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

Khóa luận tốt nghiệp

Lưu Thị Thùy Dương

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
----------

----------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:
TÁCH CHIẾT VÀ TINH SẠCH FUCOXANTHIN TỪ CHỦNG TẢO
NÂU UNDRIA PINNATIFIDA THU MẪU TỪ VÙNG BIỂN THANH HÓA

Người hướng dẫn

:TS. Trịnh Tất Cường
TS. Đoàn Duy Tiên

Sinh viên thực hiện

: Lưu Thị Thùy Dương

Lớp

:KS CNSH 11.02

Hà Nội - 2015

Khóa luận tốt nghiệp

Lưu Thị Thùy Dương

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện khóa luận tốt nghiệp, em đã hoàn
thành báo cáo khóa luận tốt nghiệp. Trong thời gian này, em đã nhận được sự
động viên, quan tâm, hướng dẫn và giúp đỡ rất nhiệt tình của các thầy cô, gia
đình và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Công nghệ sinh học –
Viện Đại học Mở Hà Nội, những người đã giảng dạy và cho em những kiến thức
hữu ích trong quá trình học và cả kiến thức cho sau này.
Em xin gửi lòng cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn, TS.Trịnh Tất
Cường đã tận tình hướng dẫn, bảo em trong suốt thời gian làm thực nghiệm và
viết khóa luận. TS. Đoàn Duy Tiên đã động viên và tạo điều kiện cho em trong
suốt quá trình nghiên cứu.
Em cũng xin chân thành cảm ơn tới tập thể các cán bộ, các anh chị nghiên
cứu sinh, cao học, sinh viên thuộc phòng Enzyme học và Phân tích hoạt tính sinh
học thuộc phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Enzyme và Protein thuộc
trường Khoa học Tự Nhiên - ĐHQGHN đã động viên, đóng góp ý kiến, tạo điều
kiện để em có thể hoàn thành khóa luận này.
Cuối cùng em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với gia đình và
bạn bè đã động viên, khích lệ, chia sẻ, giúp đỡ em rất nhiều.
Một lần nữa em xin kính chúc quý thầy cô lời chúc sức khỏe, thành công
trong công việc giảng dạy cũng như trong cuộc sống.
Hà Nội, ngày 22 tháng 05 năm 2015
Sinh viên

Lưu Thị Thùy Dương

Khóa luận tốt nghiệp

Lưu Thị Thùy Dương

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................. 2
1.1. Giới thiệu về tảo ......................................................................................... 2
1.1.1. Giới thiệu chung về tảo ............................................................................ 2
1.1.2. Đặc điểm sinh học của tảo ....................................................................... 2
1.1.2.1. Vị trí phân loại và phân bố của tảo trong tự nhiên .............................. 2
1.1.2.2. Đặc điểm dinh dưỡng............................................................................ 5
1.1.2.3. Đặc điểm sinh trưởng và sinh sản ........................................................ 5
1.1.3. Ứng dụng ................................................................................................. 7
1.1.3.1. Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm .............................................. 7
1.1.3.2. Sản xuất nhiên liệu sinh học (NLSH) .................................................. 7
1.1.3.4. Ứng dụng trong xử lý môi trường......................................................... 9
1.2. Tảo nâu Undaria pinnatifida .................................................................... 10
1.2.1. Vị trí phân loại ....................................................................................... 10
1.2.2. Đặc điểm hình thái và cấu trúc của tảo nâu U.pinnatifida.................... 11
1.2.3. Tình hình sử dụng.................................................................................. 11
1.2.4. Phân bố địa lý......................................................................................... 12
1.2.5. Thành phần dinh dưỡng........................................................................ 13

1.3. Fucoxanthin.............................................................................................. 14
1.3.1. Đặc điểm, cấu trúc và các tính chất của Fucoxanthin .......................... 14
1.3.2. Công dụng sinh học của Fucoxanthin................................................... 16
Chương 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ....................................... 18
2.1. Nguyên liệu và hóa chất........................................................................... 18
2.1.1. Nguyên liệu ............................................................................................ 18


Khóa luận tốt nghiệp

Lưu Thị Thùy Dương

2.1.2. Thiết bị thí nghiệm................................................................................. 18
2.1.3. Hóa chất................................................................................................. 19
2.2. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 20
2.2.1. Phương pháp tách chiết ......................................................................... 20
2.2.2. Phương pháp sắc ký bản mỏng .............................................................. 20
2.2.2.1. Giới thiệu phương pháp ...................................................................... 20
2.2.2.2. Nguyên lý tiến hành ............................................................................ 21
2.2.2.3. Cách tiến hành chạy sắc ký bản mỏng định tính Fucoxanthin .......... 22
2.2.3. Phương pháp tinh sạch Fucoxanthin bằng sắc ký cột ........................... 23
2.2.3.1. Nguyên tắc .......................................................................................... 23
2.2.3.2. Dụng cụ, thiết bị, hóa chất .................................................................. 23
2.2.3.3. Tiến hành thí nghiệm ......................................................................... 23
2.2.4. Phương pháp tạo mẫu đông khô từ dịch chiết tảo ................................. 24
2.2.5. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) ................................. 24
2.2.5.1. Giới thiệu phương pháp ...................................................................... 24
2.2.5.2. Nguyên lý tiến hành ............................................................................ 26
2.2.5.3. Cách tiến hành chạy HPLC định tính và định lượng Fucoxanthin ... 27
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 29

3.1. Quy trình tách chiết và tinh sạch Fucoxanthin từ tảo nâu U.pinnatifida .. 29
3.2. Định tính Fucoxanthin bằng phương pháp sắc ký ................................. 30
3.3. Tách chiết Fucoxanthin bằng sắc ký cột ................................................. 32
3.4. Fucoxanthin có trong thành phần dịch chiết của tảo nâu U.pinnatifida 33
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 38


Khóa luận tốt nghiệp

Lưu Thị Thùy Dương

CÁC TỪ VIẾT TẮT
CO2

Cacbon đioxit

H2O

Nước cất

HPLC

High-performance liquid chromatography
(Sắc ký lỏng hiệu năng cao)

NLSH

Nhiên liệu sinh học

PUFAs

Polyunsaturated fatty acids

TB

Tế bào

TLK

Trọng lượng khô

U.pinnatifida

Undaria pinnatifida

v/v

Volume/ volume

VK

Vi khuẩn

w/v

Weight/ volume


Khóa luận tốt nghiệp

Lưu Thị Thùy Dương

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Giá trị dinh dưỡng của tảo nâu U.pinnatifida trên 100 gam
Bảng 2.1.Danh sách thiết bị được sử dụng trong thí nghiệm
Bảng 2.2. Danh sách các hóa chất được dùng trong thí nghiệm
Bảng 3.1. Diện tích PIC mẫu thô với thể tích chạy là 50µl


Khóa luận tốt nghiệp

Lưu Thị Thùy Dương

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Hình thái về tảo Lục
Hình 1.2. Hình thái của tảo Nâu
Hình 1.3. Hình thái của tảo Đỏ
Hình 1.4. Năm pha sinh trưởng của tảo
Hình 1.5. Sản phẩm nhựa được sản xuất từ tảo
Hình 1.6. Hệ thống nuôi tảo qui mô lớn
Hình 1.7. Cấu trúc của tảo nâu U.pinnatifida
Hình 1.8. Cấu trúc Fucoxanthin
Hình 2.1.Tảo nâu U.pinnatifida
Hình 2.2. Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
Hình 3.1. Quy trình tách chiết và tinh sạch Fucoxanthin từ tảo nâu U.pinnatifida
Hình 3.2. Sản phẩm sau khi tách chiết Fucoxanthin
Hình 3.3. Kết quả kiểm tra Fucoxanthin bằng phương pháp sắc ký
Hình 3.4. Kết quả kiểm tra fucxanthin bằng phương pháp sắc ký cột
Hình 3.7. Fucoxanthin tách chiết từ tảo nâu

Hình 3.5. Dịch chiết thô từ mẫu tảo nâu
Hình 3.6. Fucoxanthin chuẩn (Sigma)
Hình 3.8. Đường chuẩn Fucoxanthin
Hình 3.9. Mẫu thô Fucoxanthin được đưa lên đường chuẩn


MỞ ĐẦU
Tảo là thực vật bậc thấp hiện nay đang được các nhà khoa học quan tâm
nghiên cứu vì trong tảo biển chứa nhiều hợp chất có lợi cho sức khỏe con người.
Đặc biệt tảo cho khả năng khai thác được lượng nhiều, đem lại lợi ích kinh tế
cao. Các loài tảo biển cung cấp các thành phần có giá trị dinh dưỡng như protein,
carbohydrate, lipit và vitamin. Hơn nữa chúng còn chứa nhiều hợp chất thiên
nhiên có hoạt tính sinh học có giá trị, trong đó có các hợp chất carotenoit [6].
Trong số khoảng 600 hợp chất carotenoit tìm thấy trong tự nhiên, gần đây
hợp chất Fucoxanthin được các nhà khoa học dành cho nhiều sự quan tâm vì có
rất nhiều tác dụng có lợi cho sức khỏe con người. Các nhà khoa học Nhật Bản
trong một công trình nghiên cứu của mình đã chứng minh fucoxanthin có khả
năng làm giảm các triệu chứng của bệnh béo phì trên chuột [17,18].
Fucoxanthin có nhiều trong một số loài tảo nâu, đặc biệt là loài tảo nâu
thực phẩm U.pinnatifida của Nhật Bản và đã có những cuộc khảo sát một số
loài tảo nâu của Việt Nam. Tuy nhiên, để có được hàm lượngfucoxanthintinh
chất cao thì cần xây dựng được quy trình tách chiết và tinh sạch
fucoxanthin.Chính vì vậy, đề tài“Tách chiết và tinh sạch Fucoxanthin từ chủng
tảo nâu Undaria pinnatifida thu mẫu tại vùng biển tỉnh Thanh Hóa” được thực
hiện nhằm tách chiết và tinh sạch fucoxanthin với hiệu quả cao nhất.
Nhiệm vụ (Mục tiêu) đặt ra của khóa luận này là:
1. Xây dựng được quy trình tách chiếtFucoxanthin từ chủng tảo nâu
U.pinnatifida thu mẫu tại Thanh Hóa
2. Tinh sạch Fucoxanthin
3. Đánh giá độ tinh sạch của Fucoxanthin trong quá trình tách chiết

Nội dung nghiên cứu:
1. Xây dựng quy trình tách chiết Fucoxanthin
2. Định tính Fucoxanthin bằng phương pháp TLC
3. Tinh sạch Fucoxanthin bằng sắc ký cột
4. Kiểm tra độ tinh sạch và đánh giá hàm lượng Fucoxanthin thu được bằng
phương pháp HPLC

1


Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

Giới thiệu về tảo:

1.1.1. Giới thiệu chung về tảo:
Tảo (Algae) là thực vật bậc thấp (thực vật có bào tử, cơ thể không phân
chia thành thân, rễ, lá), đa số có cấu trúc đơn giản. Trong tế bào (TB) tảo luôn có
chứa diệp lục nên chủ yếu sống tự dưỡng. Một số ít cộng sinh với nấm thành Địa
y. Tảo sống chủ yếu trong nước, một số ít sống trên đất ẩm hoặc trên vỏ cây.
Tảo có cấu trúc rất đa dạng: đơn bào, tập đoàn hay đa bào. Hầu hết các loại
tảo đều sống trong môi trường nước, từ nước ngọt đến nước mặn và nước lợ. Vai
trò của tảo trong hệ sinh thái nước tương tự như vai trò của thực vật bậc cao
trong hệ sinh thái trên cạn. Mặc dù về cấu tạo, hình dạng, kích thước và màu sắc
của tảo rất khác nhau nhưng các ngành Tảo cũng có 1 số điểm chung nhau như:
tảo có cơthể dạng tản chưa phân hóa thành thân, rễ, lá → gọi là Tản thực
vật(Thallophyta) và cũng chưa có các loại mô điển hình trong cấu trúc của tản.
Cơ thể của tảo gọi là tản (thallus) vì thiếu thân, rễ và lá nhưng chúng lại có
chlorophylla- sắc tố quang hợp điển hình [3].
Tảo có một vài hình thức sinh sản cũng như môi trường phân bố gần

giống nhau… nên người ta thường gộp chúng thành một nhóm có ý nghĩa sinh
học.Vách tế bào của tảo bằng cellulose và pectin. Một vài ngành Tảo: Tảo silic,
Tảo vàng ánh: vách thấm thêm silic, hoặc Tảo vòng, Tảo đỏ: vách có thêm canxi
cacbonat.
1.1.2. Đặc điểm sinh học của tảo:
1.1.2.1. Vị trí phân loại và phân bố của tảo trong tự nhiên:
Vị trí
Đa phần tảo thuộc về giới Nguyên sinh (Protisa). Một số ít loài tảo lớn lại
được xếp vào giới Thực vật và được phân chia thành thực vật bậc thấp. Dạng
thực vật bậc thấp này không có phôi, đây là đặc điểm phân biệt giới Nguyên sinh
với thực vật bậc cao thông thường.

2


Phân loại
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hệ thống phân loại tảo của nhiều tác giả:
hệ thống của Pascher (1931), hệ thống của West & Fritsch (1927) và Fritsch
(1935), hệ thống của Chadefaud (1960), hệ thống của Chadefaud được Fett sửa
đổi (1967).
Các hệ thống phân loại này đều dựa vào màu sắc và cấu trúc tản để phân
loại. Hiện nay con số các ngành Tảo vẫn chưa thống nhất.Gần đây nhiều tác giả
thường xếp nhóm tảo vào 9 ngành sau đây tùy thuộc vào thành phần cấu tạo,
thành phần sắc tố, đặc điểm hình thái, đặc điểm sinh sản [28]:
1. Ngành tảo Lục (Chlorophyta)
2. Ngành tảo Trần (Englenophyta)
3. Ngành tảo Giáp (Pyrophyta)
4. Ngành tảo Khuê (Bacillareonphyta)
5. Ngành tảo Kim (Chrysophyta)
6. Ngành tảo Vàng (Xantophyta)

7. Ngành tảo Nâu (Phaecophyta)
8. Ngành tảo Đỏ (Rhodophyta)
9. Ngành tảo Lam (Cyanophyta)
Trong đó, ba ngành có giá trị kinh tế cao là tảo Lục, tảo Nâu, tảo
Đỏ(Tierney, Croft, & Hayes, 2010).
Ngành tảo Lục: có trên dưới 360 chi và hơn 5700 loài, phần lớn sống
trong nước ngọt, nét đặc trưng của loài tảo này là có màu lục.

Hình 1.1. Hình thái về tảo Lục


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

Hình 1.2. Hình thái của tảo Nâu
Ngành tảo Đỏ: tảo Đỏ là những loại tảo biển khi tươi có màu hồng lục,
hồng tím, hồng nâu. Khi khô tùy theo phương pháp chế biến chuyển sang màu
nâu hay nâu vàng đến vàng. Tảo Đỏ có 2500 loài, gồm 400 chi, thuộc nhiều họ,
phần lớn sống ở biển.

Hình 1.3. Hình thái của tảo Đỏ
Phân bố
Tảo có mặt ở khắp nơi trên trái đất, từ đỉnh núi cao cho tới biển sâu, thậm
chí ở cả độ sâu khoảng 200m dưới biển nếu như nước biển ở đó rất sạch [7].
Những loài tảo sống trong các thủy vực được gọi là tảo phù du (phytoplankton)
còn những tảo sống bám đáy thủy vực, bám trên các vật sống hay các thành tàu
thuyền được gọi là tảo đáy (Phytobentos). Tảo bao gồm các tảo đơn bào
(Protista) và các loại có kích thước lớn như của tảo đỏ, tảo nâu và tảo lục. Tảo
mọc thành từng đám lớn, làm nơi trú ngụ và làm thức ăn cho sự đa dạng của cá
và nhiều động vật không xương sống khác. Một số tảo biển là thức ăn của con

người.


Các TB tảo quang hợp nhỏ và vi khuẩn lam trôi nổi trong nước được gọi là
các thực vật phù du là mắt xích đầu tiên của chuỗi thức ăn của các sinh vật dị
dưỡng ở đại dương cũng như ở nước ngọt. Dạng tảo cộng sinh với nấm thành
Địa y cũng là dạng phân bố rất rộng rãi và nhiều loài đã được khai thác dùng làm
dược phẩm, nước hoa, phẩm nhuộm và các mục đích kinh tế khác (hiện đã biết
tới 20.000 loài Địa y thuộc 400 chi khác nhau) [27].
1.1.2.2. Đặc điểm dinh dưỡng
Phương thức dinh dưỡng của tảo được phân thành hai loại chính: quang tự
dưỡng (photoautotrophy) và dị dưỡng (heterotrophy). Dạng trung gian của hai
hình thức trên là tạp dưỡng (mixotrophy) [2]. Những tảo sống trên bề mặt thì cần
ánh sáng để quang hợp. Quá trình quang hợp sử dụng CO2 và ánh sáng mặt trời
để tạo ra các vật chất hữu cơ. Ở dạng tạp dưỡng, quang hợp vẫn là quá trình cơ
bản để tạo chất hữu cơ nhưng trong một số trường hợp, tảo sử dụng được cả các
chất hữu cơ có sẵn.
1.1.2.3. Đặc điểm sinh trưởng và sinh sản
Sinh trưởng
Sự tăng trưởng của tảo nuôi trồng trong điều kiện vô trùng được đặc trưng
bởi 5 pha [22] được thể hiện ở Hình 1.4.

Hình 1.4. Năm pha sinh trưởng của tảo


Pha chậm hoặc pha cảm ứng (1): Tảo sinh trưởng chậm, mật độ TB tăng ít
do phải thích nghi dần với mối trường sống mới.
Pha sinh trưởng theo hàm số mũ (2): Ở pha này mật độ TB tăng nhanh.
Pha giảm tốc độ sinh trưởng (3): Sự phân chia TB sẽ chậm lại khi các chất
dinh dưỡng, ánh sáng, độ pH, CO2 hoặc các yếu tố lý hóa khác bắt đầu

hạn chế sự sinh trưởng.
Pha ổn định (4): Mật độ TB tương đối ổn định, không thay đổi do các yếu
tố hạn chế và tốc độ sinh trưởng ở trạng thái cân bằng.
Pha tàn lụi (5): Chất lượng môi trường trở nên xấu đi, các chất dinh dưỡng
suy kiệt tới mức không thể duy trì được sự sinh trưởng. Mật độ TB giảm
mạnh.
Sinh sản
Một số cấu trúc dạng tản của tảo mà chúng ta thường gặp là cấu trúc moonat,
cấu trúc palmella, cấu trúc hạt, cấu trúc sợi, cấu trúc dạng bản và cấu trúc ống
(siphon). Nhìn chung tảo có 3 phương thức sinh sản là sinh sản sinh dưỡng, sinh
sản vô tính và sinh sản hữu tính [3]. Nhiều tảo có sự xen kẽ thế hệ.
Sinh sản sinh dưỡng: Được thực hiện bằng những phần riêng rẽ của cơ
thể, không chuyên hóavề chức phận sinh sản.
• Ở các tảo đơn bào, sinh sản sinh dưỡng thực hiện bằng cách phân đôi
TB.
• Ở các tảo tập đoàn có một số TB phân chia nhanh hình thành những
tập đoàn nhỏ bên trong tập đoàn mẹ (ở tảo Volvox, tảo lưới).
• Ở các tảo dạng sợi thực hiện bằng cách đứt đoạn gọi là tảo đoạnhay
hình thành chồi ở tảo vòng (Chara).
Sinh sản vô tính: Được thực hiện bằng các bào tử chuyên hóa, có roi (bào
tử động) hay không roi (bào tử bất động), hình thành trong túi bào tử, về
sau bào tử nảy mầm thành tản mới.
Sinh sản hữu tính: Được thực hiện bằng sự kết hợp của những TB chuyên
hóa gọi là giao tử, hình thành trong các túi giao tử đơn bào.Dựa vào mức

6


độ giống hay khác nhau của các giao tử mà có 3 hình thức sinh sản hữu
tính: đẳng giao, dị giao và noãn giao.Ở một số tảo còn có quá trình sinh

sản hữu tính đặc biệt theo lối tiếp hợp giữa hai TB sinh dưỡng và không
tạo thành giao tử (ở Tảo xoắn). Một số tảo có sự xen kẽ thế hệ trong quá
trình sống. Sự xen kẽ thế hệ có thể là đẳng hình hay dị hình.
1.1.3.

Ứng dụng

1.1.3.1. Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm
Tảo là nguồn thực phẩm chức năng quan trọng cho người và động vật
nuôi. Bất kì một loại protein đơn bào nào cũng phải trải qua thử nghiệm cẩn thận
trước khi trở thành thức ăn cho người hoặc động vật.
Vào những năm gần đây việc sử dụng tảo làm nguồn dinh dưỡng cho con
người đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học, nhà sản xuất và người tiêu
dùng. Sinh khối tảo có giá trị dinh dưỡng cao và không có độc tố. Nhưng hiện nay
việc sử dụng tảo làm nguồn thực phẩm còn gặp nhiều hạn chế vì giá thành sản xuất
cao, thử nghiệm dinh dưỡng chưa đủ thuyết phục, thiếu cơ chế kiểm tra chất lượng
thường xuyên và thói quen sử dụng các loại thức ăn truyền thống của người tiêu
dùng. Trong tương lai, tảo hứa hẹn là nguồn thực phẩm sử dụng phổ biến cho mọi gia
đình.
1.1.3.2. Sản xuất nhiên liệu sinh học (NLSH)
Nhiều quốc gia và các công ty lớn trên thế giới đã đầu tư cho các nỗ lực
nghiên cứu nhằm tối ưu hóa công nghệ sản xuất NLSH từ tảo, giảm xuống tối
thiểu chi phí sản xuất, khiến cho công nghệ sản xuất này trở nên khả thi về mặt
thương mại. Ở nhiều nơi người ta nuôi trồng tảo với lượng lớn để sản xuất etanol
sinh học, điezen sinh học, butanol sinh học và các loại NLSH khác [4].
Những lợi ích của việc sản xuất NLSH từ tảo là:
Hoạt động nuôi trồng tảo chỉ có những tác động tối thiểu đối với nguồn nước
NLSH từ tảo có thể được sản xuất bằng cách sử dụng nước thải hoặc nước
biển

7


NLSH từ tảo có thể phân hủy sinh học và vô hại đối với môi trường, ngay
cả khi bị đổ vãi.
1.1.3.3. Khai thác các chất có hoạt tính sinh học
Hiện nay, các sản phẩm và dich chiết từ sinh khối tảo đã có một vị trí nhất
định trên thị trường. Tảo được coi là nguồn tiềm năng trong việc khai thác các
hoạt chất có hoạt tính sinh học như PUFAs, chất chống oxy hóa, các protein cảm
nhiệt, vitamin, các sắc tố.
Vitamin
Các loài tảo được dùng để khai thác vitamin, chủ yếu là vitamin hòa tan trong
nước ở tảo lam, tảo lục và tảo silic. Hàm lượng vitamin trong sinh khối tảo phụ
thuộc vào kiểu gen, chu trình sinh trưởng, điều kiện nuôi trồng và các thao tác di
truyền. Hiện nay ở Đài Loan và Nhật Bản các chủng tảo Chlorella và
Porphyridium được nuôi trồng tạp dưỡng trong hệ thống kín để sản xuất vitamin
(Đặng Đình Kim, 1999).
Axit béo không bão hòa
Tảo đơn bào chứa nhiều chất béo với hàm lượng rất cao dao động trong khoảng
từ 20- 40% TLK. Nguồn PUFAs tách từ tảo đang được coi là lợi thế hơn so với các
nguồn truyền thống như dầu cá vì không có mùi khó chịu hay sự tích lũy các kim
loại nặng. Ở châu Âu, các PUFAs tách từ tảo đã được tinh chế và bổ sung vào sữa
bột cho trẻ. Các loại mỹ phẩm có chứa lipit dạng kem hoặc dạng dung dịch với hai
tác dụng vừa bảo vệ và chăm sóc da đang dần chiếm lĩnh thị trường (Gross và Pulz,
2004).
Chất chống oxy hóa
Tảo cũng giống như các thực vật bậc cao, có khả năng thích nghi với các điều
kiện khắc nghiệt của môi trường. Hầu hết các tảo là sinh vật quang dưỡng,
thường xuyên chịu tác động của ánh sáng mạnh, lượng oxy cao và các yếu tố bất
lợi khác. Do vậy, để thích nghi và tồn tại, các hệ thống bảo vệ cơ thể được củng

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

8


ởtảo cho phép ngăn chặn sự tích lũy các gốc tự do và phản ứng oxy hóa. Nhờ
vậy nó có thể chống lại những tác động gây hại đến TB. Các vitamin, superoxy
dismutase (SOD), catalaza và glutation peoxydase. Dunaliella,Haematococcus
pluvialis và Porphyridium cruentum đang là nguồn khai thác β- carotene,
astaxanthin và SOD (Đặng Đình Kim, 1999; Gross và Pulz, 2004).
1.1.3.4. Ứng dụng trong xử lý môi trường
Xử lí nước thải
So với các phương pháp xử lý nước thải truyền thống, việc sử dụng tảo để
xử lý nước thải có những lợi ích quan trọng như sau [4].
So với các quy trình xử lý bùn và các quy trình xử lý thứ cấp khác, sử
dụng tảo là phương pháp chi phí thấp để loại bỏ các hợp chất phosphat
cũng như các hợp chất nito và các mầm bệnh.
Các quy trình xử lý nước thải bằng tảo sản xuất ra oxy cần thiết cho các
VK ưa khí
Các cơ sở xử lý nước thải bằng tảo tạo ra bùn là sinh khối tảo với hàm
lượng năng lượng cao, có thể được xử lý tiếp để sản xuất phân bón hoặc
NLSH.
Sinh khối tảo là nguồn nguyên liệu cho sản xuất điezen sinh học.

Hình 1.5. Sản phẩm nhựa được sản xuất từ tảo


Các ứng dụng thân thiện với môi trường khác của tảo
Tảo có thể sử dụng để thu giữ phân bón trong nước thải nông nghiệp. Sau
khi thu hoạch, tảo lại được làm phân bón.

Tảo không cạnh tranh về đất canh tác. Khi nuôi trồng tảo người ta có thể
sử dụng nước thải mà không cần sử dụng nguồn nước nông nghiệp.
Tảo không phụ thuộc vào các điều kiện mùa vụ. Tảo có thể phát triển tốt ở
bất cứ nơi nào có khí hậu ấm và nhiều ánh nắng Mặt trời.
Tảo có thể được nuôi trồng trong điều kiện khắc nghiệt như trên sa mạc
trong nước thải và nước có chứa các hợp chất photsphat, nitrat hoặc các
chất nhiễm độc khác.
Tảo giúp lấy CO2 ra khỏi không khí nên các trại nuôi trồng tảo có thể
được đặt gần các nhà máy nhiệt điện hoặc các nhà máy thải CO2.

Hình 1.6. Hệ thống nuôi tảo qui mô lớn
1.2.

Tảo nâu Undaria pinnatifida

1.2.1. Vị trí phân loại
Vị trí của U.pinnitifida trong hệ thống phân loại như sau:
Giới: Chromalveolata
Ngành: Heterokontophyta
Lớp: Phaeophyceae
Bộ: Laminariales


Họ: Alariaceae
Chi: Undaria
Loài: U.pinnatifida
1.2.2. Đặc điểm hình thái và cấu trúc của tảo nâu U.pinnatifida
U.pinnatifida là một loài tảo biển nâu lớn thuộc trật tự Laminariales,U.
pinnatifida có thể đạt chiều dài tổng thể từ 1-3 mét và bao gồm một lá bào tử
dạng xoắn ốc, các cơ quan sinh sản của tảo biển, một gân giữa của phiến lá và

cuống lá của tảo biển.

Hình 1.7. Cấu trúc của tảo nâu U.pinnatifida
1.2.3. Tình hình sử dụng
U.pinnatifida có giá trị dinh dưỡng cao, chứa hàm lượng canxi, iod,
thiamin, niacin, sắt, vitamin B12 và protein. Nó cũng là một nguồn giàu các axit
eicosapentaenoic, axit béo omega-3 và polysaccharides. Fucoxanthin có trong
U.pinnatifida giúp đốt cháy các mô mỡ trong cơ thể, vì thế nó có ứng dụng rất
nhiều trong việc giảm béo phì [17]. Trong Đông y, U.pinnatifida được sử dụng
để lọc máu, sức khỏe đường ruột, da, tóc, cơ quan sinh sản,…[16]
U.pinnatifida có ý nghĩa về mặt kinh tế, nó được người Nhật sử dụng làm
thực phẩm cả dạng tươi và khô.Ở các nước Đông Á tảo biểnU.pinnatifida được


gọi là wakame và được coi là một món ăn, thường được thêm vào súp miso. Ở
Hàn Quốc, wakameđược sử dụng trong món salad hoặc súp miyeokguk. Nhiều
phụ nữ trong thời kì mang thai sử dụngmiyeokgukvì nó chứa một hàm lượng
canxi và iod, chất dinh dưỡng quan trọng. Ở châu Âu, nó cũng được sử dụng
trong một loạt các liệu pháp làm đẹp tại chỗ và các sản phẩm chăm sóc cơ thể,
do thành phần polysaccharide cao và khả năng cung cấp độ ẩm.
U.pinnatifida là một thành phần quan trọng có trong các sản phẩm ở các
nước trong đó bao gồm Pháp, Ý, Anh, Tây Ban Nha, Trung Quốc, Nhật Bản,
Hàn Quốc, New Zealand, Australia, Canada, và Hoa Kỳ. Sản phẩm y tế và chăm
sóc cơ thể chứa U.pinnatifida như một thành phần tất yếu bao gồm:
dầu gội đầu, chăm sóc tóc, sản phẩm chăm sóc tay và chân.
sữa tắm, sữa rửa mặt, các loại kem ban ngày và ban đêm.
sản phẩm làm sạch răng.
xà phòng và các sản phẩm mực in.
1.2.4. Phân bố địa lý
U.pinnatifida là tảo bẹ Laminarian bản địa ở phía tây bắc Thái Bình

Dương và các khu vực ven biển ôn đới lạnh của Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn
Quốc và Đông Nam nước Nga. U.pinnatifida đã có mặt ở khắp nơivì bám dưới
các thân tàu, phạm vi của nó được lan rộng ra bốn châu lục kể từ năm 1980. Hiện
nay, nó đang phát triển trong ôn đới Thái Bình Dương, ôn đới đông nam Ấn Độ
Dương, Địa Trung Hải, phía bắc ôn đới và phía nam Đại Tây Dương. Những
quốc gia có U.pinnatifida xuất hiện từ những năm 1980 bao gồm Argentina, Hoa
Kỳ, Mexico, Pháp, Anh, Tây Ban Nha, Ý, Bỉ, Australia và New Zealand.

12


1.2.5. Thành phần dinh dưỡng
Bảng 1.1. Giá trị dinh dưỡng của tảo nâu U.pinnatifida trên 100 gam
Giá trị dinh dưỡng trên 100 g
Năng lượng

188 kJ (45 kcal)

Carbohydrates

9,14 g

Đường

0,65g

Chất xơ thực phẩm

0,5 g

Mỡ

0,64 g

Protein

3,03 g

Vitamin
Thinamine (B1)

0,06 mg

(5%)

Riboflavin (B2)

0,23 mg

(19%)

Niacin (B3)

1,6 mg

(11%)

Axit Pantothenic (B5)

0,697 mg

(14%)

Folate (B9)

196 mg

(49%)

Vitamin C

3 mg

(4%)

Vitamin E

1 mg

(7%)

Vitamin K

5,3 mg

(5%)

Canxi

150 mg

(15%)

Sắt

2,18 mg

(17%)

Magie

107 mg

(30%)

Mangan

1,4 mg

(67%)

Phospho

80 mg

(11%)

Natri

872 mg

(58%)

Kẽm

0,38 mg

(4%)

Kim loại đánh dấu

13


1.3.

Fucoxanthin

1.3.1. Đặc điểm, cấu trúc và các tính chất của Fucoxanthin
Đặc điểm
Fucoxanthin là một xanthophyll, có cấu trúc carotenoid được tìm thấy
trong tảo biển và vi tảocũng như một vài nguồn vật biển khácvà có lẽ là
carotenoid nổi tiếng thứ hai trên biển chỉ sau Astaxanthin [20]. Nó là một phân
tử có cấu trúc tương tự nhưβ-carotene và vitamin A. Fucoxanthinhấp thụ ánh
sáng chủ yếu trong các màu xanh-màu xanh lá cây để phần màu vàng-xanh của
quang phổ nhìn thấy, hấp thụ đáng kể trong khoảng từ 450 đến 540 nm.Một số
nghiên cứu dinh dưỡng đượcthực hiện trên chuột cho thấy rằng fucoxanthin thúc
đẩy đốt cháy chất béo trong các TB mỡtrắng bằng cách tăng sự biểu hiện của
thermogenin. Fucoxanthin là một thành phần của chế độ ăn uống đem lại lợi ích
sức khỏe của người Nhật Bản [11,13].

Fucoxanthin có thể được tìm thấy trong các loài tảo biển sau:
• Myagroides Myagropsis với 9,01 mg/g [11].
• Dictyota coriacea với 6,42mg / g [11].
• Himanthalia elongate [25].
• Petalonia binghamiae (Vinogradova) với 3,57 mg / g [14].
• Undaria pinnatifida (Wakame) [8,23].
• Hijikia fusiformis (Hijiki) [8].
• Laminaria japonica (Ma-Kombu) [8].
• Ecklonia cava [11].
• Các họ Sargassum (fulvellum, coreanum, hemiphyllum, horneri, vv)
[8,11].
• Phaeodactylum tricornutum (vi tảo) với 15,42-16,51 mg / g [15].
• Odontella aurita (vi tảo) với 6,34- 20,63mg/g trọng lượng khô tùy thuộc
vào khả năng cung nitơ [26].
Ngoài ra, fucoxanthincũng được tìm thấy với số lượng nhỏ hơn nhiều trong

14


tảo đỏ (loại thường được sử dụng ở dạng cuộn sushi Nhật Bản) và tảo biển
xanh.Fucoxanthin được tìm thấy với nồng độ cao trong tảo biển nên đem lại
nhiều lợi ích cho sức khỏe con người ngay cả việc bổ sung các sản phẩm của nó
trong chế độ ăn.
Cấu trúc
Fucoxanthin thuộc tính cấu trúc giống với lớp carotenoid các chất dinh dưỡng
như β-carotene (so sánh tiêu chuẩn) và các dẫn xuất thú vị hơn như Astaxanthin.
Tuy nhiên, Fucoxanthin có xu hướng được quan tâm nhiều hơn do nó cócấu trúc
riêng biệt bao gồm một liên kết bất thường allenic, nhóm epoxide và nhóm
cacbonyl liên hợp trong chuỗi polyene với đặc tính chống oxy hóa.

Hình 1.8. Cấu trúc Fucoxanthin
Có một số phân tử có liên quan được coi là chất chuyển hóa của
Fucoxanthin nhưng không phải là từ sự trao đổi chất của con người, mà là sự
trao đổi chất của các nguồn thực vật của Fucoxanthin, chẳng hạn như
halocynthiaxanthin [21].
Các tính chất của Fucoxanthin
Fucoxanthin hòa tan trong chất béo [19] do đó sự hấp thụ của nó là tăng
sự có mặt của các axit béo (nó đã được chứng minh bằng cách trộn với


triglycerides chuỗi trung bình ở mức 0,9% của các chế độ ăn uống ở chuột) [19].
Fucoxanthinlà một phi vitamincarotenoid (tức là một carotenoid mà không tạo
thành vitaminA trong cơ thể). Fucoxanthin đã được ghi nhận giảm stress oxy hóa
[10] và các hoạt động enzyme chống oxy hóa ở chuộtgây nên bởi thiếu vitamin
A [25].
1.3.2. Công dụng sinh học của Fucoxanthin
Hoạt động chống béo phì
Các nghiên cứu khoa học gần đây đã chỉ ra rằng ăn tảo biển là một giải
pháp chống béo phì. Các hợp chất Fucoxanthin có trong tảo biển giúp làm giảm
sự tích tụ chất béo và bù năng lượng đã tiêu hao đi của cơ thể. Do khả năng giúp
tăng quá trình oxy hóa của chất béo, tảo biển chứa fucoxanthin được tin dùng
trong chế độ ăn uống của nhiều người bệnh và một vài người dùng thuốc uống
dạ dày.
Hoạt động chống bệnh tiểu đường
Hiện nay Fucoxanthin trong tảo nâu đã được chứng minh có kết quả tốt
trong việc chống bệnh tiểu đường. Hơn nữa, sự hấp thu chất béo trung tính của
tảo biển cũng được đánh giá cao về có kết quả tốt với bệnh tiểu đường.
Hoạt động chống oxy hóa
Tảo biển có khả năng giữ gìn da khỏi tác hại dẫn đến do tiếp xúc với tia tử
ngoại B từ ánh sáng mặt trời. Tác động tích cực là do chất Fucoxanthin trong tảo

biển và chất này cũng hỗ trợ đề phòng các tổn thương TB và nâng cao tỷ lệ sống
của các TB đã bị tác động xấu. Fucoxanthin còn là chất chống oxi hóa, bảo vệ da
khỏi ánh nắng, sự hình thành nếp nhăn và là một thành phần được sử dụng trong
ngành công nghiệp mỹ phẩm để sản xuất một số loại kem chống nắng. Nhiều
nghiên cứu kỹ được tiến hành điều tra tác động của thành phần sản xuất từ tảo
biển có thể chống lại tiếp xúc với bức xạ gamma.

16


Hoạt động chống ung thư
Tảo biển chứa một số thành phần kháng TB ung thư và đã chứng minh
được tác dụng của nó trong cải thiện bi kịch các khối u ung thư hay chi tiết hơn
là ở ung thư ruột kết, ung thư máu. Tảo nâu như wakame chứa fucoxanthin có
chất kích thích miễn dịch, chống virus và chống ung thư. Nghiên cứu về tác
động của chế độ ăn có tảo biển với bệnh ung thư vú đã cho thấy kết quả khả
quan trong việc làm giảm việc sản sinh nội tiết tố - nguyên do làm tăng bệnh ung
thư bao gồm cả estrogen và có khả năng ức chế sự phát triển của các TB ung thư
ác tính.
Hoạt động trong sức khỏe tim mạch
Tảo biển chứa fucoxanthin rất có ích trong việc duy trì mức độ thấp của
triglyceride và cholesterol trong cơ thể. Điều này giúp cơ thể bảo quản và giữ gìn
một trái tim khỏe mạnh, giúp mạch máu lưu thông tốt và ngăn chặn các nguy cơ
gây tử vong như suy tim, xơ vữa động mạch và các bệnh động mạch ngoại vi.
Bảo vệ mắt
Fucoxanthin trong tảo biển có thể phòng tránh biến chứng mờ dạng viên
nang sau phẫu thuật đục thủy tinh thể. Fucoxanthin là một thành phần trong các
thực phẩm chức năng dùng trong cấy ghép mắt hay phẫu thuật đục thủy tinh thể
để tránh nguy cơ gây biến chứng.

17


Chương 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
2.1. Nguyên liệu và hóa chất
2.1.1. Nguyên liệu
Tảo nâu U.pinnatifidađược lấy từ vùng biển Thanh Hóa, là giống tảo bẹ,
được dùng làm nguyên liệu chiết xuất dịch chiết cho nghiên cứu tiếp theo.

Hình 2.1. Tảo nâu U.pinnatifida
2.1.2. Thiết bị thí nghiệm
Các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu thuộc phòng Enzyme học và Phân
tích hoạt tính sinh học thuộc phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Enzyme
và Protein, trường đại học Khoa học tự nhiên- ĐHQGHN (Bảng 2.1).
Bảng 2.1. Danh sách thiết bị được sử dụng trong thí nghiệm
Thiết bị và dụng cụ

Hãng sản xuất (nước)

Máy khuấy từgia nhiệt IKA RET basic.

IKA (Đức)

Máy chạy sắc ký HPLC

Shimadzu (Nhật)

Máy đông khô

Dura- Stop (Mỹ)

Máy ly tâm lạnh 5417 R

Eppendorf (Đức)

Máy ly tâm

Sigma (Mỹ)