Luận án tiến sĩ Công nghệ chế biến thủy sản: Nghiên cứu điều chế alginate khối lượng phân tử thấp dùng làm thực phẩm chức năng hỗ trợ phòng chống đông máu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGUYỄN VĂN THÀNH

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ ALGINATE KHỐI LƯỢNG
PHÂN TỬ THẤP DÙNG LÀM THỰC PHẨM CHỨC NĂNG
HỖ TRỢ PHÒNG CHỐNG ĐÔNG MÁU

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

KHÁNH HÒA - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGUYỄN VĂN THÀNH

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ ALGINATE KHỐI LƯỢNG
PHÂN TỬ THẤP DÙNG LÀM THỰC PHẨM CHỨC
NĂNG HỖ TRỢ PHÒNG CHỐNG ĐÔNG MÁU

Chuyên ngành
Mã số

:
:

Công nghệ chế biến thủy sản
9540105

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. VŨ NGỌC BỘI
2. PGS. TS. TRẦN THỊ THANH VÂN

KHÁNH HÒA - 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Một số kết quả trong luận
án này được tài trợ kinh phí từ Đề tài hợp tác quốc tế: “Polysaccharide sulfate từ tảo
nâu Việt Nam: Cấu trúc và hoạt tính sinh học”, Mã số: VAST.HTQT.NGA. 06/13-14,
thuộc chương trình hợp tác quốc tế giữa Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha
Trang với Liên bang Nga, Đề tài “Cấu trúc và hoạt tính sinh học của một vài ionic
Polysaccharide chiết tách từ tảo biển ở Nhật Bản và Việt Nam”, Mã số:
VAST.HTQT.NHATBAN.02/13-15, thuộc chương trình hợp tác quốc tế giữa Viện
Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang với Nhật Bản và Đề tài: “Nghiên cứu
điều chế dẫn xuất polyguluronat sunphat hóa trọng lượng phân tử thấp từ nguồn rong
mơ Việt Nam để ứng dụng trong dược phẩm”, Mã số: VAST06.05/12-13 mà tôi là một
trong những thành viên tham gia thực hiện và đã được Chủ nhiệm đề tài đồng ý cho
phép sử dụng trong báo cáo Luận án. Các kết quả, số liệu nêu trong luận án là trung
thực, chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào.
Khánh Hòa, Ngày

tháng 3 năm 2019

NGHIÊN CỨU SINH

NGUYỄN VĂN THÀNH

i


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành Luận án này,
Trước hết tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ
nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm, Lãnh đạo khoa Sau Đại học sự kính trọng, niềm tự
hào được học tập và nghiên cứu tại Trường trong những năm qua.
Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được giành cho các thầy: PGS. TS. Vũ Ngọc Bội Trưởng khoa Công nghệ Thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang và PGS. TS. Trần Thị
Thanh Vân - Nguyên Trưởng phòng Hóa phân tích - Viện Nghiên cứu và Ứng dụng
Công nghệ Nha Trang đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá
trình thực hiện Luận án.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Bùi Minh Lý - người thầy
đã tận tình hướng dẫn, truyền cảm hứng, định hướng nghiên cứu cho tôi trong giai đoạn
đầu thực hiện Luận án này. Vì lý do sức khỏe nên Thầy đã không thể tiếp tục hướng dẫn
nghiên cứu.
Xin chân thành cám ơn: Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Chủ nhiệm đề tài quốc tế, mã số:
VAST.HTQT.NGA. 06/13-14, VAST.HTQT.NHATBAN.02/13-15 và VAST06.05/1213 đã hỗ trợ kinh phí để tôi hoàn thành Luận án có chất lượng.
Xin cám ơn Lãnh đạo Trường Đại học Kiên Giang đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho
tôi được đi học và hoàn thành Luận án này.
Xin chân thành cám ơn các thầy cô phản biện đã cho tôi những lời khuyên quý báu
để công trình nghiên cứu được hoàn thành có chất lượng.
Đặc biệt, xin được ghi nhớ tình cảm, sự giúp đỡ của: các cán bộ thuộc Viện Nghiên
cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang, Gia đình và bạn bè thân thiết đã giúp đỡ, chia
sẻ cùng tôi trong quá trình nghiên cứu.
Khánh Hòa, Ngày

tháng 3 năm 2019

NGHIÊN CỨU SINH

NGUYỄN VĂN THÀNH
ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... viii
TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ............................................xi
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................4
1.1. NGUỒN LỢI RONG NÂU TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM .............................4
1.1.1. Giới thiệu chung về rong nâu ................................................................................4
1.1.2. Một số thành phần hóa học của rong nâu ..............................................................4
1.1.3. Tình hình sử dụng rong nâu trên thế giới ..............................................................6
1.1.4. Rong nâu Việt Nam ...............................................................................................7
1.2. TỔNG QUAN VỀ ALGINATE ...............................................................................9
1.2.1. Giới thiệu về alginate ............................................................................................9
1.2.2. Cấu trúc và tính chất hóa học của alginate ..........................................................10
1.2.3. Kỹ thuật tách chiết alginate từ rong nâu ..............................................................13
1.3. ĐIỀU CHẾ ALGINATE KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ THẤP ................................ 20
1.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới điều chế alginate khối lượng phân tử thấp ............20
1.3.2. Các nghiên cứu trong nước điều chế alginate khối lượng phân tử thấp ..............25
1.4. ỨNG DỤNG CỦA ALGINATE VÀ ALGINATE KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ THẤP 28
1.5. QUÁ TRÌNH ĐÔNG MÁU VÀ HOẠT TÍNH CHỐNG ĐÔNG MÁU CỦA
ALGINATE ...................................................................................................................32
1.5.1. Lý thuyết của quá trình đông máu .......................................................................32

1.5.2. Các nghiên cứu hoạt tính chống đông máu của alginate .....................................35
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............39
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU ............................................................................................39
2.1.1. Rong mơ nguyên liệu ..........................................................................................39
2.1.2. Nguyên vật liệu dùng cho xác định độc chất trên chuột .....................................41
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................41
2.2.1. Phương pháp thu mẫu và xử lý mẫu ....................................................................41
2.2.2. Các phương pháp phân tích fucoidan và sodium alginate ...................................41
2.2.3. Các phương pháp phân tích thành phần hóa học cơ bản của rong nâu ...............44
iii


2.2.4. Phương pháp đánh giá chất lượng alginate: ........................................................44
2.2.5. Phương pháp định lượng vi sinh vật ....................................................................44
2.2.6. Phương pháp xác định hoạt tính chống đông máu và độc tính của SGS ............44
2.2.7. Phương pháp bố trí thực nghiệm .........................................................................47
2.3. HÓA CHẤT VÀ CÁC THIẾT BỊ CHỦ YẾU ĐÃ SỬ DỤNG .............................58
2.4. PHƯƠNG PHÁP THU THẬP VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ...........................................59
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................60
3.1. NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC LOÀI RONG NÂU DÙNG CHO SẢN XUẤT
FUCOIDAN VÀ SODIUM ALGINATE ......................................................................60
3.1.1. Đánh giá hàm lượng fucoidan và sodium alginate ở một số loài rong nâu .........60
3.1.2. Xác định thành phần hóa học cơ bản của rong nâu T. ornata .............................66
3.2. NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÔNG ĐOẠN NẤU CHIẾT SODIUM ALGINATE
TỪ RONG NÂU T. ORNATA .......................................................................................70
3.3. NGHIÊN CỨU THU NHẬN SODIUM ALGINATE TỪ RONG NÂU VÀ ĐÁNH
GIÁ CHẤT LƯỢNG SODIUM ALGINATE ...............................................................83
3.3.1. Nghiên cứu xác định nồng độ ethanol kết tủa thu nhận sodium alginate ............83
3.3.2. Đề xuất quy trình sản xuất sodium alginate từ rong nâu T. ornata .....................84
3.3.3. Sản xuất thử và đánh giá chất lượng sản phẩm sodium alginate .........................87

3.3.4. Xác định khối lượng phân tử trung bình của sodium alginate ............................89
3.3.5. Xác định các đặc tính cấu trúc của sodium alginate thu nhận từ rong T. ornata 92
3.4. NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SODIUM ALGINATE KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ
THẤP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TÍNH CỦA SODIUM ALGINATE KHỐI LƯỢNG
PHÂN TỬ THẤP ........................................................................................................104
3.4.1. Xác định hàm lượng các sodium alginate khối lượng phân tử thấp ..................104
3.4.2. Xác định các đặc tính cấu trúc của các alginate khối lượng phân tử thấp ........107
3.4.3. Khối lượng phân tử trung bình của alginate khối lượng phân tử thấp ..............112
3.5. NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ SODIUM GULURONATE SULFATE (SGS) TỪ
SODIUM ALGINATE TÁCH CHIẾT TỪ RONG T.ORNATA VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC
ĐẶC TÍNH CỦA SGS ................................................................................................115
3.5.1. Nghiên cứu điều chế SGS từ sodium alginate tách chiết từ rong nâu T. ornata ....115
3.5.2. Đề xuất quy trình sản xuất SGS từ sodium alginate của rong nâu T. ornata và đánh
giá các đặc tính của SGS .............................................................................................126
3.6. ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH CHỐNG ĐÔNG MÁU IN VITRO VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘC
TÍNH CỦA SGS ..........................................................................................................131
iv


3.6.1. Đánh giá hoạt tính chống đông máu in vitro của SGS ......................................131
3.6.2. Đánh giá độc tính của SGS trên chuột thí nghiệm ............................................137
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN..........................................................................147
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN........149
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................150
PHỤ LỤC

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

APTT

: Activated partial thromboplastin time (Thời gian đông
máu nội sinh)

cP

: Centipoise (đơn vị đo độ nhớt)

DS

: Degree of substitution (Độ thay thế)

FT-IR

: Fourrier Transformation InfraRed spectroscopy (Quang
phổ hồng ngoại)

G

: Guluronate (guluronic acid)

GPC

: Gel Permeation Chromatography (Sắc ký thẩm thấu gel)

IR

: InfraRed spectroscopy (Phổ hồng ngoại)

M

: Mannuronate (mannuronic acid)

NMR

: Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (Phổ cộng
hưởng từ hạt nhân)

PT

: Prothrombin time (Thời gian đông máu ngoại sinh)

SG

: Sodium guluronate

SGS

: Sodium guluronate sulfate

SM

: Sodium mannuronate

S. mcclurei

: Sargassum mcclurei

SMG

: Sodium mannuronate - sodium guluronate

S. polycystum : Sargassum polycystum
TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

T. ornata

: Turbinaria ornata

TT

: Thrombin time (Thời gian đông máu chung)

v

: Volume (Thể tích)

w

: Weight (Khối lượng)

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Thiết kế nghiên cứu độc tính của SGS ..........................................................46

Bảng 2.2. Các tiêu chí đánh giá kết quả trong nghiên cứu độc tính của SGS ...............46
Bảng 3.1. Thành phần hóa học cơ bản của rong nâu T. ornata .....................................67
Bảng 3.2. Điều kiện thí nghiệm được chọn ...................................................................70
Bảng 3.3. Kết quả ma trận thực nghiệm trực giao cấp I ................................................71
Bảng 3.4. Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa theo hàm lượng sodium alginate ..................75
Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa theo độ nhớt sodium alginate .......................80
Bảng 3.6. Hệ số của phương trình hàm đa mục tiêu .....................................................81
Bảng 3.7. Kết quả thí nghiệm tối ưu hàm đa mục tiêu ..................................................82
Bảng 3.8. Trạng thái chất lượng của sodium alginate ...................................................87
Bảng 3.9. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu lý hóa của sodium alginate......................88
Bảng 3.10. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu vi sinh của sodium alginate ...................88
Bảng 3.11. Kết quả phổ IR của sodium alginate từ rong nâu T. ornata ........................93
Bảng 3.12. Kết quả phân tích phổ 13C-NMR của sodium alginate từ rong T. ornata ...96
Bảng 3.13. Kết quả phân tích phổ 1H-NMR của sodium alginate từ rong T. ornata ....98
Bảng 3.14. Tương tác proton từ phổ 1H-1H COSY của sodium alginate từ rong
Turbinaria ornata ........................................................................................................100
Bảng 3.15. Khối lượng trung bình của chuột nhóm I (đánh giá độc tính cấp) ............138
Bảng 3.16. Khối lượng trung bình của chuột nhóm II (giai đoạn hồi phục) ...............139
Bảng 3.17. Tổng hợp kết quả xét nghiệm nước tiểu chuột nhóm I .............................141
Bảng 3.18. Kết quả xét nghiệm nước tiểu chuột nhóm II ...........................................142
Bảng 3.19. Kết quả xét nghiệm huyết học và sinh hóa máu .......................................143
Bảng 3.20. Kết quả quan sát xác định khối lượng tươi của gan, lách, thận của chuột thí
nghiệm .........................................................................................................................144

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Liên kết (14) glycosidic giữa các uronic ...................................................11

Hình 1.2. Cấu trúc 2 gốc uronic trong phân tử alginate ................................................11
Hình 1.3. Độ dài trung bình giữa các uronic trong các block của alginate ...................11
Hình 1.4. Sự sắp xếp các block polysaccharide trong phân tử alginate ........................12
Hình 1.5. Các giai đoạn của quá trình đông máu ..........................................................33
Hình 1.6. Cơ chế tạo thành phức hợp prothrombinase theo con đường nội sinh và ngoại
sinh.................................................................................................................................34
Hình 2.1. Hình ảnh về rong mơ Sargassum mcclurei Setchell .....................................39
Hình 2.2. Hình ảnh về rong mơ Sargassum polycystum C. Agardh .............................39
Hình 2.3. Hình ảnh về rong cùi bắp Turbinaria ornata (Turner) J. Agardh .................39
Hình 2.4. Vị trí thu mẫu rong mơ ..................................................................................39
Hình 2.5. Sơ đồ cách thức tiếp cận các nội dung nghiên cứu của luận án ...................47
Hình 2.6. Sơ đồ sàng lọc loài rong nâu .........................................................................49
Hình 2.7. Sơ đồ tối ưu hóa công đoạn nấu chiết sodium alginate .................................50
Hình 2.8. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ethanol kết tủa sodium alginate .....51
Hình 2.10. Sơ đồ điều chế sodium alginate khối lượng phân tử thấp ...........................52
Hình 2.10. Phản ứng điều chế tác nhân sulfate hóa.......................................................53
Hình 2.11. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng điều chế tác nhân sulfate
hóa đến độ thay thế của SGS .........................................................................................54
Hình 2.12. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng điều chế tác nhân sulfate
hóa đến độ thay thế của SGS .........................................................................................54
Hình 2.13. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ NaHSO3/NaNO2 phản ứng điều chế tác
nhân sulfate hóa đến độ thay thế của SGS ....................................................................55
Hình 2.14. Phản ứng tổng hợp sodium guluronate sulfate ............................................55
Hình 2.15. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng tổng hợp đến độ thay thế
của SGS .........................................................................................................................56

viii


Hình 2.16. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng tổng hợp đến độ thay thế

của SGS .........................................................................................................................57
Hình 2.17. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ NaNO2/SG phản ứng tổng hợp đến độ
thay thế của SGS............................................................................................................57
Hình 2.18. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của pH phản ứng tổng hợp đến độ thay thế của
SGS ................................................................................................................................ 58
Hình 3.1. Sự biến đổi hàm lượng fucoidan ở 3 loài rong nâu theo thời gian thu mẫu ..60
Hình 3.2. Sự biến đổi hàm lượng sodium alginate ở 3 loài rong nâu theo thời gian thu
mẫu ................................................................................................................................ 64
Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến hàm lượng sodium alginate thu được sau
kết tủa ............................................................................................................................83
Hình 3.4. Sơ đồ quy trình sản xuất sodium alginate từ rong nâu T. ornata ..................85
Hình 3.5. Sắc ký đồ GPC của sodium alginate .............................................................90
Hình 3.6. Sự phân bố khối lượng phân tử của sodium alginate ....................................90
Hình 3.7. Phổ hồng ngoại của sodium alginate từ rong nâu T. ornata..........................92
Hình 3.8. Phổ ESI-MS của sodium alginate từ rong nâu T. ornata ..............................93
Hình 3.9. Phổ ESI-MS của disaccharide tại m/z 369 ....................................................94
Hình 3.10. Phổ 13C-NMR của sodium alginate từ rong nâu T. ornata .........................95
Hình 3.11. Phổ 1H -NMR của sodium alginate thu được từ rong nâu T. ornata ..........97
Hình 3.12. Phổ COSY của sodium alginate từ rong nâu T. ornata .............................100
Hình 3.13. Phổ HSQC của sodium alginate từ rong nâu T. ornata .............................101
Hình 3.14. Phổ HMBC của sodium alginate từ rong nâu T. ornata ............................102
Hình 3.15. Phổ ROESY của sodium alginate từ rong nâu T. ornata ..........................103
Hình 3.16. Tương tác của các proton trên phổ ROESY của sodium alginate từ rong nâu
T. ornata ......................................................................................................................104
Hình 3.17. Hàm lượng các sodium alginate khối lượng phân tử thấp.........................105
Hình 3.18. Phổ 13C-NMR của sodium guluronate .......................................................107
Hình 3.19. Phổ 1H-NMR của sodium guluronate ........................................................109
Hình 3.20. Phổ 13C-NMR của sodium polymannuronate ............................................110
ix

Hình 3.21. Phổ 1H-NMR của sodium polymannuronate .............................................111
Hình 3.22. Sắc ký đồ của GPC của sodium guluronate ..............................................112
Hình 3.23. Sự phân bố khối lượng phân tử của sodium guluronate ............................112
Hình 3.24. Sắc ký đồ của GPC của sodium mannuronate ...........................................114
Hình 3.25. Sự phân bố khối lượng phân tử của sodium mannuronate ........................114
Hình 3.26. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng điều chế tác nhân sulfate hóa đến độ thay
thế của SGS .................................................................................................................116
Hình 3.27. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng điều chế tác nhân sulfate hóa đến độ thay
thế của SGS .................................................................................................................118
Hình 3.28. Ảnh hưởng của tỷ lệ NaHSO3/NaNO2 của phản ứng điều chế tác nhân sulfate
hóa đến độ thay thế của SGS .......................................................................................119
Hình 3.29. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tổng hợp đến độ thay thế của SGS ...121
Hình 3.30. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng tổng hợp đến độ thay thế của SGS.....122
Hình 3.31. Ảnh hưởng tỷ lệ nồng độ NaNO2/SG đến độ thay thế của SGS ...............123
Hình 3.32. Ảnh hưởng của pH phản ứng tổng hợp đến độ thay thế của SGS .............125
Hình 3.33. Quy trình điều chế sodium guluronate sulfate...........................................127
Hình 3.34. Phổ FT-IR của (a) sodium guluronate và (b) sodium guluronate sulfate ..129
Hình 3.35. Sắc ký đồ GPC của SGS ............................................................................130
Hình 3.36. Sự phân bố khối lượng phân tử của SGS ..................................................130
Hình 3.37. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử trung bình của SGS đến thời gian đông
máu ..............................................................................................................................132
Hình 3.38. Ảnh hưởng của nồng độ SGS có khối lượng phân tử trung bình 25 kDa đến
thời gian đông máu ......................................................................................................134
Hình 3.39. Hình ảnh vi thể của gan, lách, thận chuột lang uống SGS ........................145

x


TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

Đề tài luận án: Nghiên cứu điều chế alginate khối lượng phân tử thấp dùng làm
thực phẩm chức năng hỗ trợ phòng chống đông máu
Chuyên ngành: Công nghệ Chế biến Thủy sản

Mã số: 9540105

Nghiên cứu sinh: Nguyễn Văn Thành

Khóa: 2012

Người hướng dẫn:

1. PGS. TS. Vũ Ngọc Bội
2. PGS. TS. Trần Thị Thanh Vân

Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Nha Trang
Nội dung:
Luận án đã thu được một số kết quả mới bổ sung vào lĩnh vực nghiên cứu, sản xuất
alginate và alginate khối lượng phân tử thấp từ rong mơ:
1) Luận án đã xác định được 3 loài rong mơ S. mcclurei, S. polycystum và T. ornata
có hàm lượng fucoidan cao nhất khi thu hoạch vào các tháng 4 và tháng 5. Ngoài ra, 2
loài rong nâu S. mcclurei và T. ornata có hàm lượng alginate đạt cao nhất khi thu hoạch
vào tháng 4 và loài S. polycystum có hàm lượng alginate đạt cao nhất khi thu hoạch vào
tháng 5. Trong số 3 loài rong đã nghiên cứu thì T. ornata là loài thích hợp dùng làm
nguyên liệu cho quá trình sản xuất đồng thời cả fucoidan và alginate.
2) Luận án đã xác định được điều kiện tối ưu cho quá trình nấu chiết sodium
alginate có độ nhớt cao từ rong mơ T. ornata: dung dịch nấu chiết có pH thích hợp là
11 (điều chỉnh bằng Na2CO3), nhiệt độ nấu chiết thích hợp là 59oC và thời gian nấu
chiết là 1,5 giờ, nồng độ ethanol thích hợp để kết tủa sodium alginate từ dịch chiết là
70%. Sodium alginate sản xuất từ rong mơ T. ornata có độ tinh sạch cao, có tỷ lệ M/G

là 1,06 và có khối lượng phân tử trung bình 648,32 kDal, độ polymer hóa phân tử trung
bình là 1037, chỉ số đa phân tán là 3,56 với hiệu suất nấu chiết đạt 87,93%. Sản phẩm
sodium alginate sản xuất theo quy trình đạt tiêu chuẩn cảm quan, hóa học và vi sinh vật
theo quy định hiện hành của Bộ Y tế.
3) Luận án đã điều chế được sodium alginate khối lượng phân tử thấp bằng
phương pháp thủy phân bằng acid. Sản phẩm sodium alginate khối lượng phân tử thấp
thu được bao gồm sodium guluronate chiếm 49,17 ± 1,21%, sodium mannuronate chiếm
38,13 ± 1,16% và sodium guluronate - mannuronate chiếm 3,96 ± 1,08%. Sodium
guluronate và sodium mannuronate thu được đều có độ tinh sạch cao, có khối lượng
xi


phân tử trung bình tương ứng là 21,661 kDa và 33,759 kDa, độ polymer hóa phân tử
trung bình tương ứng là 89 và 128, chỉ số đa phân tán tương ứng là 1,38 và 1,49.
4) Luận án đã xác định được các điều kiện thích hợp cho quá trình điều chế SGS
như sau: các điều kiện của phản ứng điều chế tác nhân sulfate hóa là: tỷ lệ
NaHSO3/NaNO2 là 4,25/1 mol/g, nhiệt độ phản ứng 90oC và thời gian phản ứng 90 phút;
các điều kiện của quá trình tổng hợp SGS là: pH = 9, tỷ lệ nồng độ tác nhân sulfate
hóa/sodium guluronate là 2/198 mol/g, nhiệt độ phản ứng là 40oC và thời gian phản
ứng tổng hợp là 4 giờ. Từ đó, xây dựng được quy trình sản xuất SGS từ sodium alginate
của rong nâu T. ornata. Chế phẩm SGS sản xuất theo quy trình có độ tinh sạch cao, có
khối lượng phân tử trung bình 25,408 kDa, độ polymer hóa phân tử trung bình là 107,
chỉ số đa phân tán là 1,35.
5) Kết quả đánh giá hoạt tính chống đông máu của SGS cho thấy hoạt tính chống
đông máu phụ thuộc vào khối lượng phân tử trung bình và nồng độ của SGS. Chế phẩm
SGS có tác dụng kéo dài thời gian đông máu nội sinh (APTT) và thời gian đông máu
chung (TT), nhưng tác dụng kéo dài thời gian đông máu ngoại sinh (PT) không đáng kể.
Bên cạnh đó, SGS không độc đối với chuột thí nghiệm. Do vậy, chế phẩm SGS có thể sử
dụng làm nguyên liệu để sản xuất thực phẩm chức năng hỗ trợ phòng chống đông máu
ở người.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

NGHIÊN CỨU SINH

PGS. TS. Vũ Ngọc Bội PGS. TS. Trần Thị Thanh Vân

xii

Nguyễn Văn Thành


MỞ ĐẦU
Rong biển là một nguồn lợi sinh vật biển tự nhiên, quý giá đã và đang được sử
dụng trong các lĩnh vực thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và một số ngành công nghiệp
khác. Theo Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc, sản lượng thu hoạch
rong biển của thế giới đạt 25 triệu tấn tươi/năm, khoảng 80% sản lượng rong biển thế
giới được cung cấp từ các nước châu Á Thái Bình Dương. Trong nguồn lợi rong biển,
ngành rong râu có giá trị cao, với tổng giá trị thương mại rong nâu khô trên toàn thế giới
hằng năm vào khoảng trên 300 triệu đô la. Hàng năm, ngành công nghiệp chế biến rong
biển sản xuất ra nhiều loại sản phẩm với giá trị vào khoảng 6,4 tỷ đô la [75]. Trong đó,
các sản phẩm thực phẩm chức năng có nguồn gốc từ rong biển có giá trị khoảng 5 tỷ đô
la và ngày càng có xu hướng tăng [186].
Việt Nam có hơn 3200 km bờ biển trải dài từ Bắc vào Nam với diện tích mặt nước
biển hơn 1 triệu km2. Biển Việt Nam có nguồn tài nguyên rong nâu khá đa dạng và
phong phú, với hơn 120 loài đã được phân loại, sản lượng thu hoạch rong nâu ước đạt
35 nghìn tấn khô/năm [206]. Rong nâu có một số loại polysaccharide có giá trị như
alginate, laminaran, fucoidan, ... Do vậy, chúng được coi là nguồn nguyên liệu quý giá
để sản xuất dược phẩm [182], thực phẩm chức năng [191] và mỹ phẩm [220].
Trong rong nâu, hàm lượng fucoidan chiếm khoảng 4 ÷ 8% khối lượng rong khô
[18]. Fucoidan là polysaccharide sulfate có nhiều hoạt tính sinh học đáng quý như hoạt

tính chống đông máu [228], kháng khối u [218], kháng khuẩn, kháng virus (kể cả HIV)
[121], chống ung thư [20, 69], chống viêm khớp, viêm nhiễm [124], giảm cholesterol
máu [190]. Ở nước ta, hiện nay bên cạnh thu hoạch rong nâu để làm phân bón hoặc bán
dưới dạng nguyên liệu thô cho thương lái nước ngoài, rong nâu còn được dùng để sản
xuất fucoidan thô với sản lượng ước đạt khoảng 400 ÷ 800 tấn/năm [18]. Sau khi sản
xuất fucoidan, phần bã rong nâu còn lại chỉ dùng làm phân bón hoặc bỏ đi trong khi
phần bã rong vẫn còn chứa alginate với hàm lượng cao. Do vậy, cần sử dụng rong nâu
để thu nhận đồng thời fucoidan và alginate nhằm hạn chế sự lãng phí tài nguyên biển.
Hàm lượng alginate ở rong nâu có thể chiếm tới 40% khối lượng rong khô [194].
Hiện alginate được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm và dược
phẩm [194], [209, [213]. Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu trên thế giới cho
thấy alginate khối lượng phân tử thấp có nhiều hoạt tính sinh học quý giá hơn hẳn
alginate khối lượng phân tử lớn. Alginate khối lượng phân tử thấp có hoạt tính chống
1


oxy hóa (anti-oxidant) [73], [117], kháng viêm (anti-inflammatory) [224], [241], chống
dị ứng (anti-allergy) [227], kháng khuẩn (anti-bacteria) [41], [232], chống béo phì (antiobesity) [110], chống đông máu (anti-coagulant) [60], [181], [229], [230], kháng ung
thư (anti-cancer) [59], ngăn ngừa tăng huyết áp (anti-hypertensive) [52], giảm
cholesterol và giảm lượng đường huyết [172]. Nhiều nghiên cứu còn cho thấy alginate
không có hoạt tính chống đông máu, nhưng alginate sulfate (alginate được sulfate hóa)
nhất là alginate sulfate khối lượng phân tử thấp lại có khả năng tương thích cao với máu
do có cấu trúc tương tự như cấu trúc của heparin và có hoạt tính chống đông máu [37],
[240]. Hoạt tính chống đông máu của alginate sulfate phụ thuộc vào khối lượng phân
tử, tỷ lệ M/G, trình tự sắp xếp các uronic,… [136]. Ngày nay các nhà khoa học tập trung
nghiên cứu alginate sulfate khối lượng phân tử thấp có hoạt tính chống đông máu nhằm
ứng dụng trong y dược và thực phẩm chức năng [151], [191]. Hiện chưa có một công
trình nào công bố nghiên cứu về alginate sulfate khối lượng phân tử thấp có hoạt tính
chống đông máu từ rong nâu Việt Nam. Do vậy, việc “Nghiên cứu điều chế alginate
khối lượng phân tử thấp dùng làm thực phẩm chức năng hỗ trợ phòng chống đông máu”

từ rong nâu Việt Nam là cần thiết.
* Mục tiêu chính của luận án: Điều chế được alginate khối lượng phân tử thấp
từ rong nâu thu mẫu tại vịnh Nha Trang, có hoạt tính chống đông máu dùng làm nguyên
liệu để sản xuất thực phẩm chức năng.
* Mục tiêu cụ thể của luận án:
1) Xác định được loài rong nâu thu mẫu tại vịnh Nha Trang dùng làm nguyên liệu
cho quá trình sản xuất fucoidan và alginate.
2) Thu nhận được alginate từ rong nâu và đánh giá chất lượng alginate đã thu
nhận được.
3) Điều chế được alginate khối lượng phân tử thấp có hoạt tính chống đông máu từ
alginate thu nhận từ rong nâu dùng làm nguyên liệu để sản xuất thực phẩm chức năng.
* Nội dung nghiên cứu của luận án:
1) Nghiên cứu sàng lọc nguyên liệu rong nâu thích hợp dùng cho cho sản xuất
fucoidan và alginate.
2) Nghiên cứu tối ưu hóa công đoạn nấu chiết alginate từ rong nâu và đánh giá
chất lượng alginate đã sản xuất.
2


3) Nghiên cứu điều chế alginate khối lượng phân tử thấp và xác định các đặc tính
của alginate khối lượng phân tử thấp.
4) Nghiên cứu quy trình sản xuất sodium guluronate sulfate (SGS) từ alginate của
rong nâu T. ornata và đánh giá các đặc tính của SGS.
5) Đánh giá in vitro hoạt tính chống đông máu và đánh giá độc tính của SGS đã
sản xuất.
* Ý nghĩa khoa học của luận án:
Lần đầu tiên ở Việt Nam, luận án xây dựng được quy trình điều chế alginate khối
lượng phân tử thấp có hoạt tính chống đông máu từ rong nâu Turbinaria ornata. Kết
quả nghiên cứu của luận án tạo dữ liệu khoa học mới về khối lượng phân tử, cấu trúc
của alginate và alginate khối lượng phân tử thấp có hoạt tính chống đông máu. Đồng

thời, kết quả nghiên cứu của luận án tạo bộ dữ liệu khoa học mới được nghiên cứu một
cách có hệ thống, có giá trị tham khảo cho các nhà nghiên cứu, giảng viên, sinh viên và
doanh nghiệp chế biến Thủy sản nghiên cứu, sản xuất alginate và alginate khối lượng
phân tử thấp có hoạt tính chống đông máu dùng làm nguyên liệu để sản xuất thực phẩm
chức năng.
* Ý nghĩa thực tiễn của luận án:
Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ nâng cao hiệu quả khai thác và sử dụng hợp lý
nguồn tài nguyên rong nâu dồi dào của Việt Nam. Mặt khác, kết quả nghiên của luận án
tạo ra một sản phẩm mới và quy trình chuẩn cho điều chế alginate khối lượng phân tử
thấp có hoạt tính chống đông máu để doanh nghiệp lựa chọn dùng làm nguyên liệu sản
xuất thực phẩm chức năng nhằm nâng cao sức khỏe cộng đồng, nâng cao giá trị nguồn
nguyên liệu rong nâu, góp phần tạo công ăn việc làm, xóa đói giảm nghèo và nâng cao
chất lượng cuộc sống cho cư dân ven biển.

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. NGUỒN LỢI RONG NÂU TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1.1. Giới thiệu chung về rong nâu
Rong nâu là nhóm thực vật đa bào, tự dưỡng, thuộc ngành tảo nâu Phaeophyta [4].
Rong nâu có chứa các sắc tố là diệp lục a, diệp lục c, Xanthophyll, carotene và
fucoxanthin (đây là loại sắc tố có màu nâu, không tan trong nước và chỉ có ở rong nâu).
Vì vậy, rong nâu có nhiều màu sắc khác nhau (nâu đậm, nâu vàng) và mầu sắc của rong
nâu phụ thuộc vào thành phần và tỷ lệ các sắc tố trên [15]. Trên thế giới đã tìm thấy
khoảng 2060 loài rong nâu [187], trong đó trên 95% loài rong có nguồn gốc ở biển [221].
Đa số loài rong nâu phân bố chủ yếu ở vùng biển nhiệt đới, trong đó bộ Fucales là phổ
biến nhất và có giá trị kinh tế hơn cả, mà đại diện là họ Sargassaceae với hai chi
Sargassum và Turbinaria [138].
Theo Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc, tính theo sản lượng

của 3 ngành rong chủ yếu (rong nâu - Phaeophyta; rong đỏ - Rhodophyta và rong lục Chlorophyta) thì Trung Quốc là nước có sản lượng thu hoạch rong nâu lớn nhất thế giới
với trên 667 nghìn tấn rong khô/năm (chủ yếu 3 chi chính là Laminaria, Udaria,
Ascophyllum). Tiếp theo là Hàn Quốc với sản lượng khoảng 96 nghìn tấn rong khô/ năm
(với 3 chi Udaria, Hizakia, Laminaria). Sản lượng thu hoạch rong nâu của Nhật Bản
đứng thứ ba trên thế giới và đạt vào khoảng 51 nghìn tấn rong khô/ năm (với 3 chi
Laminaria, Udaria, Cladosiphon). Các nước Na Uy và Chile có sản lượng thu hoạch
rong nâu tương ứng khoảng 40 nghìn tấn rong khô/ năm và 27 nghìn tấn rong khô/ năm.
Tổng giá trị thương mại của rong nâu khô trên toàn thế giới hằng năm đạt trên 300 triệu
USD [75].
1.1.2. Một số thành phần hóa học của rong nâu
Thành phần chủ yếu trong thành tế bào rong nâu là các anionic polysaccharide như
alginate, fucoidan, fucin [173] và phlorotannin [83]. Hàm lượng các thành phần hóa học
của rong nâu thay đổi tùy theo loài rong, mùa vụ, vị trí cơ thể rong, điều kiện môi trường,
vị trí địa lý [118].
Hàm lượng carbohydrate ở rong nâu tương đối cao, có thể đạt đến 75% khối lượng
rong khô đối với loài Eiseina bicyclis [125]. Trong đó, alginate có hàm lượng cao nhất,
có thể đạt đến 40% so với khối lượng rong khô [194]. Hàm lượng alginate thay đổi tùy
4


theo loài rong, mùa vụ, thời kỳ sinh trưởng, vị trí địa lý [116].
Fucoidan có hàm lượng từ 4 ÷ 8% khối lượng rong khô, là polysaccharide sulfate
có từ 20 ÷ 60% L-fucose gồm galactose, mannose, xylose, glucose và acid glucuronic
[18]. Hàm lượng fucoidan ở rong nâu khác nhau tùy thuộc vào mùa vụ thu hoạch, điều
kiện khí hậu, loài rong [118].
Hàm lượng mannitol chiếm tỷ lệ tương đối cao và thay đổi theo từng bộ phận của
rong, loài rong, thời tiết, môi trường địa lý [244]. Chẳng hạn, đối với các họ rong
Laminaria và Saccharina có hàm lượng mannitol từ 20 ÷ 30% khối lượng rong khô,
nhưng với loài Ascophyllum nodosum thì hàm lượng mannitol chỉ khoảng 16% khối
lượng rong khô [106]. Mannitol tan được trong alcol, dễ tan trong nước và có vị ngọt.

Mannitol được ứng dụng tương đối rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất bánh
kẹo, trong y học, thực phẩm và mỹ phẩm [225]. Mannitol được bổ sung vào thành phần
của thực phẩm để tăng cường khả năng chống các chất có khả năng oxy hóa cơ thể [86].
Laminaran có hàm lượng từ 2 ÷ 30% khối lượng rong khô tùy theo loài rong, độ
tuổi, vị trí trên cơ thể, mùa vụ [123]. Khả năng hòa tan của laminaran phụ thuộc vào loại
M-Laminaran (gốc khử cuối gắn với mannitol) hay G-Laminaran (gốc khử cuối gắn với
glucose) [246]. Laminaran có khả năng kháng u, chống đông máu, kháng ung thư [152].
Rong nâu có hàm lượng protein từ 3 ÷ 15% khối lượng rong khô [198], thấp hơn
so với hàm lượng protein ở rong đỏ và rong lục (từ 10 ÷ 47% khối lượng rong khô)
[137]. Hàm lượng protein và thành phần các amino acid trong rong nâu thay đổi theo
loài rong, mùa vụ [198].
Hàm lượng lipid ở rong nâu thấp từ 1÷ 5% khối lượng rong khô [87]. So với thực
vật trên cạn thì hàm lượng các acid béo không no (như omega 3 và omega 6) của rong
nâu cao hơn rất nhiều. Chính vì thế, rong nâu có tác dụng phòng trị bệnh suy nhược cơ
thể, viêm xương khớp, tiểu đường [158]. Thành phần và hàm lượng các acid béo trong
rong phụ thuộc vào giai đoạn sinh trưởng, giống loài, mùa vụ, vị trí địa lý [153].
Hàm lượng các chất khoáng ở rong nâu cao gấp từ 10 ÷ 20 lần so với thực vật trên
cạn, đặc biệt rất giàu calcium, potassium, phosphorus, magnesium và iodine [198]. Hằng
ngày chỉ dùng với một lượng nhỏ rong nâu (khoảng 25 gam) có thể cung cấp đầy đủ nhu
cầu về khoáng chất cho người trưởng thành [157]. Hàm lượng khoáng cũng thay đổi
theo loài rong, thời kỳ sinh trưởng, vị trí địa lý [198].

5


Rong nâu có các sắc tố rất có lợi cho sức khỏe con người, đặc biệt là nhóm chất
carotenoid có chức năng là tiền vitamin A có tác dụng kháng viêm và kháng ung thư.
Ngoài ra, hàm lượng fucoxanthin chiếm từ 3 ÷ 6% tổng hàm lượng carotenoid có trong
rong nâu và là chất có khả năng chống oxy hóa, chống bệnh tiểu đường và béo phì, giúp
làm trắng da [159].

Vitamin có trong rong nâu ở cả 2 dạng hòa tan trong nước và hòa tan trong dầu,
gồm có beta-caroten, thiamin (B1), riboflavin, (B2), cobalamin (B12), acid ascorbic (C)
[187]. Hàm lượng vitamin C ở rong nâu cao hơn các loài rong đỏ và rong lục [143]. Đặc
biệt, trong rong nâu có cả α-, - và - tocopherol (vitamin E) (trong khi rong đỏ và rong
lục chỉ có α-tocopherol) nên rong nâu có tác dụng chữa bệnh tim mạch và bảo vệ sức
khỏe [78]. Hàm lượng vitamin ở rong nâu thay đổi phụ thuộc vào giống loài, thời kỳ
sinh trưởng, điều kiện môi trường sống [44].
Các hợp chất phenolic trong rong nâu có tác dụng hỗ trợ tích cực cho sức khỏe con
người [237], đặc biệt là phlorotannin. Phlorotannin chỉ có ở rong nâu, hàm lượng có thể
lên đến 25% khối lượng rong khô, là hợp chất sinh học đã được ứng dụng trong sản xuất
thực phẩm chức năng, dược phẩm và mỹ phẩm [48]. Hàm lượng các hợp chất phenolic
ở rong nâu phụ thuộc vào giống loài, vị trí địa lý, mùa vụ [147].
1.1.3. Tình hình sử dụng rong nâu trên thế giới
Rong nâu giàu protein, vitamin, carbohydrate, khoáng chất và amino acid nên các
họ rong nâu như Durvillaea, Ecklonia, Fucus, Hizikia, Laminaria và Undaria đã được
con người sử dụng làm thực phẩm từ rất xa xưa ở các nước phương Tây và phương
Đông [143]. Chúng thường được sử dụng ở dạng tươi hoặc chế biến như salat, súp, sushi,
muối chua, chất tạo đông, … hoặc trong các dạng bánh biscuit, snack và trà. Sử dụng
rong nâu làm thực phẩm có độ an toàn cao đối với con người [119]. Bên cạnh đó, rong
nâu còn được sử dụng với tỷ lệ bổ sung từ 5 ÷ 10% thay cho lượng protein trong thức
ăn gia cầm, dùng làm thức ăn cho ngựa, cừu, heo, chim, bò sữa [71], [195]. Ngày nay,
rong nâu đã được đưa vào sản xuất thực phẩm chức năng, đóng vai trò tích cực hỗ trợ
và bảo vệ sức khỏe cho con người [191].
Trong các ngành công nghiệp, các họ rong nâu Ascophyllum, Laminaria,
Macrocystis, Durvellia, Sargassum, Cystoseira và Ecklonia được sử dụng làm nguồn
nguyên liệu chính để chiết tách các hợp chất có hoạt tính sinh học như fucoidan,
mannitol, laminaran và alginate [91], [96], [213].
6

Rong nâu được xem là nguồn nguyên liệu sản xuất phân bón hữu cơ, có nhiều ưu
điểm nổi trội như dễ dùng, chi phí thấp, dinh dưỡng cao, giàu các nguyên tố vi lượng
(Fe, Cu, Zn, B, Mn, Co, Mo) và đa lượng (Ca, K, P), vitamin, chất kích thích sinh trưởng
(auxin, betaine, cytokinin, gibberellin), ... Do đó, trong nông nghiệp rong nâu được dùng
để cải tạo đất trồng và kích thích sự sinh trưởng của cây trồng [34]. Ở các nước như
Trung Quốc, Pháp, Nhật Bản, Hàn Quốc, Hà Lan, Philippine, hầu hết các loài rong nâu
như Ascophyllum nodosum, Dictyopteris australis, Durvillaea potatorum, Ecklonia
maxima, Fucus, Laminaria, Macrocystis pyrifera, Sargassum và Turbinaria được dùng
để sản xuất phân bón sinh học [242].
Dược tính được biết đến đầu tiên của rong nâu Aethiops vegetabilis là chữa bệnh
bướu cổ ở Châu Âu, Laminaria chữa bệnh đau đầu ở Alaska, Sargassum và Laminaria
còn dùng chữa bệnh huyết áp và làm sạch máu, các dịch chiết suất từ Ascophyllum điều
trị bong gân và thấp khớp, Cutleria multifida dùng điều trị bệnh loét dạ dày [217]. Các
nghiên cứu gần đây cho thấy dịch chiết suất từ rong nâu có các hoạt tính chống đông
máu và chống ung thư [165], kháng viêm [224], ngăn ngừa gốc tự do [90], ức chế sự
phát triển của các vi sinh vật gây hại cho sức khỏe con người [31]. Chính vì vậy, rong
nâu là nguồn nguyên liệu vô cùng quý giá trong hiện tại và tương lai của ngành công
nghiệp dược [182], sản xuất thực phẩm chức năng [191], [216] và mỹ phẩm [40], [220].
Ngoài ra, rong nâu còn được cho là nguồn nguyên liệu quan trọng và tiềm năng
lớn trong sản xuất nhiên liệu sinh học (biodiesel, biogas và bioethanol). Nhu cầu năng
lượng của thế giới ngày càng cao, nhiên liệu sinh học có tính thân thiện với môi trường
cho nên rong biển nói chung, rong nâu nói riêng chính là nguồn nguyên liệu để sản xuất
và tái tạo nhiên liệu, năng lượng [85], [215].
1.1.4. Rong nâu Việt Nam
Việt Nam hiện đã tìm thấy trên 120 loài rong nâu và rong nâu phát triển mạnh từ
tháng 11 hàng năm đến tháng 7 năm sau. Khai thác rong nâu được người dân thực hiện
chủ yếu từ tháng 4 đến tháng 6 hàng năm là thời điểm rong trưởng thành, đạt kích thước
lớn với sản lượng thu hoạch có thể lên đến 35 nghìn tấn rong khô [22]. Trong ngành
rong nâu, họ rong mơ thuộc chi Sargassum có trữ lượng lớn nhất với khoảng 73 loài,
trong đó có những loài phổ biến như S. mcclurei, S. polycystum, S. crassifolium, S.

henslowianum, S. siliquosum, S. oligocystum, S. serratum. Phần lớn chúng phân bố ở
ven bờ các đảo phía Bắc vịnh Bắc Bộ, ven biển miền Trung và vịnh Thái Lan [8]. Sản
7


lượng thu hoạch rong mơ ở khu vực miền Trung hàng năm vào khoảng 20 nghìn tấn
rong khô [7]. Riêng vùng biển Khánh Hòa đã phát hiện và phân loại được trên 39 loài
rong nâu thuộc chi Sargassum. Vịnh Nha Trang là nơi có trữ lượng rong nâu lớn, đã
phát hiện trên 21 loài với sản lượng ước tính vào khoảng 4800 tấn rong khô/ năm [204].
Rong mơ sinh trưởng và phát triển ở dạng sống bám, thích hợp với môi trường có
độ mặn cao, nước trong và có sóng. Các vùng ven biển và các đảo có bãi triều đáy cứng
(đá san hô chết, các rạn ngầm, đá tảng) là nơi phân bố phổ biến của rong mơ [4].
Ở nước ta, rong mơ tập trung nhiều nhất dọc theo các vùng biển miền Trung từ Đà
Nẵng (chân đèo Hải Vân, bán đảo Sơn Trà), Quảng Nam (Cù Lao Chàm, Núi Thành),
Quãng Ngãi (Bình Châu, Đảo Lý Sơn, Sa Huỳnh), Bình Định (Phù Mỹ, Qui Nhơn), Phú
Yên (vịnh Xuân Đài, Cù Mông), Khánh Hòa (vịnh Vân Phong, Hòn Khói, vịnh Nha
Trang, vịnh Cam Ranh), Ninh Thuận (huyện Ninh Hải, Ninh Phước, Sơn Hải) do đặc
điểm phân bố của rong mơ thích hợp ở những bãi triều có nhiều vách đá, san hô chết,
độ mặn nước biển cao, nước trong và sóng lớn. Các vùng bờ biển từ Bình Thuận đến Bà
Rịa - Vũng Tàu rong mơ phân bố không nhiều bởi đặc điểm địa hình chủ yếu là các bãi
triều đáy cát, một ít rong nâu có ở Mũi Né, Long Hương (Bình Thuận), Long Hải (Bà
Rịa - Vũng Tàu) [1], [3]. Ở vùng biển phía Tây Nam, rong mơ phân bố nhiều từ Hòn
Chông, Hòn Trẹm (xã Bình An tỉnh Kiên Giang) đến thị xã Hà Tiên, giáp biên giới
Campuchia có nhiều bãi triều đá nên rong nâu phát triển [24] và có nhiều ở các đảo,
quần đảo của huyện Kiên Hải tỉnh Kiên Giang [5].
Chi rong Turbinaria (rong Cùi bắp) phân bố rộng khắp nơi ở các vùng biển Đà
Nẵng, Quảng Nam, Quãng Ngãi, Quy Nhơn, Khánh Hòa, Phan Rang, Phan Thiết, Vũng
Tàu, Kiên Giang. Xét sự phân bố theo độ sâu thì chi rong Cùi bắp mọc cao nhất, trong
đó loài T. ornata có thể mọc lên gần mực triều trung bình (khoảng 1 mét) và có thể chịu
được sự lộ thiên không có nước biển khi triều xuống [4].

Tình hình khai thác và sử dụng rong mơ ở Việt Nam vẫn chưa được thống kê một
cách đầy đủ và chính xác. Tuy vậy, ở các vùng ven biển người dân thu hoạch và sử dụng
rong mơ cho nhiều mục đích khác nhau như làm phân bón để trồng các loại cây thuốc
lá, khoai lang, hành tỏi, … hoặc sử dụng một số loài rong mơ như rong mơ vàng (S.
flavicans), rong mơ chụm (S. carpophyllum), rong mơ mềm (S. tenerrimum) như một
loại rau, còn đa phần chúng được dùng làm thức ăn gia súc như là một nguồn cung cấp
khoáng chất và các nguyên tố vi lượng quan trọng cho gia súc. Bên cạnh đó, người dân
8


cũng đã sử dụng rong mơ như là một loài dược thảo thông qua việc làm trà để chữa bệnh
bướu cổ và cung cấp vi lượng cho cơ thể con người. Sử dụng rong mơ phục vụ cho sản
xuất alginate ở quy mô công nghiệp đã bắt đầu phát triển tại Việt Nam trong thời gian
từ 1980 - 1985. Tuy vậy do sản phẩm alginate của chúng ta sản xuất không thể cạnh
tranh với sản phẩm nhập khẩu nên việc sản xuất alginate ở Việt Nam bị đình trệ dần và
đến nay không còn cơ sở nào trong nước sản xuất alginate. Ngoài ra, việc nghiên cứu về
alginate trong nước cũng chưa được quan tâm đúng mức nên việc nghiên cứu chuyên
sâu về nguồn polysaccharide quý giá này ít được chú trọng. Do vậy, nguồn nguyên liệu
rong mơ của nước ta hiện nay chủ yếu được khai thác và bán dưới dạng nguyên liệu thô
cho thương lái bán lại cho Trung Quốc nên giá trị kinh tế rất thấp [6].
Các loài rong mơ thường có chu kỳ sống trong vòng 1 năm và sẽ tự tàn lụi sau giai
đoạn trưởng thành. Vào những khi sóng biển mạnh, rong sẽ bị đứt và trôi dạt vào bờ
hoặc trôi nổi trên biển. Do vậy, với trữ lượng rong mơ của nước ta khá lớn, có thể là
nguyên nhân gây nên vấn đề ô nhiễm môi trường nước biển [4], [6].
Bên cạnh thu hoạch rong mơ để làm phân bón hoặc bán dưới dạng nguyên liệu thô,
thì rong mơ ở nước ta còn được sử dụng chủ yếu dùng cho sản xuất fucoidan thô với sản
lượng vào khoảng 400 ÷ 800 tấn fucoidan thô mỗi năm [18]. Rong mơ sau khi được sử
dụng cho sản xuất fucoidan, phần còn lại được dùng làm phân bón hoặc bỏ đi. Như vậy,
có thể thấy chúng ta đã lãng phí nguồn tài nguyên alginate hầu như còn lại nguyên vẹn
trong rong sau chiết rút fucoidan. Do vậy, việc nghiên cứu thu nhận alginate từ rong

mơ sau khi đã chiết rút fucoidan là việc làm hết sức cần thiết, góp phần nâng cao giá
trị cho nguồn tài nguyên rong mơ. Chính vì vậy luận án sẽ tiếp cận theo hướng nghiên
cứu thu nhận alginate từ rong mơ sau khi đã dùng rong mơ để chiết rút fucoidan với
mong muốn góp phần làm tăng hiệu quả sử dụng nguồn lợi rong mơ của Việt Nam.
1.2. TỔNG QUAN VỀ ALGINATE
1.2.1. Giới thiệu về alginate
Alginate là tên gọi chung cho các muối của acid alginic, là anionic polysaccharide
được tách chiết từ rong nâu và hàm lượng có thể đạt đến 40% so với trọng lượng rong
khô [194]. Hàm lượng và chất lượng của alginate có sự thay đổi theo giống loài, mùa
vụ, độ tuổi của rong, bộ phận cây rong và điều kiện sống [116].
Hiện nay, alginate thương mại chủ yếu được sản xuất từ các loài rong nâu:
Laminaria hyperborea, Macrocystis pyrifera, Laminaria digitata, Ascophyllum
9


nodosum, Laminaria japonica, Ecklonia maxima, Lessonia nigrescen, Durvillaea
antarctica và Sargassum spp. [91]. Ngoài ra, alginate còn được sản xuất từ một số loài
vi khuẩn như Azotobacter vinelandii, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas
mendicina, Pseudomonas putida, Pseudomonas phaseolicola và Pseudomonas
Fluorescens [178]. Trong đó, alginate được sản xuất từ loài vi khuẩn Azotobacter
vinelandii có hàm lượng guluronic acid khá cao, từ 45% đến 69% và có thể đạt trên 90%
[70], trong khi alginate tách chiết từ rong nâu thì hàm lượng acid guluronic dao động từ
10 ÷ 70% [33].
Nhu cầu sử dụng alginate trên thế giới ngày càng tăng, cụ thể: năm 1970 nhu cầu
toàn thế giới là 13 nghìn tấn, năm 1986 là 22 nghìn tấn, năm 2003 là 30 nghìn tấn, đến
năm 2009 đạt 38 nghìn tấn. Nhu cầu alginate trên thế giới hàng năm tăng trung bình
10% [75]. Trong đó, 33% alginate được dùng trong ngành thực phẩm và y dược, 67%
còn lại được dùng cho các ngành kỹ thuật khác [65]. Alginate được xem là nguồn
polysaccharide vô tận và tái tạo, đáp ứng nhu cầu cho tất cả các nền sản xuất công nghiệp
phát triển mạnh mẽ trong tương lai [42].

Alginate không độc, không gây miễn dịch, có khả năng thích ứng và phân hủy sinh
học cao nên còn được gọi là “Hợp chất xanh” và được xem là vật liệu mới phục vụ cho
các ngành công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm, ngành dệt,... [128]. Đặc biệt,
các nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra các tính chất quý giá của alginate khối lượng
phân tử thấp được ứng dụng mạnh mẽ vào các ngành công nghiệp quan trọng như thực
phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm [115].
1.2.2. Cấu trúc và tính chất hóa học của alginate
Alginate là anionic polysaccharide, là một co-polymer mạch thẳng được tạo thành
từ liên kết (14) glycosidic của β-D-mannuronic acid (M) và α-L-guluronic acid (G)
(Hình 1.1) [55].
Theo công thức cổ điển của Haworth, hai monomer này chỉ khác nhau ở nhóm
carboxyl nằm ở trên và dưới mặt phẳng của vòng pyranose, còn theo quan niệm hiện
đại, hai gốc uronic này có cấu tạo dạng ghế, có cấu hình khác nhau: mannuronic acid có
cấu hình 4C1 còn guluronic acid là 1C4 (Hình 1.2) [39]. Chính sự khác nhau của mạch
cấu trúc này nên hai uronic thể hiện các tính chất hóa học, sinh học khác nhau [95].

10


Hình 1.1. Liên kết (14) glycosidic giữa các uronic

Hình 1.2. Cấu trúc 2 gốc uronic trong phân tử alginate
Các chuỗi polyguluronic acid có dạng nếp gấp, còn polymannuronic acid có dạng
phẳng. Khoảng cách giữa 2 uronic trong chuỗi polyguluronic acid là là 8,7 Å;
polymannuronic acid là 10,35 Å và khoảng cách giữa hai uronic trong chuỗi luân phiên
polyguluronic acid và polymannuronic acid là 9,5 Å [38, 39].

1,035 nm (10,35 Å)

0,87 nm (8,7 Å)

Hình 1.3. Độ dài trung bình giữa các uronic trong các block của alginate
Trong phân tử alginate, tỷ lệ, trình tự và sự phân bố của hai monomer thay đổi rất
rộng tùy theo nguồn gốc của alginate. Sự sắp xếp ngẫu nhiên của 2 monomer M và G
11