Khoá luận tốt nghiệp Phát triển quy trình công nghệ sản xuất Alginate từ rong Nâu Việt Nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
= == S q C 3 g 3 = = =

LÊ KIỀU TRANG

PHÁT TRIỂN QUY TRÌNH
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ALGINATE
TỪ RONG NÂU YIÊT NAM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: H óa Học Hữu Cơ

HÀ NỘI - 2016


TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

===£Q ¡03oa===

LÊ KIỀU TRANG

PHÁT TRIỂN QUY TRÌNH
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ALGINATE
TỪ RONG NÂU VIỆT NAM
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: H óa Hữu Cơ

Người hướng dẫn khoa học

ThS. TRẦN QUỐC TOÀN

HÀ NỘI - 2016


LỜI CẢM ƠN

Khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thành tại Trung tâm Nghiên cứu và
phát triển các sản phẩm thiên nhiên, Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn ThS. Trần Quốc Toàn và các
anh chị hướng dẫn trong Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nhiệt tình hướng dẫn em trong suốt
quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô ttong khoa Hóa Học-Trường
ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo điều kiện và giúp đỡ, dạy dỗ em trong quá trình học
tập tại trường. Xin cảm ơn tất cả các bạn bè đã động viên giúp đỡ em trong
quá trình học tập và làm khóa luận.
Trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp dù cố gắng nhưng em
không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em kính mong nhận được sự chỉ bảo
của các thầy cô và ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên quan tâm.
Em xỉn chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 05 năm 2016
Sinh viên

Lê Kiều Trang


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU............................................................................................................ 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................. 3
1.1. Giới thiệu chung về rong biển............................................................... 3
1.2. Tổng quan về rong nâu........................................................................... 4
1.2.1. Tình hình phân bố rong Nâu tại Việt Nam [1]............................... 4
1.2.2. Thành phần hóa học của rong nâu [1]............................................4
1.3 Tổng quan về Alginate............................................................................ 6
1.3.1 Cấu trúc........................................................................................... 7
1.3.2. Phân loại...........................................................................................8
1.3.3 Tính chất..........................................................................................10
1.3.5 ứng dụng.........................................................................................11
1.3.6 Công nghệ sản xuất Alginate từ rong nâu..................................... 15
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............. 20
2.1. Đối tượng..............................................................................................20
2.2. Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 20
2.2.1. Xử lý nguyên liệu.......................................................................... 20
2.2.2. Nghiên cứu hoàn thiện qui trình công nghệ chiết tách hoạt chất
alginate.....................................................................................................21
2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HC1 đến quá trình
thuỷ phân axit alginic.............................................................................. 21
2.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thể tích dung dịch Na2SƠ3
đến quá trình hoà tan axit alginic............................................................ 21
2.2.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thể tích dung dịch CaƠ2
đến quá trình kết tinh canxi anginate...................................................... 22
2.2.6 Xác định độ ẩm của chế phẩm (TCVN 4295: 1986).................... 22


2.2.7. Xác định hàm lượng tro toàn phàn (QCVN 4-21:2011/BYT).....23
2.2.8. Phương pháp xác định khối lượng hoạt chất chính Axit alginic .. 24
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM...................................................................... 26
3.1. Dụng cụ, hóa chất................................................................................. 26

3.1.1. Dụng cụ ......................................................................................... 26
3.1.2. Hóa chất........................................................................................ 26
3.2. Tiến hành thí nghiệm........................................................................... 26
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ................................................................................. 29
4.1 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HC1 đến quá trình thuỷ phân axit
alginic...........................................................................................................29
4.2 Anh hưởng của nồng độ và thể tích Na2SƠ3 đến quá trình hoà tan axit
alginic...........................................................................................................30
4.3. Anh hưởng của nồng độ và thể tích dung dịch CaCỈ2đến quá trình kết
tinh canxi anginate...................................................................................... 31
4.4. Xác định một số chỉ tiêu chất lượng sản phẩm.................................... 35
4.4.1. Độ ẩm ............................................................................................ 35
4.4.2. Độ tro..............................................................................................35
4.4.3. Hàm lượng axit alginic ừong canxi alginate thu được................. 36
4.4.4. Chỉ tiêu phân tích canxi và natri trong sản phẩm.......................... 37
KẾT LUẬN......................................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 39


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Biến động theo tháng của hàm lượng axit alginic (%) trong một số
loài rong Mơ...................................................................................................... 6
Bảng 4.1: Anh hưởng nồng độ dung dịch HC1 đến quá trình thuỷ phân axit
alginic.................................................................................................29
Bảng 4.2: Ảnh hưởng nồng độ và thể tích dung dịch Na2SƠ3 đến quá trình
chiết axit alginic.................................................................................30
Bảng 4.3: Anh hưởng nồng độ và thể tích dung dịch CaCỈ2đến quá trình kết
tinh alginate.......................................................................................31
Bảng 4.4: Độ ẩm của canxi alginate thu được.................................................. 35

Bảng 4.5: Độ tro của canxi alginate thu được................................................... 36
Bảng 4.6: Hàm lượng canxi và natri trong alginate.......................................... 37


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Công thức cấu tạo của 2 axit cấu tạo nên axit Alginic.................... 7
Hình 1.2: Công thức cấu tạo của axit alginic................................................... 8
Hình 1.3: Công thức cấu tạo của alginate natri............................................... 8
Hình 1.4: Công thức cấu tạo của alginate canxi............................................. 9
Hình 1.5: Công thức cấu tạo của alginate amoni............................................ 9
Hình 1.6: Công thức cấu tạo của alginate propylen glycon............................ 10
Hình 1.7: Sơ đồ tổng quát các giai đoạn sản xuất alginate................................18
Hình 2.1: Rong nâu Sargasum mcclurei........................................................... 20
Hình 4.1: Anh hưởng của nồng độ dung dịch HC1 đến quá trình thuỷ phân
axit alginic............................................................................................29
Hình 4.2: Anh hưởng nồng độ dd Na2SƠ3 đến quá trình chiết alginate.......... 31
Hình 4.3: Anh hưởng thể tích dung dịch Na2SƠ3 đến quá trình chiết
alginate.................................................................................................31
Hình 4.4: Anh hưởng nồng độ dd CaCỈ2 đến quá trình kết tinh alginate........ 32
Hình 4.5: Anh hưởng thể tích dd CaCỈ2 đến quá trình kết tinh alginate.......... 32
Hình 4.6: Quy trình nguyên lý sản xuất alginate phòng thí nghiệm................. 33
Hình 4.7: Canxi alginate thu được.....................................................................37


MỞ ĐẦU
Alginate là một copolyme loại block có cấu tạo từ các gốc p - D manuronat và a - L - guluronat bằng liên kết 1,4 - glucozit. Phân tử alginate
được tạo thành bỏi liên kết của 3 loại khác nhau là polyguluronat,
polymanuronat và xen kẽ có độ dài ngắn, trình tự sắp xếp khác nhau. Chính
điều đó tạo nên tính chất đặc thù của alginate và làm cho nó được ứng dụng

trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau từ thực phẩm, mỹ phẩm, in vải, giấy... cho
đến dược phẩm và các nghiên cứu nuôi cấy mô động vật có vú. Ngày càng có
nhiều phát hiện mới về khả năng ứng dụng của alginate và khó mà hình dung
được hết các ứng dụng của nó.
Alginate chủ yếu được tách từ rong nâu (Phaeophyta) một ngành có phân
bố rộng trên thế giới và cũng là ngành rong được tiêu thụ nhiều nhất vói 2,5
triệu tấn trong năm 1988, chiếm 66,5% tổng sản lượng rong biển các loại. Sản
lượng alginate trên toàn thế giới khoảng 29000 tấn/năm, tương ứng với khoảng
170000 tấn rong khô. Các loài rong được sử dụng phổ biến để sản xuất alginate
thuộc các chi: Laminaria, Ascophylum, Macrocystis... riêng chi rong nâu
Sargassum thuộc họ Sargassacede, bộ Fucales được phân bố dọc bờ biển nước
ta. Từ rất lâu, người ta đã biết sử dụng loại rong này làm phân bón, thuốc ngâm
để uống hay thức ăn cho gia súc. Từ thập niên 60, các nhà khoa học Việt Nam
đã cố gắng tách chiết alginate và nghiên cứu một số ứng dụng của nó như hồ
vải, in hoa, dùng trong y học.... Các công trình này dựng nên nền tảng ban đàu
quan trọng cho việc nghiên cứu alginate từ rong nâu Việt Nam.
Hiện nay ở nước ta chưa có những quy trình sản xuất alginate thực sự
hiệu quả và chất lượng sản phẩm cao, trong khi tiềm năng về rong nâu ở nước
ta dồi dào. Mà nhiều nước trên thế giới đã chế tạo thành công nhiều loại sản
phẩm từ alginate tách chiết từ rong nâu để ứng dụng rộng rãi trong nhiều

1


ngành nghề và lĩnh vực khác nhau, trong đó có nhiều ứng dụng trong y học
như dùng làm chất điều trị phóng xạ, làm tăng hiệu quả chữa bệnh của
penicillin vì khi có mặt alginate natri sẽ làm cho penicillin tồn tại lâu hơn
trong máu hay trong công nghệ bào chế thuốc alginte natri được sử dụng làm
chất ổn định, nhũ tương hóa hay chất tạo đặc cho dung dịch, làm vỏ bọc
thuốc, làm chất thụ gia để chế biến các loại thức ăn kiêng. Trong đó các nước

đứng đầu về các lĩnh vực này là Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản... đã sử dụng
làm thực phẩm chức năng hỗ trợ trong việc điều trị bệnh rất hiệu quả.
Với những ý nghĩa nêu trên, chúng tôi tiến hành đề tài “Phát triển quy
trình công nghệ sản xuất Alginate từ rong Nâu Việt Nam”.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là:
Cải tiến phương pháp - tạo quy trình tách alginate từ rong nâu Việt Nam
ít sử dụng hóa chất độc hại, thân thiện với môi trường.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về rong biển
Rong biển hay tảo biển có tên khoa học là marine-algae, marine plant hay
seaweed. Rong biển là thực vật thuỷ sinh có đời sống gắn liền với
nước.Chúng có thể là đơn bào hay đa bào sống thảnh quần thể.Chúng có kích
thước hiển vi hoặc có khi dài hàng chục mét.Hình dạng của chứng có thể là
hình cầu, hình sợi,hình phiến lá hay hình thù rất đặc biệt. Sản lượng hàng năm
các đại dương cung cấp cho trái đất hàng 200 tỷ tấn rong.Nhiều nhà khoa học
cho rằng ừên 90% carbon tổng họp hàng năm nhờ quang họp ừong môi
trường lỏng, trong đó có 20% do rong biển tổng hợp lên [1].
Theo phân loại của Gollerbakh có 10 ngành rong là:
1. Ngành rong Lục (Chlorophyta)
2. Ngành rong Trần (Englenophyta)
3. Ngành rong Giáp (Pyrophyta)
4. Ngành rong Khuê (Bacillareonphyta)
5. Ngành rong Vàng ánh (Chrysophyta)
6. Ngành rong Vàng (Xantophyta)
7. Ngành rong Nâu (Phacophyta)
8. Ngành rong Đỏ (Rhodophyta)

9. Ngành rong Lam (Cyanophyta)
10. Ngành rong Vòng (Charophyta)
Rong biển thường phân bố ở khu vực nước mặn, nước lợ, cửa sông, vùng
biển sâu, vùng biển cạn.. .rong Đỏ và rong Nâu là hai đối tượng được nghiên
cứu nhiều nhất với sản lượng lớn, được ứng dụng trong các ngành công
nghiệp và đời sống.

3


1.2. Tổng quan về rong nâu
1.2.1. Tình hình phân bố rong Nâu tại Việt Nam [1]
Theo số liệu nghiên cứu nguồn lợi rong Nâu có giá trị ở vùng biển
Quảng Nam, Đà Nang, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Định cho thấy khu vực
miền Trung và Nam Trung Bộ trữ lượng rong lớn nhất và cho chất lượng cao.
Rong Nâu phân bố ở vùng biển Quảng Nam - Đà Nang không nhiều so với
vùng biển Khánh Hòa và Ninh Thuận. Quảng Nam - Đà Nằng tuy có nhiều
triền đá dốc, bãi đá cội, bãi san hô chết nhưng có chiều ngang rất hẹp
(1-rlOm) nên diện tích phân bố rất nhỏ, trữ lượng không cao. Diện tích rong
Mơ tại chỗ vùng biển Quảng Nam- Đà Nằng khoảng 190000m2. Trữ lượng
rong mọc tại chỗ có thể thu được vào tháng 4 khoảng hơn 800 tấn rong tươi.
Vùng biển Khánh Hòa là vùng có diện tích rong Mơ mọc cao nhất trong các
tỉnh điều tra, tổng diện tích rong lên tới 2.000.000 m2, trữ lượng khai thác
được hàng năm có thể ước tính hơn 11.000 tấn rong tươi. Khánh Hòa có nhiều
vùng rong như Hòn Chồng, Bãi Tiên, bán đảo Cam Ranh, Hòn Tre và một số
đảo khác. Trong đó hai vùng Hòn Chồng và Bãi Tiên là tiếp giáp nhau có các
điều kiện thuận lọi cho rong mọc vói mật độ khá dày đặc, sinh lượng trung
bình khá cao lên tới hơn 5,5 kg/m2.
1.2.2. Thành phần hóa học của rong nâu [1]
- Sắc tố : Các sắc tố có trong rong Nâu chủ yếu là chlorophyl, xantophyl,

íucoxanthin và carotene. Tùy theo tỷ lệ loại sắc tố mà rong Nâu có màu nâu vàng nâu - nâu đậm - vàng lục. Nhìn chung sắc tố của rong Nâu khá bền.
- Carbohydrat
+ Monosacarỉde: Monosacaride quan trọng trong rong Nâu là đường
mannitol được Stenhuods phát hiện vào năm 1884 và được Kylin (1993)
chứng minh thêm. Mannitol có công thức tổng quát: HOCH2 - (CHOH)4 CH2OH. mannitol tan được trong alcol, dễ tan trong nước có vị ngọt. Hàm

4


lượng từ 14425 % trọng lượng rong khô tùy thuộc vào hoàn cảnh địa lý nơi
sinh sống.
+ Polysacarỉde
Alginic: Alginic là một polysacaride tập trung ở giữa vách tế bào, là
thành phần chủ yếu tạo thành tầng bên ngoài tế bào của rong Nâu. Hàm lượng
alginic trong rong Nâu khoảng 2 4- 4 % so với rong tươi và 13 ^ 15 % so với
rong khô. Hàm lượng này thụ thuộc vào loài rong và vị trí địa lý môi trường
mà rong sinh sống. Hàm lượng alginic trong rong Nâu ở các tỉnh miền Tmng
Việt Nam thường cao nhất vào tháng 4 ừong năm.
ĩucoidan: là loại muối giữa axit íucoidinic với các kim loại hóa trị khác
nhau như: Ca, Cu, Zn. Fucoidin có tính chất gần giống alginic nhưng hàm
lượng thấp hơn alginic.
Laminarin: laminarin là tinh bột của rong Nâu. Laminarin có hàm lượng
từ 10 4- 15 % trọng lượng rong khô tùy thuộc vào loại rong, vị trí địa lý và
môi trường sinh sống của từng loại rong Nâu. Thường thì mùa hè hàm lượng
laminarin giảm vì phải tiêu hao cho quá trình sinh trưởng và phải tiêu hao cho
quá trình sinh trưởng và phát triển của cây rong.
Cellulose: là thành phần tạo nên vỏ cây rong. Hàm lượng cellulose trong
rong Nâu nhiều hơn rong Đỏ
- Protein
Protein trong rong Nâu không cao lắm nhưng khá hoàn hảo. Do vậy

rong Nâu có thể sử dụng làm thực phẩm. Hàm lượng protein vùng biển Nha
Trang dao động từ 8,05 4- 21,11 % so vói trọng lượng rong khô. Hàm lượng
axit amin cũng đáng kể và có giá trị cao trong protein của rong biển.
- Chất khoáng
Hàm lượng các nguyên tố khoáng ừong rong Nâu thường lớn hơn ừong
nước biển. Chẳng hạn Iod trong rong Nâu thường lớn hơn trong nước biển từ
80 4- 90 làn. Hàm lượng Barium lớn hơn trong nước biển gàn 1800 lần.

5


Hàm lượng các loại khoáng của một số loại rong Nâu dao động từ
5.51^-6.30 % thụ thuộc vào mùa vụ và thời kì sinh trưởng. Hàm lượng Iod
trong một số loài rong Nâu dao động từ 0.05-^0.16 % so với rong khô tuyệt đối.
1.3 Tổng quan về Aỉgỉnate
Alginate là một polime khá phong phú trong tự nhiên, tồn tại dưới
dạng một thành phần cấu trúc trong rong nâu lên đến 40% khối lượng chất
khô; và dưới dạng các polysaccarit vỏ ngoài của vi khuẩn đất. Mặc dù gần
đây có một số kết quả nghiên cứu theo hướng sản xuất bằng phương pháp
lên men vi sinh cũng như bằng phương pháp biến tính polyme hóa phân tử
alginate đã được công bố, toàn bộ alginate thương mại hiện nay vẫn còn
được tách từ rong biển.
Chúng tôi đã thực hiện các phân tích hàm lượng axit alginic của một số
loài rong nâu vào các thòi gian khác nhau của năm, kết quả đường trình bày
trong bảng 01.
Bảng 1.1 ỉ Biến động theo tháng của hàm lượng axit alginic (%)
trong một số loài rong Mơ
Tên loài

s. tenerrỉum

s. vachellỉanum
s. gracillimum
s. mcclureỉ

2
28,00
27,08
34,41
36,29

3
33,00
29,63
34,96
36,44

Tháng
4
34,74
30,21
35,37
37,04

5
35,15
33,40
33,27
37,62

6

30,87
31,18
29,13
37,11

Thực tế khảo sát cho thấy, thời gian rong Mơ có hàm lượng axit alginic
cao thường trùng với thời kỳ phát triển mạnh của thời sinh sản. Từ bảng trên

s. tenerrimum tốt nhất nên tiến hành
ừong tháng 5, hàm lượng acit alginic: 35,15% loài s. gracỉllimum: 35,37%
trong tháng 4. Trong khi đó loài s. mcclureì đạt được trị số cao của hàm
thấy rằng, mùa khai thác đối với loài

lượng axit alginic (37,62%) trong tháng 5.

6


Theo đó chúng tôi thấy đây là loại nguyên liệu thích họp để tiến hành
tách chiết alginate.
Các ứng dụng của alginate đều liên quan đến khả năng giữ nước, tạo gel,
tạo nhớt và tính chất làm ổn định của nó. Hiện nay các ứng dụng đày hứa hẹn
trong công nghệ sinh học dựa ttên các hiệu ứng sinh học đặc trưng của bản
thân phân tử alginate cũng như dựa trên tính chất độc đáo, êm dịu và hầu như
không thụ thuộc vào nhiệt độ của quá trình chuyển hóa sol/gel trong sự có
mặt của cation, làm cho alginate rất thích họp để làm chất nền cố định cho tế
bào sống.
Nói chung, sự đa dạng về cấu trúc đã dẫn đến sự đa dạng về tính chất và
điều này đã làm cho alginate được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực.
1.3.1 cẩu trúc

Cấu tạo - cấu trúc:
Alginate là muối của acid Alginic. cấu tạo hóa học của alginate gồm 2
phân tử ß-D-Mannuroic acid (M) và a- L-Guluronic acid (G) liên kết với
nhau bằng liên kết 1-4 glucozid. Có 3 loại liên kết có thể gặp trong 1 phân tử
alginate: (M-M-M), (G-G-G), (M-M-G).
COOH

H

ß - D - Mannuronic Axit

a - L - Guluronic Axit

Hình 1.1: Công thức cấu tạo của 2 axỉt cấu tạo nên axitAlginic
Công thức phân tử của Alginic
(C,H9COOH)„

a ^ g ° ạ p KCtHTOiCOOH).

7


Alginic là polime gồm nhiều axit Manuronic và axit Guluronic tạo
mạch thẳng không phân nhánh có thể liên kết theo hình phẳng.
Hai gốc phân tử P-D-Mannuroic acid (M) và a- L-Guluronic acid
(G) liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucozid phân bố trong mạch
Alginate theo 3 loại khối (Block): poly-G (G-G-G-G), poly-M (M-M-MM) và poly-GM (G-M-G-M) liên kết ngẫu nhiên trong chuỗi mạch.
Công thức cấu tạo của acid Alginic: (C6H6Ơ6)n

HO

Hình 1.2: Công thức câu tạo của axit alginic
1.3.2. Phân loai
- Theo dạng muối
• Alginate Natri:
Công thức phân tử: (C5H704C0 0 Na)n

COONa

COONa

Hình 1.3: Công thức cấu tạo của alginate natri
•Alginate Kali (tương tự như Alginate Na).

8


• Alginate Canxi:
Công thức phân tử: [(C5H704COO)2Ca]n
ooc

Hình 1.4: Công thức cẩu tạo của alginate canxỉ
• Alginate Magie: [(CsFT/CUCOO^Mg
• Alginate Amoni: (CöHnNOö)!!

G(1C4)

G(1C4)
ot-1,4

M(4wi)
a-1,4

M(4Ci)
li-1,4

G
15-1,4

Hình 1.5: Công thức cấu tạo cứa alginate amonỉ
Ngoài ra còn có: Alginate Propylen glycon
Công thức phân tử:

9


Hình 1.6: Công thức cẩu tạo của alginate propylen glycon
1.3.3 Tính chất
1.3.3.1 Một sổ tính chất chung
• Là polymer có tính chất acid yếu, không màu, không mùi, không tan
trong các dung môi hữu cơ và nước.
•Là chất có tính chất hút nước trương nở khi ngâm trong nước.
• Alginic hòa tan trong dung dịch kiềm hóa trị I và tạo dung dịch muối
kiềm hóa trị I hòa tan có độ nhớt cao.
• Muối kiềm hóa trị II không tan.
1.3.3.2 Tính chất của alginate với kim loại hóa trị II
• Có độ chắc cao
• Có khả năng tạo màu tùy theo từng kim loại.
•Không hòa tan trong nước.
• Khi ẩm thì dẻo (Gel Alginate), khi khô có độ cứng cao và khó thấm

nước, tỷ trọng thấp.
1.3.4.3 Tính chất của alginate với kim loại hóa trị I
• Có độ chắc cao
• Có khả năng tạo màu tùy theo kim loại.
• Không hòa tan trong nước.
Khi ẩm thì dẻo (Gel Alginate), khi khô có độ cứng cao và khó thấm nước,

10


tỷ ưọng thấp.
1.3.5 ửng dụng
1.3.5.1 Trong công nghiệp thực phẩm
Alginate Natri cũng được sử dụng trong rất nhiều các ngành chế biến
thực phẩm khác nhau.
Trong sản xuất kem, axit alginic và muối của nó có thể dùng làm chất ổn
định trong kem ly, làm cho kem mịn có mùi thơm, chịu nóng tốt, thời gian
khuấy trộn lúc sản xuất ngắn.
Alginate còn dùng trong sản xuất bơ, bánh kẹo, íòmat, nước giải khát
cũng như các mặt hàng đông lạnh.
1.3.5.2 ửng dụng trong y học và dược học
Axit alginic và các dẫn xuất của nó mang tính chất trao đổi ion, điều đó
có nghĩa là có hoạt tính hấp thụ những chất khác nhau, ừong đó có các ion
kim loại nặng.
Thí nghiệm đánh giá hoạt tính liên kết với kim loại của canxi alginate và
natri alginate cho thấy ái lực của alginate lên ion các kim loại chì, đồng, thủy
ngân, cadium và kẽm ở mức độ cao. Các nhà khoa học thực hiện sự so sánh
giữa canxi alginate và natri alginate với than hoạt tính và chế bản polyphenan
đã thấy rằng, khả năng hấp thụ của alginate với kim loại nặng cao gấp 1-2 lần
những chế bản đã biết.

Dựa vào những số liệu thu được, có thể nói rằng ừong các điều kiện in vivo,
các chế bản từ alginate có khả năng loại bỏ các kim loại nặng ra khỏi cơ thể.
1.3.5.3 Hoạt tính liên kết với kim loại của algỉnate in vivo
Những nghiên cứu bằng phương pháp thực nghiệm đã được thực hiện
trong phòng thí nghiệm trên động vật mang bệnh, sử dụng các chế phẩm để
đánh giá những tác dụng của chúng trong việc điều tri và phòng bệnh.
Kết quả các nghiên cứu cho thấy rằng, khi chì axetat vào trong cơ thể sẽ

11


gây ra hiện tượng tăng nồng độ ion chì trong cơ thể và trong xương của chuột
thí nghiệm, nhưng nếu đồng thời vói kim loại đưa canxi alginate hoặc natri
alginate vào ruột của động vật thí nghiệm thì thấy rằng độ lắng của kim loại
đó trong tim, thận, gan và cả trong xương giảm đi hơn 2 lần, điều đó thể hiện
sự thuyên giảm hấp thụ chì của ruột và tăng sự đào thải chúng. Đưa canxi
alginate vào với liều lượng cao trong thời gian 3 tuần đã ngăn ngừa hiệu quả
sự tích tụ chì trong các cơ quan. Trong khi đó so sánh với những nghiên cứu
về hiệu quả so với than hoạt tính và lignin cho thấy những chế bản này không
làm ảnh hưởng đến độc tính của chì lên các cơ quan của động vật thí nghiệm.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng canxi alginate và natri alginate ức chế
sự hấp thụ các stronsi phóng xạ vào ruột, đặc biệt là natri alginate, vượt trội
hơn hẳn các muối canxi, phosphate, tinh bột, pectin, dẫn xuất của axit pectic,
dẫn xuất xenlulo, và những chất hấp thụ khác.

z. V. Dubrovina và các đồng

nghiệp đã đưa ra kết luận rằng, các chế bản từ axit alginic giảm bớt sự hấp thụ
90Sr, 140Ba, 226Ra tói 20-25 làn, và là một trong những phương tiện hiệu quả
nhất đối vơi việc phòng chống sự nhiễm độc phóng xạ.

1.3.5.4 Hiệu quả của alginate đổi với bệnh gan
Nguyên nhân phổ biến nhất của viêm gan là do vims (phế cầu, liên cầu
khuẩn, rickettsia, xoắn khuẩn và các vi sinh vật khác). Nguyên nhân cao thứ 2
đó là viêm do nhiễm độc và tổn thương thoái hóa - kết quả tác động của các
hóa chất độc hại và hiệu ứng của chúng. Trong số các chất này có cả các
thuốc (như thuốc chống lao, thuốc kháng sinh, sulfonamides, thuốc an thần,
thuốc gây ngủ, thuốc chống viêm), các chất độc công nghiệp (benzen, toluen,
cloroform, nitrokraski, kim loại nặng...), các chất độc thông thường, nấm
độc, thực vật.... Viêm gan cấp tính có thể chuyển thành mạn tính, thường với
sự tham gia của cơ chế tự miễn dịch.
Một trong những phương pháp trong điều trị bệnh gan là chống lại sự

12


nhiễm độc. Đối với việc giải độc qua hấp thụ qua đường ruột, người ta đã sử
dụng nhiều chế bản khác nhau, trong số đó có than hoạt tính, chất sợi carbon,
cellulozo, lignin, pectin và alginate. Tuy nhiên than hoạt tính và chất sợi
carbon chỉ được sử dụng với liều lượng cao nhất là 50g/ngày, nếu cao hơn sẽ
gây ra những tác dụng thụ (như gây nôn mửa), vì thế chúng không thể được
sử dụng đối vói bệnh gan, và đòi hỏi phải tìm ra những chế bản hiệu quả hơn.
Những tác dụng bảo vệ gan của alginate được nghiên cứu trên chuột
mang bệnh gan gây ra do tetraxlorua carbon. Tetraxlorua carbon được coi là
một mô hình thí nghiệm thuận lợi để đánh giá về hoạt tính bảo vệ gan của
nhiều họp chất khác nhau, bao gồm thuốc và thực phẩm chức năng, vì chúng
gây tổn thương các tế bào gan của chuột về hình thái học và sinh thái học
tương tự nhiều trạng thái bệnh lý khác nhau, như viêm gan siêu virut, viêm
gan độc hại và cả quá trình tự miễn dịch. Người ta đưa chế phẩm canxi
alginate vào trong dạ dày hàng ngày, liên tục trong vòng 3 tuần, vói liều
lượng 10-250mg/kg trọng lượng. Kết quả: alginate giảm bớt các dấu hiệu của

tổn thương gan. Vói liều lượng 250mg/kg sẽ tăng đáng kể tất cả các chỉ số
đánh giá (Khotimchenko, Sonina, 2006).
Một số nghiên cứu cho thấy rằng, trong alginate trong ruột già bị lên
men bởi các vi khuẩn và tạo ra oligosaccharide và những axit béo mạch ngắn,
sản phẩm của quá trình này sẽ được đưa vào máu, các oligosaccharide có hoạt
tính liên kết và đẩy nhanh sự loại bỏ qua thận những cấu trúc phân tử đơn
giản, trong đó có các họp chất độc hại.
Mặc dù cơ chế hoạt động chưa được tìm ra một cách rõ ràng nhưng qua
các nghiên cứu đã cho thấy những tác dụng tích cực của việc sử dụng alginate
trong điều trị tổn thương gan, và khả năng đưa các hoạt chất này vào chế biến
dược phẩm và thực phẩm bổ sung với tác dụng bảo vệ gan.

13


1.3.5.5 Hiệu quả của alginate đổi với bệnh dạ dày
Một trong những nguyên nhân gây ra bệnh loét dạ dày đó là do các axit
tiêu hóa. Bệnh loét dạ dày phát triển khi các hoạt động của axit và pepsin
chiếm ưu thế hơn sức đề kháng của niêm mạc dạ dày và tá tràng.
Mục đích của việc điều tri bệnh là cắt cơn đau và chống loét: giảm tác
động của các axit, loại trừ H. pylori, tăng cường sức đề kháng của niêm mạc.
Tác dụng điều trị của các hợp chất có chứa alginate cũng như được thực
hiện bởi những ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp. Các polysaccarit có khả năng
chữa lành những vị trí bị loét nhờ khả năng loại bỏ khỏi bề mặt bị hoại tử và
những bã vụn mang theo những vi sinh vật, và hấp thụ những tác nhân hóa
học gây bệnh. Tác động trực tiếp của gel chống axit vói các mô tạo hạt là
những tác động kích thích, thúc đẩy quá trình epithelization. Tác dụng gián
tiếp là làm giảm nồng độ những chất độc hại trong máu nhờ sự thẩm thấu các
chất trao đổi vào ruột, làm giảm bớt sự quá tải cho hệ thống giải độc và thúc
đẩy quá trình thục hồi.

Thử nghiệm trên động vật cho thấy natri alginate kích thích sự bài tiết
của tuyến tụy và lá lách. Axit alginic và muối của nó có hiệu quả trong điều
tri thực nghiệm đối với bệnh loét dạ dày. Các hoạt động thực nghiệm và quan
sát lâm sàng đã chứng minh hiệu quả của các hoạt chất này trong điều trị tổn
thương dạ dày và tá tràng (Khotimchenko, 2008), canxi alginate ngăn chặn sự
hình thành những vết loét mới và làm co hẹp diện tích viêm loét cũ.
Tóm lại, tác dụng của alginate trong trường hợp này dựa trên khả năng
tạo nên một lớp màng trên bề mặt niêm mạc, đảm bảo cho những hoạt động
bảo vệ trước các yếu tố ăn mòn, cũng như dựa trên hoạt tính hấp thụ, liên kết
vói sản phẩm độc hại của sự phân hủy mô và làm sạch bề mặt niêm mạc.
1.3.5.6 Tác dụng của algỉnate đối với bệnh thận
Sử dụng canxi alginate trong 2 tuần với liều lượng lg/lkg làm tăng sự

14


bài tiết, giảm bớt nồng độ ure và creatin trong máu xuống gàn như ở các cá
thể khỏe mạnh. Sử dụng canxi alginate giúp bảo vệ thận trước các hiệu ứng có
hại của thủy ngân clorua.
1.3.5.7 ửng dụng trong một số lĩnh vực khác
Alginate dùng làm chất tạo đông, với điều kiện nhiệt độ 20°c, dung dịch
alginate nồng độ 1% có độ nhớt 1500(3000 centipoise, trong đó cồn dán (gồm
Arabic) có độ nhớt nhỏ hom 30 centipoise.
Trong xây dựng tạo cấu trúc xi măng, vữa, làm gỗ không thấm nước, sản
xuất que hàn có chất lượng cao, làm ổn định scm.
Alginate sử dụng ừong luyện kim, làm cao su và làm sạch nước, làm
chất khuếch tán tăng hiệu lực thuốc trừ sâu. Dùng trộn lẫn mủ cao su latex để
sản xuất cao su dẻo dai, mặt nạ phòng độc, găng tay y học.
Dừng làm chất khử tinh thể: Cho alginate vào dung dịch tạo kết tủa nó sẽ
làm chất kết tủa giảm kích thước, alginate được dùng trong điện giải kim loại,

sản xuất thạch cao xi măng và nhiều loại sơn.
Dừng làm chất kết từ và chất kết dính trong công nghiệp sản xuất giấy
hoa dán tường, gỗ tổng họp. Khi trộn với Gelatin, alginate làm giảm điểm
nóng chảy của Gelatin nên nó được dùng làm phim ảnh, kết họp với các ion
kim loại cho các sản phẩm có độ bền cao. Kết họp với cellulose tạo các chất
cách điện, với propylen - glycol tạo các loại sơn chất giữ mùi.
1.3.6 Công nghệ sản xuất Alginate từ rong nâu
1.3.6.1 Sản xuất Alginate
Công nghệ chiết tách axit alginỉc từ rong Nâu (chi Sargassum)
Axit alginic được chiết từ rong Nâu (Phaeophyta) và chủ yếu từ chi
Sargassum với hơn 150 loài thuộc họ Sargassaceae, bộ Fucales.
Hiện nay có hai phương pháp cơ bản để tách chiết alginic. Cả hai
phương pháp đều giống nhau ở giau đoạn chiết xuất axit alginic, chỉ khác

15


nhau ở giai đoạn kết tinh alginate.
Phương pháp 1: Rong khô hoặc rong tươi được ngâm trong dung dịch
axit loãng để loại bỏ các ion kim loại và trương nở hoàn toàn. Sau đó rong
được thủy phân được hoà tan ttong dung dịch kiềm, tạo ra một dung dịch
alginate natri dạng keo. Lọc thu dịch và loại bã rong. Dịch lọc được làm sạch
và xử lí màu.
Tiếp đến là giai đoạn kết tinh canxi alginate. Có nhiều phương pháp kết
tinh canxi alginate khác nhau. Trong giai đoạn này, dung dịch natri alginate
tan được cho kết tinh với muối của canxi để tạo ra kết tủa dạng sọi. Lọc lấy
phần kết tủa thu được canxi alginate thô.
Để thu axit alginic, người ta hoà tan canxi alginate với axit để loại bỏ ion
canxi và tạo ra axit alginic dạng sợi không tan. Axit alginic sau đó được sử
dụng để tạo ra hàng loạt các muối alginate khác nhau.

Phương pháp thứ 2: kết tủa trực tiếp axit alginic bằng cách sử dụng axit
vô cơ. Ưu điểm của phương pháp này là không sử dụng muối canxi và bỏ qua
các bước lọc trong quá trình sử dụng canxi làm cho phương pháp ừở nên đơn
giản hơn rất nhiều. Đối với một số loài rong nâu Ascophyllum thì không thể
sử dụng phương pháp này do kết tủa axit alginic tạo thành quá mềm và keo rất
khỏ để tách nước.
Cơ chế thu nhận Algỉnate từ rong Nâu
Người ta thu nhận được Alginate từ các rong nâu to như Laminaria (1540% alginate/trọng lượng chất khô); ở Việt Nam đa phần sử dụng Sargassum
(29-42% alginate/trọng lượng khô) [Phạm Quốc Long và cộng sự, 2010].
Alginic axit trong rong Nâu chủ yếu tồn tại ở dạng muối với các ion Ca,
Mg, N a... Bước đầu tiên trong việc sản xuất alginate là chuyển đổi Ca-alginate
và Mg- alginate không tan thành Na- alginate tan dưới điều kiện kiềm.
Để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đổi ion tốt hơn cho quá
trình xử lý với kiềm và loại bớt ion kim loại trên bề mặt rong, nguyên liệu

16


được xử lý với axit loãng trước khi bước vào kiềm hóa.
M(Alg)2 + 2H+ ----► 2HAlg + M2+
HAlg +

Na+ ---- ► OH" + NaAlg + H+

Alginate natri thô sau khi được chiết xuất được lọc và kết tủa bởi Ca2+ để
tạo thành dạng muối Ca-alginate không tan hoặc các muối khác để tạo các
dạng alginate khác nhau.
NaAlg + Ca2+ ---- ► Ca(Alg)2 + 2Na+
Đe xử lý rong ban đầu ta có thể xử lý bằng formol, axit hay canxi doma.
Mục đích của việc xử lý rong ban đầu để nâng cao hiệu suất và chất lượng sản

phẩm. Khi xử lý rong như vậy sẽ làm cho rong mềm, khử bỏ các tạp chất,
chất bấn bám trên bề mặt rong làm tăng độ sạch của sản phẩm sau này. Ngoài
ra còn chuyển các muối alginate không tan về dạng axit alginic làm tăng đáng
kể hiệu suất cũng như chất lượng alginate thu được.
Khi tách chiết axit alginic ra khỏi rong ta có thể dùng các dung dịch
kiềm như NaOH, KOH hay Na2C03, Na2SC>3, Na2HPC>4. Thông thường ở đây
người ta dùng Na2C03, Na2HPC>4.
Đến công đoạn chuyển về các loại muối của axit alginic thì người ta
thường dùng canxi dom a để thu canxi alginate. Sở dĩ dùng canxi dom a vì
cách làm dễ dàng và sản phẩm thu được dễ bảo quản và chi phí hóa chất
hợp lý.

17


Sơ đồ tổng quát các giai đoạn sản xuất alginate:

- phương pháp formol
- phương pháp axit
- phương pháp C a C l2

1r
Na2HPƠ4 -►

Bã thải

*

'

Natri
alginate

r

Phương pháp Alcol

(

1 1 ách tap chât hòa tan

Phương
pháp
axit hóa

Phương pháp
canxi hóa:
CaCl2

>

7

ĩ

Hình 1.7: Sơ đô tông quát các giai đoạn sản xuât alginate

18