Luận văn thạc sĩ sinh học nghiên cứu sự thay đổi theo tháng của hàm lượng, chất lượng carrageenan và hoạt tính lectin từ rong đỏ betaphycus gelatinus

BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

Lê Trọng Nghĩa

NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI THEO THÁNG CỦA
HÀM LƯỢNG, CHẤT LƯỢNG CARRAGEENAN VÀ HOẠT
TÍNH LECTIN TỪ RONG ĐỎ BETAPHYCUS GELATINUS

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Hà Nội – 2021

Vietnam Academy of Science and Technology


BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

Lê Trọng Nghĩa

NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI THEO THÁNG CỦA HÀM
LƯỢNG, CHẤT LƯỢNG CARRAGEENAN VÀ HOẠT TÍNH
LECTIN TỪ RONG ĐỎ BETAPHYCUS GELATINUS

Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số: 8420114
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. Lê Đình Hùng
Hà Nội – 2021

Vietnam Academy of Science and Technology


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới
sự hướng dẫn của TS. Lê Đình Hùng và tham khảo thêm các tài liệu đã
được cơng bố trước đó có nguồn gốc rõ ràng. Các số liệu nêu trong luận văn
là kết quả làm việc của tơi trong suốt q trình thực nghiệm tại Viện Nghiên
cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang, Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam.

Nha Trang, ngày tháng năm 2021
Tác giả

Lê Trọng Nghĩa

Vietnam Academy of Science and Technology


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo TS. Lê
Đình Hùng – Trưởng phịng Cơng nghệ Sinh học biển, Viện Nghiên cứu và
Ứng dụng công nghệ Nha Trang đã dành trọn tâm huyết, tận tình hướng dẫn,
chỉ dạy tơi trong suốt q trình học tập, nghiên cứu tại Viện và hồn thành
luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công
nghệ, ban lãnh đạo và các Phòng ban thuộc Viện Nghiên cứu và Ứng dụng
công nghệ Nha Trang đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tơi hồn thành
khóa học Thạc sĩ Sinh học thực nghiệm khóa 2019 - 2021.
Tơi xin cảm ơn các thầy, cô giáo giảng dạy và các anh, chị cùng lớp
cao học BIO19 đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi bổ sung, nâng cao thêm
kiến thức trong suốt khóa học.
Tơi xin cảm ơn các anh chị Phịng Vật liệu Hữu cơ từ Tài ngun biển,
Phịng Cơng nghệ Sinh học biển thuộc Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công
nghệ Nha Trang đã tạo điều kiện và giúp đỡ những thiếu sót về kiến thức
chun ngành trong q trình làm thực nghiệm.
Tơi chân thành cảm ơn Phịng Vật liệu Hữu cơ từ Tài nguyên biển đã
cho phép tôi sử dụng đề tài cơ sở của phòng và đề tài Ninh Thuận để hỗ trợ
thực hiện luận văn này.
Cuối cùng tơi xin dành lời cảm ơn gia đình và bạn bè của tôi, đã luôn
bên cạnh ủng hộ và động viên, hỗ trợ về mọi mặt để tôi cố gắng vươn lên,
tiếp tục con đường học tập của mình.
Nha Trang, ngày

tháng

năm 2021

Học viên

Lê Trọng Nghĩa

Vietnam Academy of Science and Technology


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc chung của carrageenan ..................................................... 12
Hình 1.2. Cấu trúc của các dạng carrageenan ................................................. 13
Hình 1.3. Rong đỏ B. gelatinus ....................................................................... 27
Hình 1.4. Vịng đời B. gelatinus ..................................................................... 29
Hình 2.1. Rong đỏ B. gelatinus thu tại Ninh Thuận, Việt Nam...................... 33
Hình 2.2. Bản đồ khu vị trí thu mẫu rong (tỉ lệ 1: 25.000) ............................. 38
Hình 2.3. Sơ đồ thu và phân tích mẫu nước.................................................... 38
Hình 2.4. Sơ đồ quy trình chiết carrageenan tự nhiên .................................... 40
Hình 2.5. Sơ đồ quy trình chiết lectin ............................................................. 41
Hình 2.6. Sơ đồ xác định tỉ lệ rong tươi/bột rong khô và chuẩn bị mẫu rong
chiết carrageenan ............................................................................................. 42
Hình 3.1. Bột rong khơ từ rong đỏ B. gelatinus .............................................. 52
Hình 3.2. Carrageenan chiết tự nhiên.............................................................. 58
Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của mẫu carrageenan chiết tự nhiên từ rong B.
gelatinus thu tháng 3/2021 .............................................................................. 56
Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của mẫu carrageenan chiết tự nhiên từ rong B.
gelatinus thu tháng 5/2021 .............................................................................. 56
Hình 3.5. Cấu trúc của beta- và kappa-carrageenan từ rong đỏ B. gelatinus . 60

Vietnam Academy of Science and Technology


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Các thiết bị chính được sử dụng trong nghiên cứu......................... 34
Bảng 2.2. Các hóa chất chính được sử dụng trong nghiên cứu ...................... 35
Bảng 3.1. Tỉ lệ rong tươi/bột rong khô ........................................................... 51
Bảng 3.2. Hàm lượng carrageenan chiết tự nhiên từ rong B. gelatinus thu từ
tháng 3 đến tháng 5/2021 ................................................................................ 53
Bảng 3.3. Hàm lượng carbohydrate, 3,6-anhydrogalactose và sulfate của
carrageenan chiết tự nhiên............................................................................... 54
Bảng 3.4. Kết quả phổ hồng ngoại (FT-IR) của mẫu carrageenan chiết tự
nhiên với các dải hấp thụ và nhóm chức tương ứng ....................................... 57
Bảng 3.5. Hàm lượng protein của dịch chiết lectin từ rong đỏ B. gelatinus thu
tháng 3 đến tháng 5/2021 ................................................................................ 61
Bảng 3.6. Hoạt tính ngưng kết hồng cầu của dịch chiết lectin từ rong đỏ B.
gelatinus thu tháng 3 đến tháng 5/2021 .......................................................... 62
Bảng 3.7. Hàm lượng nitơ tổng của nước biển tại vị trí thu mẫu rong đỏ B.
gelatinus từ tháng 3 đến tháng 5/2021 ............................................................ 63
Bảng 3.8. Hàm lượng phosphate của nước biển tại vị trí thu mẫu rong đỏ B.
gelatinus từ tháng 3 đến tháng 5/2021 ............................................................ 64
Bảng 3.9. Nhiệt độ nước biển tại vị trí thu mẫu rong đỏ B. gelatinus từ tháng
3 đến tháng 5/2021 .......................................................................................... 65
Bảng 3.10. Độ mặn và pH của nước biển tại vị trí thu mẫu rong đỏ B.
gelatinus từ tháng 3 đến tháng 5/2021 ............................................................ 66
Bảng 3.11. Mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường với hàm lượng
carrageenan chiết tự nhiên từ rong đỏ B. gelatinus thu tháng 3 đến tháng
5/2021 .............................................................................................................. 67
Bảng 3.12. Mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường với hàm lượng protein và
hoạt tính của lectin từ rong đỏ B. gelatinus thu tháng 3 đến tháng 5/2021 .... 68

Vietnam Academy of Science and Technology


1

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC HÌNH
DANH MỤC CÁC BẢNG
MỤC LỤC ........................................................................................................ 1
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................... 9
1.1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CARRAGEENAN TỪ
RONG BIỂN TRÊN THẾ GIỚI .................................................................... 9
1.1.1. Lịch sử nghiên cứu carrageenan ....................................................... 9
1.1.2. Nguồn rong đỏ để sản xuất carrageenan ......................................... 10
1.1.3. Cấu trúc và tính chất hóa lý của carrageenan ................................. 12
1.1.4. Các phương pháp chiết carrageenan ............................................... 18
1.1.5. Các phương pháp xác định tính chất hóa-lý để đánh giá chất lượng
carrageenan ............................................................................................... 19
1.1.6. Các phương pháp cơ bản phân tích cấu trúc carrageenan .............. 20
1.2. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LECTIN TỪ RONG
BIỂN TRÊN THẾ GIỚI............................................................................... 21
1.2.1. Giới thiệu chung về tính chất của lectin từ rong biển..................... 21
1.2.2. Khả năng ứng dụng của lectin ........................................................ 22
1.3. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CARRAGEENAN
VÀ LECTIN TỪ RONG BIỂN TRONG NƯỚC ........................................ 23

Vietnam Academy of Science and Technology


2

1.3.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu carrageenan từ rong biển trong
nước........................................................................................................... 23
1.3.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu lectin từ rong biển trong nước.
................................................................................................................... 24
1.4. TỔNG QUAN CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN
TỐC ĐỘ TĂNG TRƯỞNG, HÀM LƯỢNG, CHẤT LƯỢNG
CARRAGEENAN VÀ HOẠT TÍNH CỦA LECTIN TỪ RONG ĐỎ
CARRAGEENOPHYTE ............................................................................. 25
1.4.1. Yếu tố nhiệt độ nước biển ............................................................... 25
1.4.2. Yếu tố nitơ tổng của nước biển ....................................................... 25
1.4.3. Yếu tố phosphate của nước biển ..................................................... 26
1.4.4. Yếu tố độ mặn của nước biển ......................................................... 26
1.5. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU RONG ĐỎ B.
GELATINUS TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC ................................ 26
1.5.1. Vị trí phân loại rong đỏ B. gelatinus............................................... 26
1.5.2. Phân bố rong đỏ B. gelatinus .......................................................... 27
1.5.3. Đặc điểm sinh trưởng...................................................................... 28
1.5.4. Đặc điểm sinh sản ........................................................................... 28
1.5.5. Mô tả carrageenan và lectin từ rong đỏ B. gelatinus ...................... 29
1.5.6. Khả năng sử dụng carrageenan và lectin từ rong đỏ B. gelatinus .. 30
1.5.7. Lý do và mục đích chọn nghiên cứu đối tượng rong đỏ B. gelatinus
................................................................................................................... 31
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 33
2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU .................................................................. 33

2.1.1. Vật liệu nghiên cứu ......................................................................... 33
2.1.2. Thiết bị và hóa chất ......................................................................... 34

Vietnam Academy of Science and Technology


3

2.2. PHƯƠNG PHÁP THU MẪU ............................................................... 37
2.2.1. Thu mẫu rong .................................................................................. 37
2.2.2. Thu mẫu nước ................................................................................. 38
2.3. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT ...................................................................... 39
2.3.1. Phương pháp chiết carrageenan tự nhiên ........................................ 39
2.3.2. Phương pháp chiết lectin ................................................................ 40
2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH, XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG VÀ
CHẤT LƯỢNG CARRAGEENAN ............................................................ 42
2.4.1. Xác định tỉ lệ rong tươi/bột rong khô ............................................. 42
2.4.2. Xác định hàm lượng carrageenan ................................................... 43
2.4.3. Xác định hàm lượng carbohydrate trong carrageenan .................... 43
2.4.4. Xác định hàm lượng 3,6-anhydrogalactose trong carrageenan ...... 43
2.4.5. Xác định hàm lượng sulfate trong carrageenan .............................. 44
2.4.6. Xác định các nhóm chức của carrageenan bằng phổ hồng ngoại ... 45
2.5. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PROTEIN VÀ HOẠT
TÍNH CỦA DỊCH CHIẾT LECTIN ............................................................ 46
2.5.1. Xác định hàm lượng protein ........................................................... 46
2.5.2. Xác định hoạt tính ngưng kết hồng cầu .......................................... 47
2.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG .......... 48
2.6.1 Phương pháp xác định nitơ tổng ...................................................... 48
2.6.2. Phương pháp xác định phosphate ................................................... 49
2.6.3. Phương pháp xác định độ mặn và pH của nước biển ..................... 49

2.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ VÀ ĐÁNH GIÁ MỐI TƯƠNG
QUAN .......................................................................................................... 49
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 51

Vietnam Academy of Science and Technology


4

3.1. TỈ LỆ RONG TƯƠI/BỘT RONG KHÔ TỪ RONG ĐỎ B.
GELATINUS................................................................................................. 51
3.2. HÀM LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA
CARRAGEENAN CHIẾT TỰ NHIÊN TỪ RONG ĐỎ B. GELATINUS .. 52
3.2.1. Hàm lượng của carrageenan chiết tự nhiên .................................... 52
3.2.2. Hàm lượng carbohydrate, 3,6-anhydrogalactose và sulfate của
carrageenan chiết tự nhiên ........................................................................ 54
3.4. CÁC NHÓM CHỨC ĐẶC TRƯNG TỪ RONG ĐỎ B. GELATINUS 56
3.4.1. So sánh các nhóm chức đặc trưng của carrageenan chiết tự nhiên
(mẫu thu tháng 3 và tháng 5/2021) ........................................................... 56
3.4.2. Đánh giá sơ bộ cấu trúc của hỗn hợp carrageenan từ rong đỏ B.
gelatinus .................................................................................................... 60
3.5. HÀM LƯỢNG PROTEIN VÀ HOẠT TÍNH NGƯNG KẾT HỒNG
CẦU CỦA DỊCH CHIẾT LECTIN TỪ RONG ĐỎ B. GELATINUS ........ 61
3.5.1. Hàm lượng protein của dịch chiết lectin ......................................... 61
3.5.2. Hoạt tính ngưng kết hồng cầu của dịch chiết lectin ....................... 62
3.6. CÁC YẾU TỐ MƠI TRƯỜNG Ở VỊ TRÍ THU MẪU ........................ 63
3.6.1. Hàm lượng nitơ tổng ....................................................................... 63
3.6.2. Hàm lượng phosphate ..................................................................... 64
3.6.3. Nhiệt độ........................................................................................... 65
3.6.4. Độ mặn và pH ................................................................................. 66

3.7. ĐÁNH GIÁ MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG
ĐẶC TRƯNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN HÀM LƯỢNG, CHẤT LƯỢNG CỦA
CARRAGEENAN CHIẾT TỰ NHIÊN VÀ HÀM LƯỢNG PROTEIN,
HOẠT TÍNH NGƯNG KẾT HỒNG CẦU CỦA DỊCH CHIẾT LECTIN
TỪ RONG ĐỎ B. GELATINUS .................................................................. 67

Vietnam Academy of Science and Technology


5

3.7.1. Đánh giá mối quan hệ của nitơ và nhiệt độ ảnh hưởng đến hàm
lượng và chất lượng của carrageenan chiết tự nhiên ................................ 67
3.7.2. Đánh giá mối quan hệ của nitơ và nhiệt độ ảnh hưởng đến hàm
lượng protein và hoạt tính ngưng kết hồng cầu của dịch chiết lectin ....... 68
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................... 69
4.1. KẾT LUẬN ........................................................................................... 69
4.2. KIẾN NGHỊ .......................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 70
PHỤ LỤC

Vietnam Academy of Science and Technology


6

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Rong đỏ, carrageenophyte, là những loài rong thực phẩm quan trọng về
mặt kinh tế và được trồng rộng rãi hoặc thu hoạch tự nhiên ở Việt Nam, được

biết đến là nguồn để thu nhận carrageenan và các chất có hoạt tính sinh học
như lectin. Hàm lượng và chất lượng của carrageenan và lectin ở rong đỏ
cũng thay đổi theo mùa, do ảnh hưởng của các yếu tố mơi trường tác động
đến q trình phát triển của rong, vì vậy việc nghiên cứu sự thay đổi của hàm
lượng, chất lượng carrageenan và hoạt tính lectin theo mùa ở rong đỏ là cần
thiết để đề ra kế hoạch nuôi trồng và khai thác hợp lý.
Rong đỏ Betaphycus gelatinus là lồi rong có giá trị cao, được thị
trường trong nước ưa chuộng, là nguồn nguyên liệu phong phú để nghiên cứu
carrageenan và các hợp chất mới từ rong này cho định hướng sử dụng. Ở Việt
Nam, loài rong này chỉ được khai thác tự nhiên, vùng phân bố của chúng ngày
càng thu hẹp và đứng trước nguy cơ tuyệt chủng do tình trạng khai thác quá
mức.
Tại tỉnh Ninh Thuận, Việt Nam, rong đỏ B. gelatinus được khai thác tự
nhiên từ tháng 3 đến tháng 5 hàng năm theo kinh nghiệm của người dân để
làm nguyên liệu cho ngành thực phẩm. Tuy nhiên hiện tại chưa có nhiều
thơng tin đánh giá về hàm lượng, chất lượng carrageenan và hoạt tính lectin
của lồi rong B. gelatinus thu hoạch trong giai đoạn này như thế nào để làm
cơ sở khoa học cho thu hoạch. Trên cơ sở đó, tơi tiến hành nghiên cứu sự thay
đổi của hàm lượng, chất lượng carrageenan và hoạt tính lectin từ rong đỏ B.
gelatinus thu hoạch từ tháng 3 đến tháng 5/2021 ở tỉnh Ninh Thuận để làm cơ
sở khoa học định hướng cho quá trình thu hoạch lồi rong kinh tế này.
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu sự thay đổi về hàm lượng, chất lượng carrageenan và hoạt
tính lectin theo tháng từ rong đỏ B. gelatinus thu nhận ở Ninh Thuận, Việt
Nam, từ đó đưa ra được thời điểm thu hoạch tối ưu cho loài rong này.

Vietnam Academy of Science and Technology


7

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Hàm lượng, chất lượng carrageenan và hoạt tính của lectin từ rong đỏ
B. gelatinus.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Hàm lượng và chất lượng carrageenan từ rong đỏ B. gelatinus thu
hoạch theo tháng.
- Hoạt tính sinh học của lectin từ rong đỏ B. gelatinus thu hoạch theo
tháng.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Xác định hàm lượng carrageenan, hàm lượng 3,6-anhydrogalactose và
hàm lượng sulfate của carrageenan từ rong đỏ B. gelatinus thu hoạch theo
tháng.
- Xác định sự có mặt và hoạt tính lectin từ dịch chiết rong đỏ B.
gelatinus thu hoạch theo tháng.
- Xác định các yếu tố môi trường nhiệt độ, độ mặn, hàm lượng nitơ
tổng và phosphate của mẫu nước thu theo tháng ở vị trí thu mẫu rong B.
gelatinus.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
5.1. Ý nghĩa khoa học
Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp bổ sung số liệu khoa
học về sự thay đổi hàm lượng, chất lượng carrageenan và hoạt tính lectin từ
rong đỏ B. gelatinus thu hoạch tự nhiên từ tháng 3 đến tháng 5 ở Việt Nam.
5.2. Tính thực tiễn của đề tài
Các kết quả đạt được từ đề tài không chỉ đánh giá hàm lượng và chất
lượng carrageenan từ rong đỏ B. gelatinus thu hoạch tự nhiên từ tháng 3 đến
tháng 5 nhằm hướng đến khuyến khích người dân thu hoạch rong ở giai đoạn

Vietnam Academy of Science and Technology

8

nào để đạt được hàm lượng và chất lượng cao, mà cịn tạo cơ sở khoa học cho
việc ni trồng và phát triển lồi rong này cho các mục đích sử dụng khác
nhau trong thực phẩm hoặc y học.

Vietnam Academy of Science and Technology


9

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH
CARRAGEENAN TỪ RONG BIỂN TRÊN THẾ GIỚI

NGHIÊN

CỨU

1.1.1. Lịch sử nghiên cứu carrageenan
Carrageenan là tên chung cho một nhóm các polysaccharide sulfate thu
được bằng cách chiết rong đỏ, carrageenophyte. Cấu trúc của carrageenan bao
gồm các dimer D-galactose và 3,6-anhydrogalactose tham gia vào một
polymer mạch thẳng với liên kết luân phiên của β-D-Galactosepyranose qua
liên kết 1-3 và α-D-Galactosepyranose qua liên kết 1-4 [1]. Carrageenan được
sử dụng như một chất keo, chất ổn định và cũng là chất thay thế chất béo
trong ngành công nghiệp thực phẩm, đặc biệt là trong các sản phẩm sữa.
Các loài rong biển khác nhau chiết xuất ra các loại carrageenan khác

nhau. Các lồi rong có chứa carrageenam xuất hiện hầu hết các vùng biển,
những vùng biển nhiệt đới thường được chọn để ni trồng các lồi rong có
carrageenan vì chúng sinh sản nhanh nhất ở các vùng biển ấm như ở
Philippines, Indonesia, Ấn Độ, Brazil, nam Trung Quốc và các nước nhiệt
đới, cận nhiệt đới khác.
Từ những năm 1930, quá trình tách chiết carrageenan nguyên chất đã
được tiến hành ở Mỹ. Sau thế chiến thứ hai, sự phát triển của ngành công
nghiệp thực phẩm dẫn đến nên nhu cầu về carrageenan trên thế giới ngày
càng tăng lên. Vào những năm 1950, những nghiên cứu về carrageenan đã
cho thấy rằng sự khác nhau về các phân đoạn của carrageenan là kết quả của
nhiều loại carrageenan khác nhau và cũng trong thời gian này người ta đã xác
định được cấu trúc phân tử của carrageenan.
Đến ngày nay thì người ta đã biết thêm nhiều loại rong có khả năng sản
xuất carrageenan. Những nghiên cứu chi tiết về các loài rong này đã cho phép
chúng có thể trồng trên quy mơ lớn và nhờ đó đáp ứng đươc nhu cầu nguyên
liệu cho ngành công nghiệp sản xuất carrageenan.

Vietnam Academy of Science and Technology


10

Ngành cơng nghiệp carrageenan đóng một vai trị quan trọng cho kinh
tế của nhiều hộ gia đình trên tồn thế giới. Trồng rong biển để sản xuất các
sản phẩm như carrageenan đã trở thành sinh kế ưa thích của nhiều nơng dân,
đặc biệt là ở vùng khí hậu nhiệt đới vì trồng rong biển cần ít vốn và thiết bị,
mất ít thời gian hơn các sản phẩm khác. Nông dân có thể duy trì nguồn rong
biển của riêng họ, một mặt hàng có lợi nhuận ổn định ở các cộng đồng ven
biển ở các nước đang phát triển.
1.1.2. Nguồn rong đỏ để sản xuất carrageenan

Các loài rong đỏ Kappaphycus alvarezii, Kappaphycus striatus và
Eucheuma denticulatum là nguồn nguyên liệu chính cho công nghiệp sản xuất
carrageenan hiện nay. Chúng chỉ được nuôi trồng thành cơng từ những năm
1970, trước đó người ta sử dụng lồi Chondrus crispus là ngun liệu chính
để sản xuất carrageenan, tuy nhiên sản lượng loài này bị giới hạn do thu
hoạch ngoài tự nhiên đến cạn kiệt mà việc nuôi trồng trong bể lại quá đắt đỏ.
Việc nuôi trồng 2 loài rong đỏ K. alvarezii và K. striatus ở vùng nước ấm bắt
nguồn từ Philippines, hiện nay đã mở rộng sang các nước vùng Đông Nam Á
khác bao gồm Indonesia, Malaysia, Việt Nam và vùng lân cận Ấn Độ, Châu
Phi, các đảo Thái Bình Dương. Riêng ở Việt Nam, năm 1993, Phân viện Vật
liệu Nha Trang (nay là Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công Nghệ Nha Trang)
đã hợp tác di nhập giống rong sụn K. alvarezii, tiến hành nghiên cứu nhân
giống và thử nghiệm nuôi trồng ở vùng biển Khánh Hịa, Ninh Thuận. Từ đó
đến nay nghề nuôi trồng rong sụn phát triển mạnh ở các tỉnh Khánh Hịa, Phú
n, Ninh Thuận, Bình Định, Kiên Giang, trở thành một nghề mới, góp phần
tạo cơng ăn việc làm cho hàng ngàn lao động [2].
Rong đỏ tươi thường có màu đỏ hoặc màu xanh đỏ nâu do trong rong
có hai loại sắc tố là phycobilin (bao gồm phycocyanine có màu xanh tím,
phycocythine có màu đỏ) và chlorophyll. Rong carrageenophyte thuộc loài
đơn trụ chia thành 2 phần gồm phần lõi và phần da:

Vietnam Academy of Science and Technology


11

- Phần lõi: gồm một tế bào trung trụ chạy dọc thân từ gốc đến ngọn.
Xung quanh có từ 3 – 4 hàng tế bào vây trụ có kích thước lớn, hình trịn hay
hình đa giác, trong suốt, vách mỏng chứa các chất dinh dưỡng (carrageenan).
- Phần da: gồm nhiều tế bào nhỏ sắp xếp khít nhau, hình trịn hay hình

bầu dục, khơng trong suốt, chứa đầy sắc tố. Ngồi cùng là lớp vỏ keo chứa
cellulose, chiếm khoảng 4 % trọng lượng rong khơ, đóng vai trị bảo vệ các
lớp bên trong [3].
Ngày nay, sản xuất công nghiệp carrageenan không còn giới hạn vào
chiết tách từ C. crispus, mà rất nhiều loài rong đỏ thuộc ngành Rhodophyta đã
được sử dụng. Những loài này gọi chung là carrageenophyte.
Qua nhiều nghiên cứu, đã có hàng chục lồi rong biển được khai thác
tự nhiên hay ni trồng để sản xuất carrageenan. Tóm lại, carrageenan là một
sản phẩm tự nhiên được chiết xuất từ nguyên liệu là rong đỏ thuộc họ
Rhodophyceae, chủ yếu thuộc chi Chondrus, Eucheuma, Gigartina và
Iridaea.
Mặc dù carrageenan được giới thiệu ở quy mô công nghiệp vào những
năm 1930, nhưng chúng lần đầu tiên được sử dụng ở Trung Quốc vào khoảng
năm 600 trước Công nguyên (nơi Gigartina được sử dụng) và ở Ireland vào
khoảng năm 400 sau Công nguyên [4, 5]. Tính đến năm 2019, doanh số tồn
cầu của carrageenan ước tính khoảng 741,9 triệu đơ la [6]. Trong đó, các sản
phẩm từ kappa-carrageenan chiếm đến khoảng 70% [6].
Các nguồn rong được sử dụng phổ biến nhất là Eucheuma cottonii (K.
alvarezii, K. striatus) và Eucheuma spinosum (E. denticulatum) đã cung cấp
khoảng ba phần tư sản lượng rong chế biến carrageenan thế giới. Chúng phát
triển từ mặt biển đến độ sâu khoảng 2 m. Rong đỏ thường được trồng trên các
dây nylon căng giữa phao tre, và nó được thu hoạch sau ba tháng hoặc lâu
hơn, khi mỗi cây nặng khoảng 1 kg.
Giống E. cottonii đã được phân loại lại thành K. cottonii bởi Maxwell
Doty (1988), qua đó giới thiệu chi Kappaphycus, trên cơ sở các loại
phycocolloids được sản xuất (cụ thể là kappa-carrageenan).

Vietnam Academy of Science and Technology

12

1.1.3. Cấu trúc và tính chất hóa lý của carrageenan
1.1.3.1. Cấu trúc hóa học chung của carrageenan
Carrageenan có cấu trúc chung gồm D-galactose và 3,6anhydrogalactose tham gia vào một polymer mạch thẳng với liên kết luân
phiên của β-D-Galactosepyranose qua liên kết 1-3 và α-D-Galactosepyranose
qua liên kết 1-4 (Hình 1.1).

Hình 1.1. Cấu trúc chung của carrageenan [7]

Carrageenan có thể phân thành các loại như sau: mu, kappa, nu, iota,
lambda, theta, beta và xi. Các loại carrageenan này chỉ khác nhau ở mức độ
sulfate hố, vị trí sulfate hố, mức độ dehydrate hố của chuỗi
polysaccharide, các loại carrageenan được mơ tả trong Hình 1.2.

Vietnam Academy of Science and Technology


13

Hình 1.2. Cấu trúc của các dạng carrageenan [8]

Vietnam Academy of Science and Technology


14

Carrageenan chiết tự nhiên từ các loài rong khác nhau có thể là hỗn
hợp khác nhau của các loại carrageenan đã nêu ở trên. Người ta phân chia
carrageenan ra hai nhóm chính: nhóm 1 chứa các loại mu, nu, kappa, iota,

beta và các dẫn xuất của chúng. Các carrageenan thuộc nhóm này tạo gel với
ion K+ hoặc có thể xử lý kiềm để có tính chất tạo gel, chúng có đặc điểm là
gốc đường có liên kết 1,3 hoặc khơng có nhóm sulfate hố ở vị trí C4. Nhóm
thứ 2 là lambda, xi, theta và các dẫn xuất của chúng. Các carrageenan ở nhóm
này khơng có khả năng tạo gel ngay cả trước và sau khi xử lý kiềm. Đặc trưng
của cấu trúc ở nhóm này là cả hai loại gốc đường liên kết 1,4 và 1,3 đều có
nhóm sulfate ở ví trí C2. Ngồi ra, thành phần của carrageenan gồm có
HOSO3-, Ca2+ và 3,6-anhydro D-Galactose. Dạng tồn tại của carrageenan
trong rong đỏ gắn với Ca2+, K+, Na+ như: R=(OSO3)2Ca hoặc R-OSO3Na,
ROSO3K (R là gốc polysaccharide). Hàm lượng sulfate cũng ảnh hưởng đến
sức đơng của carrageenan [9].
Hiện nay carrageenan có 3 loại phổ biến là: kappa-carrageenan,
lambda-carrageenan, iota-carrageenan, trong đó kappa-carrageenan chiếm thị
phần lớn nhất (70 %). Sự khác nhau của các loại carrageenan trên ở vị trí và
số lượng nhóm ester sulfate đính vào chuỗi polysaccharide, do đó mỗi loại có
tính chất vật lý và hố học đặc trưng khác nhau [9].
Hai thành phần hóa học ảnh hưởng lớn đến chất lượng của carrageenan
là hàm lượng 3,6-anhydrogalactose và hàm lượng sulfate:
- Hàm lượng 3,6-anhydrogalactose trong thành phần carrageenan ảnh
hưởng đến độ bền gel, hàm lượng 3,6-anhydrogalactose càng cao thì độ bền
gel càng lớn và ngược lại.
- Hàm lượng sulfate ảnh hưởng đến độ nhớt của carrageenan, hàm
lượng sulfate càng cao thì độ nhớt càng lớn và ngược lại.
Trong cơng nghiệp, người ta thiết kế quy trình chiết xuất nhằm đạt
được carrageenan có hàm lượng 3,6-anhydrogalactose và hàm lượng sulfate
theo nhu cầu về độ bền gel và độ nhớt tương ứng.

Vietnam Academy of Science and Technology

15

1.1.3.2. Tính chất của carrageenan
- Ảnh hưởng của mơi trường kiềm
Mơi trường kiềm có ảnh hưởng lớn đến trạng thái cấu tạo hố học của
carrageenan, cụ thể trong mơi trường kiềm, nhóm (OSO3-) bị khử tách dần
khỏi cấu trúc của carrageenan. Tùy thuộc vào mức độ tách nhóm (OSO3-) từ
carrageenan ban đầu sẽ hình thành nên cấu trúc của một loại carrageenan khác
với ban đầu [9, 10, 11].
- Mang điện tích âm
Carrageenan là một polymer mang điện tích âm nên bị ngưng kết khi
có mặt của các đại phân tử mang điện tích dương như: methylen xanh,
safranine, phẩm màu azo thiazo khác, tính chất này giống như một vài
alkaloid và protein. Mặt khác, carrageenan cịn có khả năng kết tủa khi có
mặt của ethanol nồng độ cao (ethanol đóng vai trị là tác nhân dehydrate
hố). Do vậy, người ta có thể sử dụng ethanol nồng độ cao để kết tủa thu
carrageenan [9, 10, 11].
- Tính tan
Carrageenan là hợp chất cao phân tử (polysaccharide) có cực nên
hydrate hóa và hịa tan tốt trong mơi trường có cực, chẳng hạn như nước. Khi
carrageenan hút nước sẽ xảy ra hiện tượng hydrate hóa và dẫn tới sự hòa tan.
Khi hòa tan trong nước, carrageenan tạo thành dung dịch lỏng, sánh. Do vậy,
người ta sử dụng đặc tính này để làm tăng khả năng ổn định của các hỗn hợp
thực phẩm lỏng hay dung dịch thực phẩm hoặc làm tăng khả năng hydrate hóa
của các loại thuốc [12].
Carrageenan tan trong anhydrous hydrazine (N2H4), ít tan trong
formamide (CH3NO) và methyl sulfoxide ((CH3)2SO), không tan trong dầu và
dung môi hữu cơ.
- Sự tạo gel (gelation)
Khả năng keo hoá của carrageenan nằm trung gian giữa agar và gelatin,

gần giống gelatin hơn. Sự hình thành gel của dung dịch carrageenan là một

Vietnam Academy of Science and Technology


16

quá trình nhiệt thuận nghịch. Khi nhiệt độ cao hơn giá trị nhiệt độ tạo gel thì
gel sẽ tan (cân bằng bị phá vỡ). Khả năng hình thành gel của carrageenan phụ
thuộc vào nhiệt độ và nồng độ dung dịch, loại và số lượng muối có mặt trong
dung dịch. Ngồi ra, tính chất tạo gel cịn phụ thuộc vào lồi rong, công nghệ
sản xuất, hàm lượng 3,6-anhydrogalactose và hàm lượng sulfate.
- Tính bền acid
Trong mơi trường có pH thấp cùng với sự tác dụng của nhiệt độ cao thì
sự thuỷ phân carrageenan xảy ra nhanh hơn. Vì vậy, nên tránh chế biến dung
dịch carrageenan ở pH thấp và nhiệt độ cao trong thời gian dài.
- Các nhóm chức trong carrageenan
Dung dịch carrageenan là một chất hữu cơ, nên có khả năng tạo các
đỉnh hấp thụ trong phổ hồng ngoại ở các bước sóng nhất định, phụ thuộc vào
loại và thành phần carrageenan. Dựa vào tính chất này, người ta có thể biết
được carrageenan thuộc loại kappa-, iota-, lambda-, beta-carrageenan…
- Tính thuỷ phân và sự methyl hố xác định cơng thức cấu tạo của
carrageenan
Dung dịch carrageenan ít bị thủy phân ở môi trường pH từ 7 - 9.
Carrageenan, đặc biệt kappa-carrageenan dễ bị thuỷ phân bởi enzyme kappa
carrageenase hay kappa-carovora. Khi carrageenan (kappa-, lambda-) bị thuỷ
phân bởi enzyme để tạo thành các oligo kappa-carrageenan thì độ nhớt của
dung dịch giảm rất nhiều và làm tăng khả năng khử, tạo các sản phẩm thuộc
dãy đồng đẳng của oligosaccharide sulfate, 3-6-(3,6-anhydrose-Dgalactosepyranose)–D–galactose–4–6-sulfate-(neocarrabiose–4–O-sulfate).
Carrageenan bị methyl hoá tạo ra các dẫn xuất methyl như 2,3,4,6-tetramethyl-D (L)-galactose hoặc 2,4,6-tri-methyl-D (L)-galactose và dựa vào đặc

tính này người ta đã xác định thành phần cấu trúc của nó.
- Độ nhớt
Độ nhớt của dung dịch carrageenan phụ thuộc rất lớn vào loại
carrageenan, hàm lượng sulfate, khối lượng phân tử, nồng độ carrageenan,

Vietnam Academy of Science and Technology


17

nhiệt độ dung dịch và các yếu tố ảnh hưởng khác như sự có mặt của các muối
trong dung dịch. Độ nhớt dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ dung dịch và tỷ lệ
nghịch với nhiệt độ. Sử dụng khả năng tạo độ nhớt của carrageenan, trong
thực phẩm, dược phẩm carrageenan được sử dụng như chất ổn định để làm
tăng độ nhớt của pha liên tục, từ đó chúng đảm bảo chất béo không bị phân
riêng trong dung dịch [13].
1.1.3.3. Sử dụng carrageenan
- Trong thực phẩm
Carrageenan đóng vai trị là chất phụ gia trong thực phẩm để tạo đông
tụ, tạo tính mềm dẻo, tính đồng nhất cho sản phẩm. Carrageenan được dùng
trong các món ăn trong thực phẩm: các món thạch, hạnh nhân, nước uống…
Carrageenan cịn được sử dụng là một chất để điều chỉnh độ chắc, trạng
thái, tính chất cảm quan… của thực phẩm. Chức năng của nó là tạo nhũ
tương, keo tụ và tính kết nối.
- Trong y dược và dược phẩm
Carrageenan được dùng để sản xuất các loại dược phẩm quan trọng,
carrageenan là chất nhũ hóa trong ngành dược phẩm để sản xuất các loại sản
phẩm như: các loại thuốc dạng nhờn, nhũ tương để thoa lên các vết thương
làm vết thương mau lành, làm màng bao cho thuốc.
- Trong các ngành khác

Giữ cố định enzyme và tế bào: carrageenan là môi trường cố định
enzyme, là chất xúc tác trong công nghiệp tổng hợp và chuyển hóa các chất
khác.
Hỗn hợp iota-carrageenan và kappa-carrageenan và các chất tạo nhũ
tương được bổ sung vào dung dịch sơn nước để tạo độ đồng nhất, khả năng
nhũ hóa tốt hơn cho sơn.
Bổ sung vào kem đánh răng để chống lại sự tách lỏng, sự bào mòn
trạng thái, tạo các đặc tính tốt cho sản phẩm.

Vietnam Academy of Science and Technology


18

1.1.4. Các phương pháp chiết carrageenan
1.1.4.1. Chiết carrageenan tự nhiên
Chiết carrageenan tự nhiên theo phương pháp của Hellebust và Craige
(1978) [14]. Bột rong khô được chiết với dung dịch NaHCO3 ở 90 °C trong 2
giờ với sự khuấy trộn thường xuyên. Hỗn hợp được lọc thô qua túi vải và lọc
tinh bằng lọc hút chân không với chất trợ lọc diatomite. Dịch lọc được kết tủa
với cetyltrimethylammonium bromide (Cetavlon). Ly tâm thu tủa và rửa tủa
với dung dịch CH3COONa bão hòa để loại bỏ Cetavlon, và rửa tủa với
ethanol 95 % để loại bỏ CH3COONa. Thu hồi carrageenan và làm khô.
Chiết carrageenan tự nhiên chủ yếu được thực hiện trong phịng thí
nghiệm, nhằm khảo sát hàm lượng và chất lượng carrageenan trong mẫu rong
để cung cấp cơ sở khoa học phục vụ cho công tác nghiên cứu hoặc sản xuất
công nghiệp.
1.1.4.2. Chiết carrageenan bằng phương pháp xử lý kiềm
Theo phương pháp của Renn (1993) [15] Rong được xử lý với dung
dịch kiềm nóng thường là KOH ở nồng độ từ 6 – 20 % với mục đích loại bỏ

tinh bột, các chất hòa tan trong dung dịch kiềm và đặc biệt là nâng cao hàm
lượng 3,6-anhydrogalactose trong rong. Sau khi xử lý rong được rửa sạch
kiềm về pH gần trung tính và được chiết với nước nóng [16].
Chiết carrageenan bằng phương pháp xử lý kiềm là phương pháp chính
trong quá trình sản xuất carrageenan ở quy mơ cơng nghiệp. Nồng độ kiềm có
thể thay đổi nhằm thu được carrageenan có chất lượng phù hợp với nhu cầu
sử dụng.

Vietnam Academy of Science and Technology


19

1.1.5. Các phương pháp xác định tính chất hóa-lý để đánh giá chất
lượng carrageenan
1.1.5.1. Các phương pháp xác định tính chất hóa học
- Xác định hàm lượng carbohydrate trong carrageenan:
Theo phương pháp của Dubois (1956) [17], dùng D-galactose làm
chuẩn. Lấy dung dịch chuẩn ở các nồng độ galactose từ khác nhau cho vào
mỗi ống nghiệm, trộn đều với dung dịch mẫu. Thêm vào mỗi ống nghiệm
dung dịch phenol, lắc đều các ống nghiệm và giữ trong 10 phút ở nhiệt độ
phòng. Thêm dung dịch H2SO4 đậm đặc, lắc đều các ống nghiệm và giữ các
ống nghiệm trong chậu nước lạnh trong 20 phút và đo độ hấp thụ ở bước sóng
490 nm.
- Xác định hàm lượng 3,6-anhydrogalactose trong carrageenan:
Theo phương pháp của Yaphe, Arsenault (1965) [18], dùng D-fructose
làm chuẩn. Lấy dung dịch chuẩn, nước cất và dung dịch mẫu cho vào ống
nghiệm. Làm lạnh các ống nghiệm trong đá, sau đó thêm thuốc thử
resorcinol-acetal lạnh vào mỗi ống nghiệm. Trộn đều các ống nghiệm và đun
ở 80 oC trong 10 phút. Làm lạnh ống nghiệm trong chậu đá và đo độ hấp thụ ở

bước sóng 555 nm.
Hàm lượng của 3,6-anhydrogalactose được xác định với chuẩn Dfructose và theo hệ số giữa 3,6-anhydrogalactose/D-fructose.
- Xác định hàm lượng sulfate trong carrageenan:
Theo phương pháp của Terho, Hartiala (1971) [19], dùng Na2SO4 làm
chuẩn.
Lấy dung dịch chuẩn, dung dịch mẫu và nước cất cho vào các ống
nghiệm, thêm ethanol 96 % vào các ống nghiệm, trộn đều. Sau đó, thêm dung
dịch đệm BaCl2 và dung dịch rhodizonate sodium, trộn đều. Giữ các ống
nghiệm trong tối ở nhiệt độ phòng trong 10 phút và đo độ hấp thụ ở bước
sóng 520 nm.

Vietnam Academy of Science and Technology