat thu nhận từ rong
nâu Việt Nam

143

PHẦN IV

149

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
149

4.1. Kết luận
4.1.1. Kết quả khoa học và công nghệ thu được

149

4.1.2. Kết quả nhận được từ phía đối tác L.B. Nga

150
150

4.2. Kiến nghị
TÀI LIỆU THAM KHẢO

152

MỤC LỤC

161


vi

CÁC TỪ VIẾT TẮT
13
1

CNMR - phổ cộng hưởng từ hạt nhân Cacbon-13

HNMR - phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton

3,6 AG - 3,6-anhydro galactose
AOAC – Journal of the Association of Official Agricultural Chemists
BDH, UK - hãng BDH cuả Anh Quốc
BGBL - Brilliant Green Bile Lactose Broth - môi trường nuôi cấy BGBL
CFU - colon forming unit - khuẩn lạc
CM-GF-AAS – Chemical modifier-Graphit furnace-Atomic absorption spectrometry
CR-500DX - thiết bị đo lưu biến
DRBC Agar - Môi trường thạch Dichloran Rose Bengal Chloramphenicol Agar
DNP International Co., Inc - công ty Mỹ chuyên cung cấp polysaccarit
DW – Dried weight (trọng lượng khô)
EC Broth - Môi trường canh Escherichia coli Broth
ESI-MS - khối phổ kế nguồn ion phun điện tử sương mù
FL5 - phân đoạn laminaran số 5
FT-IR - phổ hồng ngoại biến đổi Furrier
Fuc,Xyl,Rha,Man,Glc,Gal - đường đơn fucose, rhamnose, mannose, glucose, galactose
G - guluronic
G6M - 6-methyl galactopyranosyl
GC-FID-Sắc ký khí đêtectơ ion ngọn lửa-Gas chromatography-Flame Ionization detector
GF/D - màng lọc hãng GF
GM - block mannuronic với guluronic axit
Halg - axit alginic
HMQC, COSY, TOCSY các dạng phổ NMR
HPLC - sắc ký lỏng phân giải cao
HTSH - hoạt tính sinh học
IMViC - mơi trường Indol, Mrthyl Red, Voges Proskauer, Citrate
IR - quang phổ hồng ngoại
IUPAC - International Union of Pure Ananlytical Chemicals and Applied Chemistry

- Liên hiệp Quốc tế Hóa Tinh khiết và Hóa Ứng dụng
KDa - kilo Danton


vii

KHTN và CNQG - Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia
Kl/g - khuẩn lạc/gram
LC/MSD - Liquid Chromatography/Mass-spectrometry detector
LS - light scattering - tán xạ ánh sáng
LST Broth - môi trường Lactose Trypton Lauryl Sulphate Broth
M - mannuronic
MEA - Môi trường thạch Malt Extract Agar
MMB - metylmorpholin boran
MS-ESI - khối phổ kế nguồn ion phun điện tử sương mù
NITRA - Nhatrang Institute of Technology Research and Application
- Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang
NMR - cộng hưởng từ hạt nhân
PCA - plate count agar - môi trường nuôi cấy PCA
PDA - Môi trường thạch Potato Dextrose Agar
PIBOC - Pacific Institute of Bioorganic Chemistry
- Viện Sinh học và Hóa hữu cơ Thái Bình Dương
PTFE - polytetra flor ethylen
SDA - Môi trường thạch Sabouraud Dextrose Agar
SDB - Môi trường canh Sabouraud Dextrose Agar
SPW - Saline Pepton Water - môi trường nuôi cấy SPW
SRC - semi-refined carrageenan
T.Đ.T.T - tốc độ tăng trọng
TCVN - tiêu chuẩn Việt Nam
TFA - triflo axetic

TINRO – Pacific Scientific Research Fisheries Center
TSA - Trypton Soya Agar - môi trường nuôi cấy TSA
UV-VIS - thiết bị quang phổ vùng cực tím - khả kiến
VKHK - vi khuẩn hiếu khí
VNIRO – Russian Federal Institute of Fisheries and Oceanography
VRB - Violet Red Bile Agar - môi trường nuôi cấyVRB
VSV - Vi sinh vật
VSVHK vinh vật hiếu khí
WW - trọng lượng rong ướt


viii

DANH MỤC BẢNG
STT

Số bảng

Tên bảng

Trang

1

Bảng 1.1.

Sản lượng rong carrageenophytes (tấn khô) thu hoạch trên
thế giới năm 2001

2

2

Bảng 1.2.

Alginophyte resources (tonnens dry weight; 2001)

4

3

Bảng 2.1.

Các điều kiện đo quang phổ hấp thụ nguyên tử GF-AAS sử
dụng ống graphite phủ lớp graphite xử lý nhiệt cùng với đĩa
đệm (platform)

23

4

Bảng 2.2.

Chương trình nhiệt độ của lị graphite

23

5

Bảng 2.3.

Chương trình nhiệt độ của lị vi sóng: Ram to temperature
control

24

6

Bảng 2.4.

Các chất cải biến hóa học và nồng độ sử dụng

25

7

Bảng 3.1.

Tốc độ tăng trọng %/ngày của các dòng rong K.alvarezii và
K.striatum

32

8

Bảng 3.2.

Sự biến đổi của polysacarit và tính chất gel của chúng theo
thời gian nuôi trồng tại mùa nhiệt độ thấp (từ tháng 10 đến
tháng 3 năm sau)

34

9

Bảng 3.3.

Sự biến đổi của polysacarit và tính chất gel của chúng theo
thời gian ni trồng mùa nhiệt độ cao (từ tháng 4 đến
tháng 9)

35

10

Bảng 3.4.

Biển đổi thành phần hóa học của carrageenan theo thời
gian ni trồng

35

11

Bảng 3.5.

Hàm lượng manitol biến đổi theo tháng của 03 loài rong
nâu vùng biển Khanh Hòa

41

12

Bảng 3.6.

Hàm lượng alginat biến đổi theo tháng của 03 lồi rong
nâu vùng biển Khánh Hịa

41

13

Bảng 3.7.

Hàm lượng fucoidan biến đổi theo tháng của 03 loài rong
nâu vùng biển Khánh Hòa

42

14

Bảng 3.8.

Thời gian các bãi rong có thể bắt đầu khai thác

42

15

Bảng 3.9.

Sự biến đổi của độ nhớt, hiệu suất alginat và hiệu suất
fucoidan của rong nâu theo phương pháp làm khô nhanh và
làm khô chậm

44

16

Bảng 3.10. Sự biến đổi của độ nhớt và hiệu suất carrageenan của rong
đỏ theo phương pháp làm khô nhanh và làm khô chậm

44

17

Bảng 3.11. Ảnh hưởng của thời gian và phương pháp bảo quản lên độ
ẩm của rong nguyên liệu

46

18

Bảng 3.12. Sự biển đổi thành phần carbohydrate phụ thuộc vào thời

47


ix

gian và cách thức bảo quản rong nguyên liệu
19

Bảng 3.13. Sự biển đổi thành phần protein phụ thuộc vào thời gian và
cách thức bảo quản

48

20

Bảng 3.14. Sự biển đổi hàm lượng carrageenan phụ thuộc vào thời
gian và cách thức bảo quản

49

21

Bảng 3.15. Sự biến đổi hàm lượng alginat phụ thuộc vào thời gian
cách thức bảo quản

50

22

Bảng 3.16. Biến đổi hàm lượng tổng vi sinh vật hiếu khí phụ thuộc vào
thời gian và cách thức bảo quản rong nguyên liệu

51

23

Bảng 3.17. Biến đổi hàm lượng tổng nấm men và nấm mốc phụ thuộc
vào thời gian và cách thức bảo quản rong nguyên liệu

52

24

Bảng 3.18. Biến đổi hàm lượng Coliform tổng số phụ thuộc vào thời
gian và cách thức bảo quản rong nguyên liệu

52

25

Bảng 3.19. Biến đổi hàm lượng E.coli tổng số phụ thuộc vào thời gian
và cách thức bảo quản rong ngun liệu

53

26

Bảng 3.20. Thành phần hóa học chính của các loài rong đỏ

58

27

Bảng 3.21. Thành phần đường đơn của polysacarit rong đỏ

58

28

Bảng 3.22. Thành phần hóa học chính của các loài rong nâu

58

29

Bảng 3.23. Thành phần đường đơn của polysacarit rong nâu

58

30

Bảng 3.24. Tính chất lý hóa của polysacarit chiết từ lồi rong
Kappaphycus alvarezii có xử lý kiềm

59

31

Bảng 3.25. Tính chất lý hóa của polysacarit chiết từ lồi rong
Kappaphycus striatum

59

32

Bảng 3.26. Polysacarit chiết từ loài rong Kappaphycus alvarezii (2) và
K.striatum (1) khơng xử lý kiềm

60

33

Bảng 3.27. Thành phần hóa học và tính chất lý hóa của alginat canxi
chiết từ rong nâu

60

34

Bảng 3.28. Thành phần hóa học của fucoidan chiết từ 03 loài rong nâu

61

35

Bảng 3.29. Chỉ tiêu chất lượng một số sản phẩm fucoidan nước ngoài

62

36

Bảng 3.30. Kết quả đo trọng lượng phân tử (Mw) trung bình của
carrageenan chiết từ hai loài rong K.alvarezii và
K.striatum bằng phương pháp tán xạ ánh sáng (LS)

63

37

Bảng 3.31. Kết quả phân tích thành phần hoá học

64

38

Bảng 3.32. Một số dao động đặc trưng của nhóm nguyên tử và các
liên kết trong phổ hồng ngoại của mẫu carrageenan

65

39

Bảng 3.32. Một số dao động đặc trưng của nhóm nguyên tử và các
liên kết trong phổ hồng ngoại của mẫu carrageenan

68


x

40

Bảng 3.34. Tương quan rút ra từ phổ COSY

68

41

Bảng 3.35. Độ dịch chuyển hóa học của 1H NMR đo tại 800C

69

42

Bảng 3.36. Một số mảnh đặc trưng trên phổ ESI-MS của mẫu

70

43

Bảng 3.37. Một số dao động đặc trưng của gốc M và G trong vùng
750-950 cm-1

71

44

Bảng 3.38. Hiệu suất tách phân đoạn của các mẫu natri alginat

72

45

Bảng 3.39. Một số vân phổ chính trong vùng “vân tay” trên phổ hồng
ngoại của các phân đoạn natri alginat thủy phân

73

46

Bảng 3.40. Độ dịch chuyển hóa học (δ ppm) của 13C trong các phân
đọan F1, F2 và F3

74

47

Bảng 3.41. Đặc điểm cấu trúc của axit alginic của 03 loài rong nâu

75

48

Bảng 3.42. Thành phần hóa học của các phân đoạn fucoidan chiết từ
rong Turbinaria ornata

76

49

Bảng 3.43. Thành phần đường trong phân tích methyl hóa 02 phân
đoạn fucoidan chiết từ lồi rong Turbinaria ornata

78

50

Bảng 3.44. Thành phần đường của các phân đoạn fucoidan tách trên
nhựa lỏng cetavlon

88

51

Bảng 3.45. Thành phần đơn phân tử có thể có của mảnh ion có số khối
m/z = 448

90

52

Bảng 3.46. Các mảnh MS/MS nhiều lần của fucoidan F-20

90

53

Bảng 3.47. Hợp phần của các mảnh ion con từ ion mẹ m/z 448

91

54

Bảng 3.48. Kết quả phân tích vi sinh vật của mẫu rong nguyên liệu thô

97

55

Bảng 3.49. Thành phần hóa học cơ bản của rong đỏ thuộc chi
Kappaphycus

97

56

Bảng 3.50. Hiệu suất các loại carrageenan khác nhau theo phần trăm
khối lượng cân từ rong thuộc chi Kappaphycus

97

57

Bảng 3.51. Tính chất vật lý của gel 2% dung dịch carrageenan được
tách ra từ rong đỏ thuộc chi Kappaphycus

98

58

Bảng 3.52. Thành phần hóa học của các chất chiết và carrageenan
được tách từ rong đỏ thuộc chi Kappaphycus

98

59

Bảng 3.53. Ảnh hưởng của điều kiện xử lý đến sức đông (1,5% + 0,2%
KCl) và độ truyền qua của carrageenan

100

60

Bảng 3.54. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến sức đông (1,5% trong
0,2% KCl) và độ nhớt của carrageenan chiết từ loài rong
K.alvarezii - Khánh Hội - Ninh Thuận

100

61

Bảng 3.55. Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hiệu suất carrageenan
từ rong K.alvarezii - Khánh Hội - Ninh Thuận

101


xi

62

Bảng 3.56. Ảnh hưởng của điều kiện xử lý kiềm lên tính chất hóa lý của
carrgeenan chiết từ rong K.alvarezii

108

63

Bảng 3.57. Thành phần hóa học và tính chất vật lý của carrageenan

108

64

Bảng 3.58. Kết quả phân tích vi sinh vật của mẫu rong ngun liệu thơ

109

65

Bảng 3.59. Thành phần hóa học của rong nâu và bã thải rong nâu
trong quy trình sản suất fucoidan

110

66

Bảng 3.60. Ảnh hưởng của điều kiện tiền xử lý lên hiệu suất,độ nhớt
(mCps) và màu của alginat

112

67

Bảng 3.61. Ảnh hưởng của pH và thời gian chiết lênhiệu suất thu hồi
alginat

114

68

Bảng 3.62. Ảnh hưởng của pH và thời gian chiết lên hiệu suất chiết
alginat

114

69

Bảng 3.63. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chiết lên hiệu suất
chiết của alginat

116

70

Bảng 3.64. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chiết lên độ nhớt của
alginat

116

71

Bảng 3.65. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chiết lên độ nhớt của
dung dịch alginat

116

72

Bảng 3.66. Ảnh hưởng của tỷ lệ CaCl2:Alginat lên khả năng lọc của
alginat

117

73

Bảng 3.67. Ảnh hưởng của clorin ( NaOCl) 1% lên độ nhớt của
alginat

118

74

Bảng 3.68. Kết quả thử nghiệm gây độc tế bào của fucoidan được tách
chiết từ một số lồi rong nâu thuộc vùng biển phía Nam
Việt Nam

123

75

Bảng 3.69. Kết quả phân tích vi sinh vật của mẫu rong ngun liệu thơ

123

76

Bảng 3.70. Thành phần hóa học chính của các lồi rong nâu

124

77

Bảng 3.71. Ảnh hưởng của pH, nhiệt độ, thời gian chiết, tỷ lệ rong
nước lên khả năng chiết fucoidan

125

78

Bảng 3.72. Sự biến đổi thành phần hóa học chính của tủa vào nồng độ
tác nhân kết tủa EtOH

126

79

Bảng 3.73. Hàm lượng fucoidan, alginat và kim loại nặng trong kết tủa
thu được từ dung dịch cô đặc bằng chưng cất

126

80

Bảng 3.74. Hàm lượng fucoidan, alginat và kim loại nặng trong tủa thu
được từ dung dịch cô đặc bằng lọc rây phân tử

127


xii

DANH MỤC HÌNH
STT

Số hình

Tên hình

Trang

1

Hình 2.1.

Sơ đồ phân lập và tách phân đoạn laminaran

22

2

Hình 3.1.

Tốc độ tăng trọng %/ngày của các lồi rong K. striatum

(dịng màu nâu và màu xanh) và K. alvarezii

33

3

Hình 3.2.

Hiệu suất carrageenan từ K. alvarezii qua thời gian trồng
(mùa nhiệt độ thấp) với các biện pháp xử lý khác

36

4

Hình 3.3.

Hiệu suất carrageenan từ K. striatum qua thời gian trồng
(mùa nhiệt độ thấp)với các biện pháp xử lý khác

36

5

Hình 3.4.

Sức đơng carrageenan từ K. alvarezii qua thời gian trồng
(mùa nhiệt độ thấp) với các biện pháp xử lý khác nhau

36

6

Hình 3.5.

Sức đơng carrageenan từ K. striatum qua thời gian trồng
(mùa nhiệt độ thấp) với các biện pháp xử lý khác nhau

36

7

Hình 3.6.

Độ nhớt carrageenan từ K. alvarezii qua thời gian trồng
(mùa nhiệt độ thấp) với các biện pháp xử lý khác nhau

36

8

Hình 3.7.

Độ nhớt carrageenan từ K. striatum qua thời gian trồng
(mùa nhiệt độ thấp) với các biện pháp xử lý khác nhau

36

9

Hình 3.8.

Hiệu suất carrageenan từ K. alvarezii qua thời gian trồng
(mùa nhiệt độ cao) với các biện pháp xử lý khác nhau

36

10

Hình 3.9.

Hiệu suất carrageenan từ K. striatum qua thời gian trồng
(mùa nhiệt độ cao) với các biện pháp xử lý khác nhau

36

11

Hình 3.10. Sức đông carrageenan từ K. alvarezii qua thời gian trồng
(mùa nhiệt độ cao) với các biện pháp xử lý khác nhau

37

12

Hình 3.11. Sức đông carrageenan từ K. striatum qua thời gian trồng
(mùa nhiệt độ cao) với các biện pháp xử lý khác nhau

37

13

Hình 3.12. Độ nhớt carrageenan từ K. alvarezii qua thời gian trồng
(mùa nhiệt độ cao) với các biện pháp xử lý khác nhau

37

14

Hình 3.13. Độ nhớt carrageenan từ K. striatum qua thời gian trồng
(mùa nhiệt độ cao) với các biện pháp xử lý khác nhau

37

15

Hình 3.14. Biển đổi thành phần hóa học của carrageenan theo thời gian
ni trồng tại mùa nhiệt độ thấp

37

16

Hình 3.15. Biển đổi thành phần hóa học của carrageenan theo thời gian
nuôi trồng tại mùa nhiệt độ cao

37

17

Hình 3.16. Biến động sinh lượng tổng trung bình và riêng cho từng lồi
rong Mơ ở Bãi Nam

39

18

Hình 3.17. Biến động sinh lượng tổng trung bình và riêng cho từng lồi
rong Mơ ở Hịn Chồng

39

19

Hình 3.18. Biến động sinh lượng tổng trung bình và riêng cho từng lồi

39


xiii

rong Mơ ở Sơng Lơ
20

Hình 3.19.

So sánh biến động sinh lượng trung bình của rong Mơ ở 4
bãi rong Sơng Lơ, Hịn Chồng, Bãi Nam và rạn ngầm Grand
Bank trong năm 2008

40

21

Hình 3.20. Hàm lượng manitol biến đổi theo tháng của 03 lồi rong nâu
vùng biển Khánh Hịa

41

22

Hình 3.21. Hàm lượng alginat biến đổi theo tháng của 03 loài rong nâu
vùng biển Khánh Hịa

41

23

Hình 2.22. Hàm lượng fucoidan biến đổi theo tháng của 03 lồi rong tại
vùng biển Khánh Hịa

42

24

Hình 3.23. Sự biến đổi của độ nhớt và hiệu suất alginat của rong nâu
theo phương pháp làm khô nhanh và làm khơ chậm

44

25

Hình 3.24. Sự biến đổi hiệu suất fucoidan của rong nâu theo phương
pháp làm khô nhanh và làm khơ chậm

44

26

Hình 3.25. Sự thay đổi của độ ẩm của rong đỏ theo thời gian và phương
pháp bảo quản

46

27

Hình 3.26. Sự thay đổi của độ ẩm của rong nâu theo thời gian và
phương pháp bảo quản

46

28

Hình 3.27. Sự biển đổi carbon hydrate của rong đỏ theo thời gian và
phương pháp bảo quản

47

29

Hình 3.28. Sự biển đổi carbohydrate của rong nâu theo thời gian và
phương pháp bảo quản

48

30

Hình 3.29. Sự biển đổi protein của rong đỏ thời gian và phương pháp
bảo quản

49

31

Hình 3.30. Sự biển đổi protein của rong nâu theo thời gian và phương
pháp bảo quản

49

32

Hình 3.31. Hàm lượng caragenan phụ thuộc vào thời gian và cách thức
bảo quản

50

33

Hình 3.32. Sự biến đổi alginat theo thời gian và phương pháp bảo quản
khác nhau

51

34

Hình 3.33. Sơ đồ quy trình sơ chế và bảo quản rong nâu

54

35

Hình 3.34. Đồ thị các đường chuẩn

56

36

Hình 3.35. Đồ thị đường chuẩn sulfat

57

37

Hình 3.36. Sắc ký đồ của các gốc đường đơn chuẩn chạy trên máy sắc
ký lỏng HPLC IC-5000 Biotronic, Shimpack ISA-07/S2504
(0,4x25cm)

57

38

Hình 3.37. Phổ IR của carrageenan chiết từ rong K. alvarezii

64

39

Hình 3.38. Phổ IR của carrageenan chiết từ rong K. striatum

65


xiv

40

Hình 3.39. Phổ 13C NMR của carrageenan chiết từ rong K.alvarezii

66

41

Hình 3.40. Phổ 13C NMR của carrageenan chiết từ rong K.alvarezii

66

42

Hình 3.41. Phổ HMQC của mẫu đo tại 800C

67

43

Hình 3.42. Phổ H1-H1 COSYcủa mẫu đo tại 800C

67

44

Hình 3.43. Phổ 1H-1H TOCSY của mẫu đo tại 800C

68

45

Hình 3.44. Phổ ESI-MS của carrageenan chiết từ rong K.alvarezii

69

46

Hình 3.45. Sự phân mảnh của mẫu nghiên cứu

70

47

Hình 3.46. Phổ hồng ngoại của alginat tách chiết từ lồi rong
Turbinaria ornata

72

48

Hình 3.47. Phổ ESI-MS của phân đoạn fucoidan chiết từ rong
Turbinaria ornata

77

49

Hình 3.48. Phổ H1-NMR của phân đoạn 1,0N-fucoidan

78

50

Hình 3.49. Sắc ký đồ GLC phân tích thành phần đường trung tính

80

51

Hình 3.50. Phổ hồng ngoại của phân đoạn fucoidan F20 của lồi rong
nâu S.polycystum

81

52

Hình 3.51. Phổ 13C-NMR của phân đoạn fucoidan F20 của lồi rong
nâu S.polycystum

82

53

Hình 3.52. Phổ 1H-NMR của phân đoạn fucoidan F20 của loài rong nâu
S.polycystum

83

54

Hình 3.53. Phổ H-H COSY của phân đoạn fucoidan F4 của lồi rong
nâu S.polycystum

84

55

Hình 3.54. Phổ ESI-MS của mẫu oligo-F20 của lồi rong S.polycystum

85

56

Hình 3.55. Cấu trúc (a) và sơ đồ phân mảnh (b) của một đoạn trong
phân đoạn F-20 của mẫu fucoidan được tách chiết từ loài

rong S. polycystum

86

57

Hình 3.56. Phổ IR của phân đoạn fucoidan F-20 chiết từ rong nâu
S.swartzii

88

58

Hình 3.57. Phổ C13-NMR của phân đoạn fucoidan F-20 từ rong nâu
S.swartzii được đo trong nước nặng

89

59

Hình 3.58. Phổ H1-NMR của phân đoạn fucoidan F-20 từ rong nâu
S.swartzii được đo trong nước nặng

89

60

Hình 3.59. Phổ H-H COSY của phân đoạn fucoidan F-20 phân lập từ
rong nâu S.swartzii đo trong nước nặng

89

61

Hình 3.60. Phổ HSQC của phân đoạn fucoidan F-20 phân lập từ rong
nâu S.swartzii đo trong nước nặng

89

62

Hình 3.61. Cấu trúc của fucoidan từ F20

94


xv

63

Hình 3.62. Sơ đồ phân mảnh của fucoidan từ F-20

94

64

Hình 3.63. Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất carrageenan tự nhiên từ
rong K.alvarezii và K.striatum bằng phương pháp kết tủa với
cồn ethylic

103

65

Hình 3.64. Sơ đồ quy trình cơng nghệ tách chiết carrageenan từ rong
biển bằng phương pháp kết tủa với KCl

105

66

Hình 3.65. Quy trình thu nhận carrageenan bằng xử lý kiềm
dung dịch chiết từ rong K.alvarezii

109

67

Hình 3.66. Biểu đồ ảnh hưởng của pH và thời gian chiết lên hiệu suất
thu hồi alginat từ bã thải rong nâu

114

68

Hình 3.67. Biểu đồ biến đổi hiệu suất chiết alginat phụ thuộc vào thời
gian chiết

115

69

Hình 3.68. Quy trình cơng nghệ sản xuất canxi alginat từ rong nâu

120

70

Hình 3.69. Quy trình cơng nghệ sản xuất canxi alginat từ bã thải rong
nâu

121

71

Hình 3.70. Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất fucoidan từ rong nâu

128


MỞ ĐẦU
Với tổng chiều dài bờ biển nhiệt đới trên 3.600 km nước ta có một nguồn lợi lớn
rong biển cho phép sản xuất ra nhiều loại polysacarit quý giá, trong đó có 3 sản phẩm
polysacarit hiện đang được thị trường thế giới đặc biệt quan tâm. Đó là carrageenan,
fucoidan và alginat canxi đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm và
trong các lĩnh vực y học khác nhau. Carrageenan thể hiện nhiều tính chất đặc biệt: iota
carrageenan tạo gel trong suốt, đàn hồi khi có mặt muối canxi, trong khi kappa tạo gel
có độ cứng cao với muối kali, nhưng với muối Ca nó lại tạo gel giịn, cịn lambda thì
khơng tạo gel mà tạo dung dịch độ nhớt cao. Fucoidan có tính năng kháng u, chống
huyết khối, tăng cường khả năng miễn dịch, chống viêm nhiễm. Alginat canxi được biết

như một vật liệu trung gian lý tưởng để cố định các loại enzym khác nhau hoặc chuyển
đổi thành các muối kim loại khác nhau, đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi với giá
trị gia tăng trong công nghệ thực phẩm, sinh học và y học.
Trong nhiệm vụ hợp tác nghiên cứu theo Nghị định thư này, cùng với các nhà
khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Thủy sản và Hải dương học L.B.Nga chúng tôi đã
nghiên cứu rong biển Việt Nam và xây dựng tổ hợp công nghệ thu nhận các polysacarit
carrageennan, fucoidan và alginat canxi, với các nội dung chính như sau:
- Thu mẫu, nghiên cứu q trình tích lũy sinh khối, sinh tổng hợp các polysacarit
ở những giai đoạn phát triển khác nhau của 5 loài rong nguyên liệu, xử lý và bảo quản
chúng.
- Nghiên cứu thành phần hóa học của 2 lồi rong đỏ và 3 loài rong nâu Việt Nam,
các đặc tính cấu trúc và các tính chất lý-hóa của các polysacarit được tách chiết từ
chúng.
- Nghiên cứu thiết lập quy trình cơng nghệ thu nhận carrageenan từ lồi rong đỏ
Kappaphycus được nuôi trồng tại Việt nam.
- Nghiên cứu xây dựng công nghệ phức hợp thu nhận fucoidan và alginat canxi từ
rong Mơ Việt nam.
- Xây dựng tiêu chuẩn chất lượng cơ sở cho các sản phẩm carrageenan, fucoidan
và alginat canxi thu được.
Kết quả nghiên cứu thu được trong quá trình thực hiện Nhiệm vụ đã cho thấy các
quy trình cơng nghệ thu nhận carrageenan, fucoidan và alginat canxi từ rong biển Việt
Nam mà chúng tôi đã áp dụng đều là những công nghệ tiên tiến, cho phép không sử
dụng đến hầu hết các hóa chất tẩy màu, trợ lắng và xử lý nguyên liệu, trong khi chỉ sử
dụng lượng tối thiểu những vật liệu rẻ tiền sẵn có trong nước và không gây ô nhiễm đối
với môi trường như Ca(OH)2 và CaCl2. Trong các công nghệ này chúng tôi đã sử dụng
màng siêu lọc để cô đặc và làm sạch các polysacarit trước khi tủa ở nhiệt độ phòng, mà
hầu như khơng sử dụng đến các hóa chất và khơng gây ô nhiễm môi trường, nhờ vậy
chất lượng và hiệu suất thu hồi sản phẩm tăng lên đáng kể. Kết quả thu được tạo điều
kiện cho việc xây dựng các tổ hợp sinh-dược học sản xuất các sản phẩm polysacarit có
hoạt tính sinh học khác nhau.Các sản phẩm polysacarit thu được đã đạt tiêu chẩn chất

lượng cơ sở tương đương với các sản phẩm do Viện VNIRO và công ty DNP sản xuất.


1

PHẦN I
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ BIẾN ALGINOPHYTES VÀ
CARRAGEENOPHYTES TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC
Công nghiệp rong biển sản xuất ra rất nhiều loại sản phẩm mà tổng giá trị hàng
năm được ước tính đạt cỡ 5,5-6,0 tỷ USD. Trong đó các sản phẩm thực phẩm chức năng
mà lồi người tiêu thụ đóng góp cỡ 5 tỷ USD. Các hợp chất chiết từ rong biểnhydrocolloids-được ghi nhận chiếm một phần lớn của tỷ USD còn lại, trong khi phần
còn lại với lượng nhỏ hơn được dành cho các ứng dụng khác như phân bón và phụ gia
thức ăn gia súc. Hàng năm công nghiệp sử dụng 7,5- 8 triệu tấn rong tươi nhưng chỉ
khoảng 10% là từ nguồn lợi tự nhiên còn hơn 90% là nhờ canh tác. Việc trồng rong đã
được mở rộng rất nhanh do nhu cầu đã vượt quá khả năng cung cấp từ nguồn lợi tự
nhiên [80].
Rong biển có thể được xếp vào 3 nhóm lớn dựa trên sắc tố của chúng: nâu
(Phaeophyta), đỏ (Rhodophyta) và lục (Chlorophyta).
Rong biển đã được sử dụng làm thức ăn từ thế kỷ thứ 14 ở Nhật Bản, thế kỷ thứ
16 ở Trung Quốc và gần đây nữa là ở Hàn Quốc. Trung Quốc là nước sản xuất rong biển
có thể ăn được lớn nhất thế giới, sản lượng hàng năm đạt cỡ 5 triệu tấn rong tươi
Laminaria japonica (Kombu). Hàn Quốc trồng cỡ 800.000 tấn tươi Undaria pinnatifida
(Wakame). Sản lượng của Nhật Bản là cỡ 600.000 tấn tươi (Porphyra, Kombu,
Wakame).
Các loài rong đỏ và nâu khác được sử dụng để sản xuất ba loại keo
(hydrocolloids): agar, alginate và carrageenan. Một hydrocolloid (hydrocoloit) là một
chất không kết tinh với phân tử rất lớn và khi hòa tan trong nước cho ra một dung dịch
quánh đặc (viscous).
Ngày nay, hàng năm gần một triệu tấn rong tươi được thu hoạch để chiết xuất ra
3 loại hydrocolloids kể trên. Tổng sản lượng hydrocolloids là vào cỡ 55.000 tấn với giá

trị 585 triệu USD.
Alginat được sản xuất (213 triệu USD) bằng cách chiết chúng từ rong nâu khai
thác tự nhiên. Trồng rong nâu là quá đắt để cung cấp nguyên liệu thơ cho những ứng
dụng cơng nghiệp.
Ngồi alginat, rong nâu cịn chứa fucoidan và laminaran, là những polysacarit
sinh học với khả năng ứng dụng hết sức rộng lớn nhờ đặc điểm cấu trúc và tính chất đặc
thù của chúng. Laminarans đóng vai trò như chất dự trữ trong rong nâu, chúng có hoạt
tính kháng đơng cục máu và ung thư. Fucoidans là hợp chất được đặc biệt quan tâm
nghiên cứu nhờ các tính chất sinh học đa dạng và đặc thù của nó như khả năng tăng
cường hệ miễn dịch, kháng đông tụ, chống viêm nhiễm, kháng viruts và ung thư [49].
Agar được sản xuất (132 triệu USD) chủ yếu từ các loài rong thuộc 2 chi
Gelidium và Gracilaria.
Việc sản xuất carrageenan (240 triệu USD) ban đầu phụ thuộc vào rong tự nhiên.
Tuy nhiên kể từ đầu những năm 70 công nghiệp sản xuất chúng đã mở rộng rất nhanh
do có những loài rong chứa carrageenan khác mà đã được trồng thành công ở các nước


2

có vùng biển nước ấm với giá nhân cơng thấp.
Món rong biển sử dụng bổ xung vào thức ăn gia súc đã được sản xuất ở Norway
từ những năm 60. Gần 50.000 tấn rong tươi đã được thu hoạch hàng năm để cho ra
10.000 tấn món rong biển và bán được khoảng 5 triệu USD.
Việc sử dụng phân bón rong biển đã tồn tại từ thế kỷ thứ 19. Trong năm 1991, có
khoảng 10.000 tấn dịch chiết rong biển với giá trị 5 triệu USD đã được tiêu thụ. Tuy
nhiên, thị trường đã tăng gấp đôi trong 10 năm lại đây.
Các sản phẩm mỹ phẩm, như kem bôi da, nước hoa (mỹ phẩm lỏng) mà trong
nhãn của nó có chứa các cụm từ “marine extract”, “extract of alga”, “seaweed extract”
hoặc tượng tự, thường có nghĩa là nó chứa một trong số các hydrocolloids được chiết từ
rong biển.

Trong những năm gần đây một số dự án lớn tập trung nghiên cứu khả năng sử
dụng rong biển như một nguồn nhiên liệu gián tiếp. Các kết quả chỉ ra sự cần thiết
nghiên cứu và phát triển thêm, nó là một dự án dài hơi và hiện tại là chưa kinh tế.
Có một số tiềm năng sử dụng rong biển trong xử lý nước thải. Một số lồi rong
biển có khả năng hấp thụ các ion kim loại nặng như: Zn và Cd từ nước bị ô nhiễm.
Trên thế giới các nhà khoa học cũng đã nghiên cứu tổng hợp thử các polysacarit
giống keo rong biển. Tuy nhiên, cho đến nay chưa có một sản phẩm nào tổng hợp ra có
được tính chất keo cũng như độ nhớt tương tự các keo rong biển tự nhiên.
1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Carrageenan được chiết xuất từ các loài rong carrageenophytes. Hàng năm
trên thế giới thu hoạch được cỡ 120.000 tấn rong Kappaphycus alvarezii khô chủ yếu là
từ Philipine, Indonesia, Tanzania (Zanzibar). Cũng từ các nước trên, sản lượng thu
hoạch rong Eucheuma denticulatum là 30.000 tấn khô/năm, rong Betaphycus gelatinum
khoảng 300 tấn khô/năm được thu hoạch ở đảo Hải Nam-Trung Quốc.
Bảng 1.1. Sản lượng rong carrageenophytes (tấn khô) thu hoạch trên thế giới năm 2001
Chondrus
Canada
France, Span and Portugal
Republic of Korea
Cộng
Eucheuma and Kappaphycus
Indonesia
Philippines
Tanzania (Zanzibar)
Others
Cộng
Gigartina
Chile
Morocco, Mexico and Peru
Cộng

Tổng cộng

20.000
14.000
5.000
39.000

2,3%

25.000
115.000
8.000
1.000
149.000

88,5%

14.000
1.500
15.500
168.400

9,2%
100%


3

(Nguồn thông tin: H. Porse, CP Kelco ApS, 2002, pers.comm.)
Chondrus crispus được thu hoạch chủ yếu ở Canada, Pháp, Tây Ban Nha, Bồ

Đào Nha và Hàn Quốc với sản lượng khoảng 3.900 tấn khô/năm.
Gigartina skottsbergii được thu hoạch chủ yếu ở Chile và một lượng nhỏ ở
Morocco, Mexico và Peru với sản lượng 15.500 tấn khô/năm (bảng 1.1) [80].
- Các loại carrageenan khác nhau về cấu trúc hóa học và tính chất, chính vì vậy
mà chúng có những ứng dụng khác nhau. Các carrageenan có giá trị thương mại nhất là
iota, kappa và lambda. Cấu trúc hóa học của 3 loại carrageenan được chỉ ra dưới đây
cho thấy tính chất của các dạng carrageenan phụ thuộc trực tiếp vào số lượng và vị trí
của nhóm sunfat trong đơn ngun disacarit.

-

O 3S O

O 3S O

OH
O

O

O

O
O

O

OH

O

O
O

O

OH

HO

O SO

3

-

Iota- carrageenan

Kappa- carrageenan
O 3S O

OH

OH
O

O

O

O S O 3-

Lambda- carrageenan

O
OR
OH

O SO

3

-

Cấu trúc hóa học của kappa-, iota-, lambda- carrageenan
Iota tạo gel trong, đàn hồi với muối Ca và không thôi nước (no synaeresis). Gel
được đông lạnh/tan băng ổn định. Kappa tạo gel có độ cứng cao với muối K, với muối
Ca nó lại tạo gel giịn. Gel hơi mờ đục, trở nên trong khi thêm đường vào và thôi nước.
Lambda không tạo gel mà tạo dung dịch có độ nhớt cao.
Có hai phương pháp sản xuất carrageenan khác nhau dựa trên các nguyên lý khác
nhau:
Trong phương pháp đầu tiên-phương pháp duy nhất được sử dụng cho đến cuối
những năm 70, đầu những năm 80, carrageenan được chiết từ rong vào dung dịch nước,
bã rong được loại bỏ bằng lọc sau đó carrageenan được thu hồi từ dung dịch đã cô đặc
(2-4%) bằng kết tủa với cồn isopropanol hoặc xử lý đông lạnh, hoặc sấy phun. Việc sản
xuất carrageenan tinh chế (refined carrageenan) ở quy mô công nghiệp là khó và chi phí
lớn do độ nhớt cao và tính chất tạo gel của chúng làm hạn chế mạnh tốc độ vận hành của
quy trình chế biến [97,67]. Sau cơng đoạn chiết và cơ đặc, dịng dung dịch nóng chỉ có
thể chứa khơng q 4% carrageenan, vì nếu cao hơn dung dịch trở nên quá nhớt gây cản
trở cho việc vận hành quy trình cơng nghệ.

4

Trong phương pháp thứ 2, không phải chiết carrageenan ra khỏi rong. Trong quá
trình chiết rong trong dung dịch kiềm, carrageenan và các chất khơng hịa tan được giữ
lại trong bã rong. Phần cịn lại khơng tan này chứa lượng lớn carrageenan và cellulose,
sau đó được sấy khơ và bán như là carrageenan bán tinh chế (semirefined carrageenanSRC). Do không đòi hỏi phải thu hồi carrageenan từ dung dịch nên quá trình là ngắn
hơn và rẻ hơn nhiều.
Mới đây Karuppanan và cs 2005 [67] đã đưa ra một phương pháp cho phép thu
nhận đồng thời carrageenan và dung dịch làm phân bón lá trực tiếp từ rong
Kappaphycus alvarezii tươi. Bản chất của phương pháp là thay vì sấy khơ rong sau khi
thu hoạch một cách bình thường thì người ta cho nghiền rong tươi, ép lấy dịch làm phân
bón cây, phần bã còn lại được sử dụng làm nguyên liệu hảo hạng để sản xuất
κ-carrageenan. Phương pháp cho phép rút ngắn tối đa thời gian sấy khô rong và loại hầu
hết nước chỉ để lại một lượng ẩm nhỏ, trong khi κ-carrageenan không bị mất theo vào
dịch ép, đồng thời nguyên liệu dưới dạng bã rong gọn nhẹ, dễ vận chuyển, it màu hơn và
chứa hàm lượng κ-carrageenan nhiều hơn từ 1,5- 2 lần so với phương pháp sấy khô
thông thường.
Alginat và fucoidans được sản xuất từ rong nâu. Hàng năm trên thế giới thu
hoạch được cỡ 126.500 tấn rong nâu khơ. Trong đó, sản lượng Ascophyllum là cỡ
20.000 tấn khô đến từ Ireland, Noway, France; sản lượng Durvillaea là 4.500 tấn khô
đến từ Australia và Chile; Ecklonia là 500 tấn khô đến từ South Africa; Laminaria là
30.500 tấn khô từ Châu Mỹ; Macrocystis là 35.000 tấn khô đến từ USA, Mexico và
Chile; Sargassum và Turbinaria là 10.000 tấn khô đến từ India, Indonesia, Philipine và
Việt Nam.
Bảng 1.2 chỉ ra sản lượng ước tính thu hoạch các alginophyte, tất cả theo tấn rong
khô; được gộp lại vào trong các vùng địa lý rộng [80].
Bảng 1.2. Alginophyte resources (tonnens dry weight; 2001)
Europe

Asia- pacific
Africa
Americas
Europe
Asia- pacific
Americas
Total

Ascophyllum
20.000
Durvillaea
4.500
Ecklonia
3.000
Lessonia
20.500
Laminaria
30.500
13.000
Macrocystis
35.000
126.500

16 percent
3.5 percent
2.5 percent
16 percent
34 percent
28 percent

Alginat là muối của axit alginic, một polysacacrit mạch thẳng, được tạo thành từ
hai monome là axit β-D-mannuronic (ký hiệu là M) và axit α-L-glucuronic (ký hiệu là
G) được nối với nhau qua liên kết glycosit (1-4). Trong phân tử alginat các gốc axit này


5

có thể kết hợp với nhau tạo thành các block kiểu M-block, G-block và MG-block. Thành
phần và cấu trúc của các block này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất alginat.
CO OH

COOH

O
HO

HO
β

HO

OH

O

CO OH

O

β

O

HO
HO

O

O

1 0 .3 A 0

M - Block

OH

COOH

O

OH

OH

O
OH

O

α

COOH
OH

O
OH

O

O
O

O

OH

COO H

α

COOH

8 .7 A

OH

0

G-Block

CO OH

OH

OH

O
OH

O

CO OH
O

COOH

O

HO

HO
HO

O

O
OH
O
COOH

OH
O
O

O
OH

OH

CO OH

MG-Block
Các ứng dụng của alginat dựa trên ba tính chất chính. Trước tiên là khả năng của
chúng khi hòa tan trong nước, làm đặc quánh dung dịch thu được (mô tả một cách kỹ
thuật hơn là khả năng của chúng làm tăng độ nhớt của dung dịch nước). Thứ 2 là khả
năng tạo gel của chúng, gel tạo thành khi một muối caxi được đưa vào trong dung dịch
nước alginat natri. Tính chất thứ 3 của alginat là khả năng tạo màng (film) của alginat
natri hoặc canxi và sợi của alginat.
Alginat được sử dụng trong in vải dệt (chiếm 50%) công nghiệp thực phẩm, cố
định xúc tác sinh học (cố định enzym) trong y khoa và dược, giấy, que hàn, chất kết
dính cho thức ăn thủy sản, tác nhân nhả chậm.
Alginat có ở thành tế bào của rong nâu dưới dạng các muối canxi, magie và natri.
Các muối canxi và magie không tan trong nước. Lý do căn bản đằng sau việc chiết
alginat từ rong biển là chuyển hóa tất cả muối alginat về dạng muối natri, hòa tan trong
nước và loại bỏ cặn rong biển bằng lọc, sau đó alginat cần được thu hồi từ dung dịch
nước. Có hai con đường thu hồi alginat.