NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO OLIGOALGINATE BẰNG KỸ THUẬT BỨC XẠ ỨNG DỤNG TRONG NUÔI TRỒNG THỦY CANH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO OLIGOALGINATE
BẰNG KỸ THUẬT BỨC XẠ ỨNG DỤNG
TRONG NUÔI TRỒNG THỦY CANH

Ngành học

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện

: TÔ VĂN LỢI

Niên khóa

: 2005 – 2009

Tháng 8/2009

\


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO OLIGOALGINATE
BẰNG KỸ THUẬT BỨC XẠ ỨNG DỤNG
TRONG NUÔI TRỒNG THỦY CANH

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

TS. LÊ QUANG LUÂN

TÔ VĂN LỢI

Tháng 8/2009

\


LỜI CẢM ƠN
Con xin thành kính ghi ơn cha mẹ. Gia đình luôn là chỗ dựa vững chắc về tinh thần
và vật chất cho con.
Em vô cùng biết ơn Thầy Lê Quang Luân đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho
em những kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian làm đề tài.
Em xin gửi lời cảm ơn đến
Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh, ban chủ nhiệm Khoa
Công Nghệ sinh Học đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong thời gian học tập vừa
qua.
Đặc biệt xin cảm ơn 2 bạn Nguyễn Công Chính và Lê Thị Thùy Trang đã luôn giúp
đỡ và động viên tôi suốt thời gian làm đề tài.
Cảm ơn các bạn trong và ngoài lớp Công nghệ Sinh học K31 đã luôn đồng hành,
chia sẻ vui buồn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và làm đề tài.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 1 tháng 8 năm 2009.
Tô Văn Lợi

iii


TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu chế tạo Oligoalginate bằng kỹ thuật bức xạ ứng dụng trong
nuôi trồng thủy canh” được thực hiện với mục đích nhằm làm hoàn chỉnh quy trình sản
xuất rau an toàn bằng phương pháp thủy canh sử dụng các hợp chất hữu cơ có nguồn
gốc tự nhiên. Đề tài được thực hiện tại phòng Sinh học, Trung tâm Hạt nhân Tp.HCM
405 – 407 Cách Mạng Tháng Tám, Q.10, Tp.HCM (từ 15/2 đến 30/7/2009).
Alginate được chiết xuất từ rong nâu có trọng lượng phân tử ban dầu 203,7
kGy.Sản phẩm Alginate chiếu xạ có trọng lượng phân tử (Mw) từ 61,6 – 7,0 kDa được
chế tạo từ dung dịch Alginate 7% có trọng lượng phân tử ban đầu là 203,7 kGy. Hiệu
ứng tăng trưởng của Alginate cắt mạch bằng kỹ thuật bức xạ được khảo sát trên rau
mầm và rau thủy canh.
Kết quả nhận được cho thấy Alginate chiếu xạ ở liều 75 kGy cho hiệu ứng tăng
trưởng tốt nhất đối với rau mầm và rau thủy canh.
Cụ thể hơn sản phẩm Oligoalginate chiếu xạ tại 75kGy làm gia tăng chiều cao
cây, chiều dài rễ, sinh khối tươi và vật chất khô đối với cây rau mầm và rau thủy canh.
Khoảng nồng độ được xác định có hiệu ứng tăng trưởng tối ưu trên rau mầm là 50 –
100 ppm.

iv


SUMMARY
The research namely “Study on preparation of Oligoalginate by irradiation
technique and its application for hydroponics culture” was carried out for build up the

process of hydroponics culture technique supplymentation with natural polymer
degraded by radiation technique.
The research was carried out at Biological Department, Center for Nuclear
Technique, 405 – 407 Cach Mang Thang Tam, District 10th, HoChiMinh City, under
the suppervision of Doctor Le Quang Luan from February 15th to July 30th 2009.
The degraded Alginate products with molecular weight from 61,6 – 7,0 kDa
were prepare by irradiation of Alginate with initial Mw ~ 230,7 kDa in 7% solusion.
The growth promotion effect of degraded Alginate product use tested on seeding and
hydroponics culture of vegetable. The results indicated that the oligoalginate
irradiation at 75 kGy (Mw ~ 20,5 kDa) showed the best effect on growth promotion
vegetable in both seedling culture and hydroponics culture.

v


In particularly, the Oligoalginate products remarkable increased the shoot heigth, root
length, fresh bromass and dried matter contene of seedling plants and plants cutivated
by hydroponics technique. The optimum contentration of Oligoalginate applied for
seedling plants were determined from 50 – 100 ppm.

vi


MỤC LỤC
TRANG
Lời cảm ơn..................................................................................................................iii
Tóm tắt........................................................................................................................iv
Summary......................................................................................................................v
Mục lục .......................................................................................................................vi
Danh sách các chữ viết tắt ..........................................................................................ix

Danh sách các bảng .....................................................................................................x
Danh sách các hình .....................................................................................................xi
Chương 1 MỞ ĐẦU...................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề.............................................................................................................1
1.2. Yêu cầu .................................................................................................................2
1.3 Nội dung thực hiện ................................................................................................2
Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU........................................................................3
2.1. Alginate ................................................................................................................3
2.1.1. Lịch sử phát triển...............................................................................................3
2.1.2. Khái niệm về Alginate.......................................................................................3
2.1.3. Công thức cấu tạo và tính chất ..........................................................................4
2.1.3.1. Công thức cấu tạo ...........................................................................................4
2.1.3.2. Tính chất .........................................................................................................5
2.1.4. Phương pháp tách chiết Alginate.......................................................................7
2.1.5. Ứng dụng của Alginate......................................................................................7
2.2. OligoAlginate .......................................................................................................7
2.2.1. Giới thiệu về Oligosaccaride .............................................................................7
2.2.2. Giới thiệu về Oligoalginate ...............................................................................8
2.2.3. Các phương pháp chế tạo ..................................................................................9
2.2.3.1. Phương pháp hoá học .....................................................................................9
2.2.3.2. Phương pháp sinh học ..................................................................................10
2.2.3.3. Phương pháp bức xạ .....................................................................................10
2.2.4. Ứng dụng của oligoalginate.............................................................................11
2.3. Công nghệ nuôi trồng thuỷ canh ........................................................................11
vii


2.3.1. Khái niệm thủy canh........................................................................................11
2.3.2. Lịch sử phát triển.............................................................................................11
2.3.3. Những yêu cầu cơ bản của kỹ thuật thủy canh...............................................13

2.3.4. Phân loại thủy canh .........................................................................................13
2.3.4.1. Kỹ thuật thủy canh dịch lỏng........................................................................13
2.3.4.2. Thủy canh có sử dụng giá thể rắn.................................................................18
2.3.5. Ưu và nhược điểm trong sản xuất bằng phương pháp thủy canh....................21
2.3.5.1. Ưu điểm .......................................................................................................21
2.3.5.2. Nhược điểm ..................................................................................................22
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................23
3.1. Thời gian và địa điểm.........................................................................................23
3.2. Vật liệu ...............................................................................................................23
3.2.1. Giống ...............................................................................................................23
3.2.2. Giá thể..............................................................................................................23
3.2.3. Alginate ...........................................................................................................23
3.2.4. Dụng cụ thí ngiệm ...........................................................................................24
3.3. Phương pháp tiến hành thí nghiệm.....................................................................24
3.3.1. Chế tạo Oligoalginate bằng kỹ thuật bức xạ ...................................................24
3.3.1.1 Khảo sát đặt trưng của Alginate chiết suất từ rong nâu ................................24
3.3.1.2. Khảo sát đặt trưng của Oligoalginate chế tạo bằng kỹ thuật bức xạ ............25
3.3.2. Khảo sát hiệu ứng của Alginate chiếu xạ trên rau trồng thủy canh................25
3.3.2.1. Hiệu ứng của Alginate chiếu xạ trên rau mầm ............................................25
3.3.2.2. Hiệu ứng của Alginate chiếu xạ trên rau thuỷ canh ....................................27
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...............................................................29
4.1. Chế tạo Oligoalginate bằng kỹ thuật bức xạ ......................................................29
4.2. Hiệu ứng của Alginate chiếu xạ trên cây rau trong nuôi trồng thủy canh..........30
4.2.1. Hiệu ứng của Alginate chiếu xạ trên rau mầm ................................................30
4.2.1.1. Hiệu ứng của Oligoalginate trên rau mầm theo liều xạ khác nhau ..............30

viii


4.2.1.2. Hiệu ứng của Oligoalginate trên rau mầm theo nồng độ ...........................32

4.4.2. Hiệu ứng của alginate chiếu xạ trên cây rau trồng thủy canh .........................34
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................40
5.1. Kết luận ..............................................................................................................40
5.2. Đề nghị ...............................................................................................................40
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................41
PHỤ LỤC

ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Mw

Trọng lượng phân tử

NCHN

Nghiên cứu hạt nhân

SVĐC

So với đối chứng

x


DANH SÁCH CÁC BẢNG
TRANG
Bảng 3.1 Khảo sát hiệu ứng của Alginate chiếu xạ trên rau mầm theo liều xạ ........26
Bảng 3.2 Thí nghiệm hiệu ứng của Oligoalginate trên rau mầm theo nồng độ........27

Bảng 4.1 Hiệu ứng của Oligoalginate đối với rau mầm cải củ theo liều xạ .............30
Bảng 4.2 Hiệu ứng của Oligoalginate đối với rau đậu xanh theo liều xạ .................31
Bảng 4.3 Hiệu ứng của Oligoalginate đối với rau muống theo liều xạ.....................32
Bảng 4.4 Hiệu ứng của Oligoalginate đối với rau cải củ theo nồng độ ....................33
Bảng 4.5 Hiệu ứng của Oligoalginate đối với đậu xanh theo nồng độ .....................33
Bảng 4.6 Hiệu ứng của Oligoalginate đối với rau muống theo nồng độ ..................34

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
TRANG
Hình 2.1 Kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng (NFT)...................................................14
Hình 2.2 Mô hình kỹ thuật dòng sâu. .......................................................................15
Hình 2.3 Kỹ thuật dòng sâu (DFT) theo kiểu zigzag................................................16
Hình 2.4 Mô hình kỹ thuật ngâm rễ..........................................................................17
Hình 2.5 Mô hình kỹ thuật nổi..................................................................................17
Hình 2.6 Mô hình kỹ thuật mao dẫn. ........................................................................17
Hình 2.7 Mô hình kỹ thuật khí canh. ........................................................................18
Hình 2.8 Mô hình kỹ thuật túi treo. ..........................................................................19
Hình 2.9 Mô hình kỹ thuật túi tăng trưởng...............................................................19
Hình 2.10 Mô hình kỹ thuật rảnh..............................................................................20
Hình 2.11 Mô hình kỹ thuật chậu. ............................................................................20
Hình 3.1 Mô hình nuôi trồng thuỷ canh tĩnh sử dụng trong nghiên cứu. .................28
Hình 4.1 Ảnh hưởng của liều xạ đối với trọng lượng phân tử Alginate...................29
Hình 4.2 Hiệu ứng của Oligoalginate lên sự sinh trưởng của cây cải ngọt. ............35
Hình 4.3 Cải ngọt sau 28 ngày thu hoạch .................................................................36
Hình 4.4 Cải bẹ xanh sau 28 ngày thu hoạch ...........................................................36
Hình 4.5 Hiệu ứng của Oligoalginate lên sự sinh trưởng của cây cải bẹ xanh.........37
Hình 4.6 Hiệu ứng của Oligoalginate lên sự sinh trưởng của cây xà lách mỡ. ........38

Hình 4.7 Xà lách sau 28 ngày thu hoạch ..................................................................39

xii


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Rau là nguồn thực phẩm quen thuộc và không thể thiếu trong các bữa ăn của
người Việt Nam. Nó cung cấp các vitamin, chất khoáng và chất xơ vốn rất có lợi cho
sức khỏe của con người.
Hiện nay hầu hết các hộ sản xuất mới chỉ quan tâm đến năng suất và sản lượng
rau mà chưa quan tâm đúng mức đến chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm nên tình
trạng sử dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật không đúng lúc, đúng cách vẫn thường
xuyên xảy ra như: bón quá nhiều phân đạm vô cơ, bón phân muộn, sử dụng thuốc bảo
vệ thực vật ngoài danh mục trên các loại rau ăn lá và không bảo đảm thời gian cách ly
gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ người tiêu dùng. Biểu hiện trước mắt có thể là
ngộ độc, rối loạn tiêu hoá, suy tim mạch có thể gây tử vong, còn về lâu dài các chất
độc hại tích luỹ trong cơ thể là nguy cơ phát sinh nhiều bệnh hiểm nghèo.
Vì thế việc áp dụng thủy canh sản xuất rau an toàn là xu thế hiện nay, do nó có
nhiều ưu điểm:
1. Không phải làm đất không có cỏ dại.
2. Trồng được nhiều vụ, có thể trái vụ, không cần tưới.
3. Không phải sử dụng thuốc trừ sâu bệnh, trừ cỏ dại.
4. Năng suất cao hơn từ 25% đến 50%.
5. Sản phẩm hoàn toàn sạch đồng nhất.
6. Người gìa yếu trẻ em có thể tham gia có hiệu quả.
7. Không tích lũy chất độc, không gây ô nhiễm môi trường.
Alginate là những loại polysacaride tự nhiên rất phổ biến trong tự nhiên chúng
tồn các loại rong nâu vốn là một trong các nguồn gây ô nhiễm môi trường một đối với

các nước ven biển trong đó có Việt nam. Việc biến tính polysacaride tự nhiên nói trên
để sử dụng vào các lĩnh vực như: Công nghiệp, nông nghiệp, y dược, công nghệ sinh
học, v.v. đã và đang được chú ý trong những năm gần đây.
Oligoalginate đã được tìm ra như là một loại hoocmone mới đối với cây trồng,
chúng không chỉ có tác dụng tăng trưởng đối với thực vật mà còn có khả năng kích

1


thích gây tạo các kháng sinh thực vật hay còn gọi là phytoalexin giúp cho cây trồng
khả năng kháng được xâm nhiễm đối với các vi sinh vật gây bệnh ( Lê Quang Luân và
ctv. 1999).
Gần đây Viện Nghiên Cứu Hạt Nhân và Trung tâm Công Nghệ Bức Xạ Tp.
HCM đã nghiên cứu thành công các sản phẩm Oligosaccaride cắt mạch có nguồn gốc
tự nhiên phục vụ cho nông nghiệp. Tuy vậy chưa có nghiên cứu nào nhắm hướng vào
mục đích nuôi trồng thủy canh.
Từ những thông tin nêu trên, đề tài “Nghiên cứu chế tạo Oligoalginate bằng kỹ
thuật bức xạ ứng dụng trong nuôi trồng thủy canh”được thực hiện nhằm góp phần
hoàn chỉnh quy trình trồng rau an toàn bằng phương pháp thủy canh một cách hiệu quả
và ứng dụng các hoạt chất hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên.
1.2. Yêu cầu
Chế tạo Olginate từ rong nâu và nghiên cứu chế tạo Oligoalginate bằng kỹ thuật
bức xạ, khảo sát tác dụng tăng trưởng của Oligoalginate chế tạo bằng kỹ thuật bức xạ
trên rau trồng bằng phương pháp thủy canh.
1.3. Nội dung thực hiện
Chế tạo Alginate từ rong Nâu và chế tạo các chế phẩm Oligoalginate có trọng
lượng phân tử khác nhau bằng kỹ thuật bức xạ. Xác định trọng lượng phân tử của
Oligoalginate sau khi chế tạo bằng kỹ thuật bức xạ. Khảo sát hiệu ứng của
Oligoalginate chế tạo được trên rau trồng thủy canh.

2


Chương 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Alginate
2.1.1. Lịch sử phát triển
Alginic axit được phát hiện đầu tiên bởi Stanford (1881). Năm 1975, Booth đã
viết về lịch sử công nghiệp Alginate dựa theo các kết quả nghiên cứu của Stanford.
Thernley đã tiến hành tách chiết Alginate thô ở Orkey vào năm 1923 và bắt đầu hình
thành công nghệ sản xuất Alginate dùng cho đồ hộp rau quả. Sau đó công ty đã đặt tên
là Kelp Products Corp và đến năm 1929 được tái thành lập có tên là công ty Kelco
(Kelco Company). Tại Anh, Alginate được sản xuất mạnh mẽ và sớm nhất vào những
năm 1934 – 1939. Còn ở Na Uy, Alginate được sản xuất sau chiến tranh thế giới thứ
II. Đến năm 1981 sản xuất Alginate lan sang nhiều nước trên thế giới, đã có 17 nhà
máy ở 9 nước khác nhau sản xuất Alginate (Na Uy, Pháp, Nhật, Mỹ, Canada, Tây Ban
Nha, Chilê, Liên Xô cũ, Ấn Độ). Hai công ty sản xuất Alginate lớn nhất thế giới là
Kelco Company ở Mỹ và Công ty công nghiệp sản xuất Alginate ở UK, với sản lượng
70% mức sản lượng của thế giới. Tiếp theo là đến công ty ProTan A/S của Na Uy, và
các công ty của Nhật, Pháp. Sản xuất Alginate ở Trung Quốc tăng trong những năm
gần đây, sản lượng trung bình khoảng 7.000 – 8.000 tấn/năm.
2.1.2. Khái niệm về Alginate
Trong rong Nâu (Sagassum) có chứa một hợp chất quan trọng là Alginic.
Alginic là polysaccharide có tính axit, loại axit này rất khó hòa tan. Từ Alginic sẽ
thông qua các phản ứng với kiềm tạo nên một số hợp chất từ Alginic. Sau khi tạo muối
sẽ làm thay đổi tính tan hòa tan của hợp chất tự nhiên này và do đó nó có nhiều công
dụng hơn.
Alginate Natri là muối của Alginic với Natri, khi cho Alginic tương tác với
kiềm hóa trị I như NaOH, Na2CO3 hoặc Na2HPO4, Na2SO3 …
Alginate Canxi là muối của Alginic với Ca++ khi cho Alginic tương tác với

CaCl2, CaCO3, Ca(OH)2 …
Alginate amonium là muối của Alginic với NH4+ khi cho Alginic tương tác với
NH4OH hoặc kiềm amonium khác.
3


2.1.3. Công thức cấu tạo và tính chất của Alginate
2.1.3.1. Công thức cấu tạo
Alginic thuộc polysaccharide nhưng chứa nhóm cacboxyl (-COOH) trong phân
tử cho nên thường gọi là axit Alginic hay polysaccharide có tính axit.
Theo Niwa (1940) cho rằng đơn vị cấu trúc của Alginic là Uronic có công thức
phân tử là (C24H30O23)n. Chapman thì cho rằng Alginic là dạng trùng hợp mất nước của
D-Manuronic có công thức (C5H9O5COOH)n và công thức hóa học tương đương của
Alginic là (C6H8O6)n. Hai thuyết tương tự nhau, n = 80/83 do vậy có sự trùng hợp rất lớn.
Theo các tài liệu sinh hóa học gần đây mô tả cấu tạo của Alginic gồm các axit
D - Manuronic liên kết với L - Guluronic bằng liên kết 1 – 4 mạch thẳng không phân
nhánh

Alginic là polymer gồm nhiều axit Manuronic và Guluronic tạo mạch thẳng
không phân nhánh có thể liên kết theo hình phẳng như sau:

4


Trong phân tử Alginic, số lượng M và G không theo tỷ lệ 1/1. Đồng thời tỷ lệ
này sẽ khác nhau ở các loại rong và vùng địa lý khác nhau. Người ta rất quan tâm đến
tỷ lệ M/G, bởi lẽ nó là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến khả năng tạo gel của Alginic.
Các phân tử M, G có thể hình thành block M, block G hoặc block MG. Chiều
dài của các block đã được các nhà nghiên cứu Alginic trên thế giới xác định, trong đó:
-

G block có chiều dài là: 8,7 A0

-

M block có chiều dài là: 10,3 A0, MG block có chiều dài là: 9,5A0
Manuronic và Guluronic là hai đồng phân của nhau. Hiện nay nhiều quan điểm

cho rằng tỷ lệ giữa hai loại axit Manuronic và Guluronic không tuân theo 1/1 mà tùy
theo loại rong, vị trí địa lý và môi trường rong sinh sống.
Trong cây rong Alginic luôn tồn tại dưới dạng muối với Ca, hoặc Mg bền vững,
trong đó dạng muối chủ yếu được tìm thấy chủ yếu là với Ca.

Từ đó người ta có thể khai thác công thức phân tử polymer là:
((C5H7O4COOH)2Ca)n.
2.1.3.2. Tính chất
Alginic là axit hữu cơ yếu, không màu, không mùi, không tan trong các dung
môi hữu cơ và nước thì Alginic hút nước trương nở, nó có thể hút được lượng nước từ
10 đến 20 lần trọng lượng khô của nó.
Alginic hòa tan trong dung dịch kiềm hóa trị I và tạo dung dịch muối kiềm có
độ nhớt cao. Chẳng hạn Alginic hòa tan trong dung dịch hydroxit Natri và tạo thành
dung dịch Alginate Natri có độ nhớt cao.

5


Khi cho axit mạnh tác dụng với muối kiềm thì Alginic được tách ra kết tủa nổi
lên bề mặt dung dịch.
Tính chất này rất quan trọng được ứng dụng vào qui trình chiết xuất Alginic.
Muối Alginate kim loại hóa trị II (Alginate Canxi, Alginate Magiê, …): không

hòa tan trong nước, tùy theo kim loại mà có màu sắc khác nhau. Khi muối ẩm thì dẻo
dễ uốn hình, khi khô rất cứng, rất khó thấm nước, nhờ có tính chất này mà Alginate có
rất nhiều công dụng trong các lĩnh vực khác nhau.
Bột Alginate rất dễ bị giảm độ nhớt nếu không được bảo quản ở nhiệt độ thấp.
Độ nhớt của dung dịch Alginate 5% sẽ bị giảm đi một nửa ngay cả khi bảo quản ở
nhiệt độ 30oC ± 2oC trong thời gian từ 5 đến 10 ngày. Có thể dùng các chất bảo quản
như:
Axit Benzoic, axit Socbit, axit Dehydro Acetic cho các Alginate dùng cho thực
phẩm. Còn nếu Alginate dùng cho kỹ thuật thì có thể dùng Formaldehyt hoặc
Pentaclorophenol để bảo quản.
Khác với agar khi giảm nhiệt độ thì dung dịch Alginate cũng không đông lại,
ngay cả khi làm lạnh và tan giá thì độ nhớt và bề ngoài cũng không thay đổi.
Khả năng gắn với các kim loại bằng liên kết tĩnh điện: Alginic có khả năng gắn
với các ion kim loại tạo ra các loại muối khác nhau. Khả năng này tùy thuộc vào số
lượng D - Manuronic và L - Guluronic trên phân tử Alginate. Theo kết quả nghiên cứu
của các chuyên gia Trung Quốc, khả năng tạo liên kết với các ion kim loại của Alginic
giàu M từ rong Laminaria digitata theo chiêu giảm dần theo sơ đồ sau:
Pb > Cu > Ba > Sr >Ca > Co > Ni > Zn > Mn > Mg
Còn đối với Alginic giàu G từ rong Laminaria hyperbora giảm dân theo thứ tự
các kim loại sau:
Pb > Cu > Ba > Sr >Cd > Ca > Co, Ni, Zn, Mn > Mg
Cơ chế của phản ứng gắn kim loại trên phân tử Alginate chủ yếu ở nhóm
Cacboxyl ngoài ra một số nhóm –OH (Hydroxyl) trên polymer cũng có vai trò trong
liên kết với ion kim loại.
Propyleneglycol Alginate (PGA) với 80 đến 85% nhóm COOH được ester hóa
có tác dụng nhỏ nhất đối với ion Canxi, do đó hợp chất này được dùng trong công
nghiệp sữa. PGA giảm tính hòa tan khi pH môi trường < 4, pH = 2 thì PGA kết tủa.

6

2.1.4. Phương pháp tách chiết Alginate
Alginate được tách chiết từ rong Nâu bằng dung dịch kiềm NaOH. Alginate
được chiết xuất bằng phương pháp này thường bị cắt mạch trong quá trình chiết.
2.1.5. Ứng dụng của Alginate
Các sản phẩm của Alginate được sử dụng rộng rãi trong nhiều nghành công
nghiệp như: ngành dệt 50%, thực phẩm 30%, giấy 6%, que hàn 5%, y dược phẩm 5%,
công nghệ sinh học và các lĩnh vực khác 4%. Alginate là một phụ gia không thể thiếu
được trong kỹ thuật in màu trên vải. Trong công nghiệp thực phẩm thường đòi hỏi loại
Alginate phải có khả năng tạo gel và tạo nhũ cao, ví dụ để chế biến Surimi giả trứng cá
Caviar người ta thường phải sử dụng loại Alginate có tỷ lệ M/G ≤ 1,0.
2.2. Oligoalginate
2.2.1. Giới thiệu về oligosaccaride
Hiện nay năm loại hoocmone thực vật hay chất điều hòa sinh trưởng thực vật
(plant growth regulators) đã được xác định đó là auxin, absccisic acid, cytokinin,
ethylen và gybberelin. Năm 1985, sau hơn 10 năm nghiên cứu, hai giáo sư
Albersheim và Darwll, trường ĐH Colorado, Hoa Kì thông báo trên Tạp chí Science of
America, về chất điều hòa sinh trưởng thực vật mới có tên gọi là oligosaccarin.
Oligosaccarin là oligosaccaride (polysaccaride mạch ngắn chứa chừng khoảng
2÷20 monosaccharide), những phân đoạn (fragments) của thành tế bào, chúng được
tiết ra từ thành tế bào do enzyme. Thành tế bào chứa ít nhất 8 loại polysaccaride. Các
loại enzyme khác nhau sẽ tiết ra oligosaccarin khác nhau.
Oligosaccaride là nguồn cung cấp nguyên liệu cho con người và động vật.
Oligosaccaride còn là chất điều hòa sinh trưởng thực vật, là chất truyền tín hiệu giúp
cây chống lại các loại tác nhân gây bệnh. Ngoài ra, chúng còn được dùng trong bảo
quản thực phẩm (Lê Quang Luân và ctv. 2003)
Trong thực vật, các oligosaccaride chính là các chất truyền tín hiệu để đưa ra
các thông điệp điều hòa trong cây, chức năng đó bao gồm điều hòa quá trình sinh
trưởng, phát triển và chống nhiễm bênh cây trồng.
Trong nhiều thí nghiệm khác về điều hòa sinh trưởng nhiệt độ sử dụng

oligosaccaride cũng đã chứng minh oligosaccaride thể hiện chức năng thúc đẩy tăng
trưởng. Tham gia trong thời kì đầu thí nghiệm chứng minh tính chất thúc đấy tăng
trưởng thực vật của oligosaccaride có nhà khoa học Việt Nam, Kiềm Trần Thanh Vân
7


làm việc ở Laboratore du Phytoron at Gift – sur Yvette, Pháp. Sau đó nhiều nghiên cứu
được tiến hành một cách độc lập tại Nhật Bản và Việt Nam đã xác nhận và chứng
minh rõ ràng thêm hiệu ứng này.
Ngoài khả năng thúc đẩy sự tăng trưởng ở thực vật. Oligosaccaride còn có tác
dụng thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp nên kháng sinh trong mô của thực vật, hay nói
cách khác oligosaccaride đã tạo ra cho cây khả năng tự kháng lại một số nấm và vi
khuẩn gây bệnh bằng cách tự tạo ra kháng sinh thực vật gọi là phytoalexin. Tùy theo
loại thực vật, việc góp phần này gây ra hiệu quả khác nhau bao gồm tạo phytoalexin,
tạo enzyme endo β - 1 - 3 gluconase, chitinase, lyzozyme để phân hủy thành tế bào
nấm và vi khuẩn. Phytoalexin có thể được tạo thành dưới kích thích hóa học và vật lí
nhất định. Phytoalexin có khối lượng phân tử thấp, có tính độc không chuyên biệt.
Phytoalexin là chất kháng sinh thực vật có thể hoạt động rộng mà đặc biệt nó không
được tìm thấy trong mô của cây khỏe mạnh, nhưng nó được tổng hợp ở trong tế bào
gần vị trí nhiễm bệnh như là phần phản ứng bảo vệ của thực vật.
Người ta còn nhận thấy trong mô cây đậu tương khi bị xâm nhập bởi nấm
Phytoptora megasfperma, heptosacride glucan liên kết với nhau qua cầu nối β - 1 - 3
và β -1 - 6 đã thúc đẩy quá trình tổng hợp một chất phytoalexin là glyceollin và với
hàm lượng khoảng 1 μ/g mô đậu tương.
Vậy oligosaccaride là chất truyền tín hiệu làm cây tiết ra kháng sinh để tự bảo
vệ khi ta cho vào cây một hỗn hợp oligosaccaride chiết từ thành tế bào nấm thì tế bào
cây có thể tổng hợp các enzyme và các enzyme này lại làm xúc tác cho quá trình sinh
tổng hợp kháng sinh. Từ đây hi vọng sẽ là một khởi điểm thú vị để phát triển về khoa
học thực vật cũng như cuộc cách mạng mới trong nông nghiệp sử dụng oligosaccaride
làm chất bảo về và điều hòa sinh trưởng thực vật.

2.2.2. Giới thiệu về Oligoalginate
Nếu như Alginate được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghệ thực
phẩm, công nghệ dược phẩm và mĩ phẩm thì Oligoalginate lại được ứng dụng rộng rãi
hơn nhiều, đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp, y học và công nghệ sinh học.
Năm 1992, Akiyamo và ctv đã thông báo rằng Oligoalginate có tính chất rất quí
là thúc đẩy tăng trưởng vi khuẩn Bifidobactiria loại vi khuẩn hiện diện trong đường
ruột cần cho quá trinh tiêu hóa ở người và động vật. Oligo của quá trình này tác giả
cũng cho thấy rằng Alginate có khối lượng phân tử khoảng 49 – 400 khi bổ sung vào
8


môi trường nuôi cấy hàng loạt các vi khuẩn Bifidobacteria (B. aldolescentis, B.
bifidum, B. beeve và B. longcion) thì hiệu ứng thúc đẩy tăng trưởng của chúng so với
trước là không đáng kể, trong khi đó các Oligoalginate có khổi lượng phân tử trung
bình khoảng 2000 Da chế tạo từ Alginate nói trên. Bằng phương pháp thủy phân bởi
enzyme alginatelyase với nồng độ từ 0.04 – 0.4 % lại có hiệu ứng cao hơn nhiều. Mặt
khác nhiều công trình nghiên cứu tác dụng của Oligoalginate cũng đã cho thấy
Oligoalginate còn có tác dụng như là một tín hiệu hóa học để kích thích các quá trình
sinh tổng hợp phytoalexin. Ngoài ra trong nuôi cấy mô Oligoalginate có hiệu ứng thúc
đẩy sinh trưởng và làm tăng sinh khối, gia tăng tốc độ phân bào ở một số loại tảo, thúc
đẩy quá trình nảy mầm hạt giống và phát triển rễ, thân, lá của một số loài cây.
Như vậy Oligoalginate là một loại oligosaccaride không chỉ thể hiện hiệu ứng
tăng trưởng rất tốt đối với nhiều loại thực vật mà còn có khả năng tạo cho cây có khả
năng kháng lại sự xâm nhiễm của một số vi sinh vật gây bệnh. Điều đáng chú ý là
oligoalginate có tính an toàn cao đối với người, gia súc, gia cầm và môi trường. Do đó,
việc chế tạo ra chế phẩm nông dược có nguồn gốc từ oligosaccaride nói chung và
Olgioalginate nói riêng là rất thiết thực cho nhu cầu sản xuất rau quả và nông phẩm
sạch và phát triển môi trường bền vững ở nước ta và trên thế giới ( Nguyễn Quốc Hiến
và ctv. 1997).
2.2.3. Các phương pháp chế tạo Oligoalginate

2.2.3.1. Phương pháp hoá học
Trong phương pháp này Oligoalginate được chế tạo thông qua các tác nhân hoá
học oxi hóa mạnh như H2O2, HCl, v.v. Hiệu suất cắt mạch của Alginate trong hệ phản
ứng chủ yếu phụ thuộc nồng độ của các chất phản ứng, thời gian phản ứng và nhiệt độ.
Mặc dù phương pháp này có những thuận lợi nhất định nhưng lại gặp phải một
số hạn chế như sau:
 Phải sử dụng các chất oxi hóa mạnh.
 Khó kiểm soát được quy trình cắt mạch.
 Phải tách chiết và tinh chế.
 Chi phí cao do các quá trình tách chiết.
 Gây ô nhiễm môi trường (Tomoda và ctv. 1994).

9


2.2.3.2. Phương pháp sinh học
Ta có thể cắt mạch Alginate bằng cách thuỷ phân bởi enzyme alginate lyase.
Hiệu suất phản ứng phụ thuộc vào nồng độ của các chất phản ứng, thời gian và nhiệt
độ của phản ứng.
Cũng giống như phương pháp hóa học, phương pháp sinh học cũng có một số
những hạn chế nhất định sau đây:
 Cần phải có 1 hệ đệm, xúc tác thích hợp cho việc cắt mạch.
 Khó kiểm soát quá trình cắt.
 Phải tinh chế được sản phẩm sau khi cắt mạch.
 Phải sử dụng enzyme đặc hiệu.
 Sử dụng năng lượng nhiều.
 Chi phí cao (Tomoda và ctv. 1994).
2.2.3.3. Phương pháp bức xạ
Đây là phương pháp hữu hiệu và có nhiều ưu điểm. Bằng cách sử dụng bức xạ
ion hóa là tia gamma, tia siêu âm hay chùm điện tử gia tốc,v.v. Alginate sẽ bị cắt mạch

dưới tác dụng của bức xạ.
Giới thiệu về kỹ thuật bức xạ:
Kỹ thuật bức xạ là sử dụng bức xạ làm nguồn năng lượng trong các quá trình
công nghiệp.
Kỹ thuật bức xạ hiện tại chủ yếu sử dụng nguồn bức xạ gamma (γ) phát ra từ
đồng vị Co – 60 và bức xạ điện tử phát ra các máy gia tốc điện tử (electron beam –
EB). Theo số liệu năm 1996, toàn thế giới có hơn 180 nguồn chiếu xạ gamma Co – 60
và khoảng 700 – 800 máy gia tốc điện từ hoạt động phục vụ cho mục đích ứng dụng
công nghiệp, trong đó bao gồm các ứng dụng trong lĩnh vực sinh học.
Ưu điểm:
 Tiết kiệm năng lượng, không gian và nguyên liệu.
 Độ tin cậy cao (quá trình được kiểm tra một cách hữu hiệu).
 Sản phẩm có chất lượng cao, dễ dàng tạo ra sản phẩm mới.
 Đáp ứng nhu cầu bảo vệ môi trường.
 Hiệu quả kinh tế cao.

10


Các nghiên cứu và ứng dụng hiệu quả của công nghệ bức xạ trong nông nghiệp:
 Chiếu xạ thực phẩm, khử trùng mĩ phẩm và bao bì cho thực phẩm.
 Chiếu xạ nước thải.
 Biến tính ghép, khâu mạch chế tạo vật liệu tổng hợp sinh học và vật liệu
có hoạt tính sinh học, chế phẩm dược phẩm, hormon thải chậm.
 Lưu hóa bức xạ lastic cao su thiên nhiên.
 Chiếu xạ gây bất dục côn trùng, kích thích đột biến.
 Biến tính gia tăng chất lượng vải, da thuộc.
 Xử lý polymer tự nhiên làm chất tăng trưởng và bảo vệ thực vật.
2.2.4. Ứng dụng của Oligoalginate
Nhiều công trình nghiên cứu tác dụng của Oligoalginate đối với cây trồng đã

cho thấy Oligoalginate còn có tác dụng như là một tín hiệu hóa học để kích thích các
quá trình sinh tổng hợp phytoalexin. Ngoài ra trong nuôi cấy mô Oligoalginate có
hiệu ứng thúc đẩy tăng trưởng và làm tăng sinh khối, gia tăng tốc độ phân bào ở một
số loại vi tảo, thúc đẩy quá trình nảy mầm hạt giống, phát triển rễ, thân và lá của một
số loài cây.
Như vậy Oligialginate là loại oligosacaride không chỉ thể hiện hiệu ứng tăng
trưởng rất tốt đối với nhiều loại thực vật mà còn có khả năng tạo cho cây khả năng
kháng bệnh. Oligoalginate được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực nông nghiệp, y học
và công nghệ sinh học.
2.3. Công nghệ nuôi trồng thuỷ canh
2.3.1. Khái niệm thủy canh
Theo tiếng Hy lạp thì hydroponics (thủy canh), được ghép từ hai chữ hydro
(nước) và ponos (lao động), là hình thức canh tác trên các giá thể không phải là đất
Thủy canh có thể sử dụng hoặc không sử dụng giá thể, cây trồng được cung cấp đầy
đủ dinh dưỡng và nước cho cây sinh trưởng và phát triển
2.3.2. Lịch sử phát triển
Thủy canh đã được thực hiện từ nhiều thế kỉ trước ở vùng Amazon, Babylon,
Ai Cập, Trung Quốc và Ấn Độ. Người xưa đã sử dụng phân bón hòa tan để trồng dưa
chuột, dưa hấu và nhiều loại rau củ khác ở các lòng sông đầy cát. Sau đó, các nhà sinh

11


lý thực vật bắt đầu trồng các loại cây trên những môi trường dinh dưỡng đặc biệt vì
mục đích thí nghiệm, họ gọi đó là nuôi cấy dinh dưỡng (nutriculture).
Những ứng dụng thực nghiệm của ‘nuôi cấy dinh dưỡng’ bắt đầu được chú ý
vào năm 1925, khi kỹ thuật nhà kính đặt ra nhiều vấn đề cần được quan tâm đặc biệt.
Đất trong nhà kính phải được thay thế thường xuyên để khắc phục các vấn đề về cấu
trúc đất, phân bón và sâu bọ. Kết quả là các nhà nghiên cứu bắt đầu quan tâm đến ưu
thế của nuôi cấy dinh dưỡng so với nuôi cấy trong đất theo kiểu truyền thống.

Thuật ngữ thủy canh (hydroponics) lần đầu tiên được Gericke (1937) giới thiệu
để mô tả tất cả các phương pháp nuôi trồng thực vật trong môi trường lỏng cho mục
đích thương mại. Gericke (1929) cũng là người đầu tiên khảo sát, phát triển một
phương pháp nuôi trồng thực vật trong nước (dịch dinh dưỡng) khả thi về mặt kinh tế
cho mục đích thương mại.
Ngoài Gericke, nhiều nhà khoa học khác cũng đã đưa ra nhiều kỹ thuật và
phương pháp nuôi trồng thực vật không cần đất (soiless culture) trên qui mô thương
mại trong thập niên 1930; (Withorow và Biebel, 1936; Mllard và Stoughton, 1939).
Mặc dù các tiêu chuẩn khoa học công nghệ thời kỳ đó đã có thể đáp ứng với việc trồng
trọt không cần đất, song họ vẫn không thể thành công khi tính về hiệu quả kinh tế. Tuy
kết quả khảo sát trên qui mô thương mại chưa khả quan, nhưng thủy canh vẫn thu hút
được rất nhiều sự quan tâm. Ý tưởng trồng các loại cây có sức sống tốt, sản xuất rau
quả, trái cây và hoa không cần đất hấp dẫn với nhiều người. Do đó, bên cạnh những
người canh tác chuyên nghiệp, nhiều nhà vườn nghiệp dư cũng cố gắng trồng nhiều
loại cây khác nhau trong hệ thống thủy canh.
Trong và ngay sau thế chiến thứ II, thủy canh được quân đội Hoa kỳ sử dụng
khá rộng rãi để trồng rau quả ở một số nơi mà đất bị nhiễm độc do chiến tranh. Trong
suốt hai thập niên 1950 và 1960, diện tích canh tác thủy canh trên toàn thế giới vẫn
chưa có ý nghĩa quan trọng và những nghiên cứu về chúng còn rất ít. Tuy nhiên, một
số tài liệu có liên quan đến thành phần dịch dinh dưỡng cho hệ thống thủy canh đã
được xuất bản từ giai đoạn này (Jacobson, 1951; Steiner, 1961; 1966 và Hewitt, 1966).
Đến cuối thập niên 1960, mối quan tâm về áp dụng thủy canh trong qui mô thương mại
tăng lên, thể hiện rõ ở khối liên hiệp Anh, Hà Lan và các quốc gia Scandinavie.
Đến năm 1975, Cooper đưa ra kỹ thuật màng dinh dưỡng (NFT – nutrient film
technique), là kỹ thuật thủy canh đầu tiên được sử dụng trên qui mô lớn.
12


Trong tương lai, kỹ thuật thủy canh sẽ được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh
vực sản xuất thương mại. Mặc dù là một phương pháp còn rất mới mẻ, mới chỉ cơ bản

được áp dụng cho sản xuất thương mại khoảng 40 năm, song thủy canh đã cho thấy
tiềm năng phát triển cực kỳ to lớn của nó. Do không sử dụng đất khi trồng nên kỹ thuật
thủy canh có thể thích hợp với nhiều điều kiện khác nhau, từ vùng hải đảo đến cao
nguyên, từ vùng khô hạn đến vùng ẩm ướt. Điều này cho thấy tính hiệu quả và khả
năng phổ biến của kỹ thuật thủy canh là rất cao.
2.3.3. Những yêu cầu cơ bản của kỹ thuật thủy canh
 Giá thể trơ được sử dụng.
 Dịch dinh dưỡng hoặc hỗn hợp phân bón phải chứa tất cả các thành phần vi
lượng và đa lượng cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của cây.
 pH của dịch dinh dưỡng phải trong khoảng phù hợp để hệ thống rễ hoặc giá
thể trơ không bị ảnh hưởng.


Nhiệt độ và độ thoáng khí của giá thể trơ hoặc dịch dinh dưỡng phải phù
hợp với hệ thống.

2.3.4. Phân loại thủy canh
2.3.4.1. Kỹ thuật thủy canh dịch lỏng
a. Phương pháp hồi lưu (hệ thống đóng)
- Kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng là một hệ thống thủy canh mà rễ cây được
tiếp xúc trực tiếp với chất dinh dưỡng. Màng mỏng (0,5 mm) cho dinh dưỡng chảy
xuyên qua các kênh dẫn. Các kênh dẫn được làm bằng vật liệu dẻo. Hạt giống cùng với
môi trường phát triển được đặt ở trung tâm của ống và ở mép của hạt giống được kẹp
vào màng mỏng để ngăn cản sự bốc hơi và ngăn không cho ánh sáng lọt qua. Môi
trường cần cho sự phát triển hấp thu chất dinh dưỡng cung cấp cho cây. Khi cây sinh
trưởng và phát triển, bộ rễ của cây sẽ vươn ra khỏi giá thể để lấy chất dinh dưỡng từ
kênh dẫn để cung cấp cho cây. Chiều dài tối đa của kênh dẫn là từ 5 – 10 m và được
đặt nghiêng 3,81 cm đến 4,5 cm so với mặt phẳng nằm ngang. Dung dịch dinh dưỡng
được bơm lên cao hơn kênh dẫn và chảy xuồng bằng trọng lực đồng thời làm ướt chân rễ.

13