luận văn thạc sĩ phân tích cấu trúc của sulfate polysaccharide chiết tách từ rong lục chaetomorpha linum

BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

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

Nguyễn Hải Minh

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA SULFATE POLYSACCHARIDE
CHIẾT TÁCH TỪ RONG LỤC CHAETOMORPHA LINUM.

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - 2020


BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

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

Nguyễn Hải Minh

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA SULFATE POLYSACCHARIDE

CHIẾT TÁCH TỪ RONG LỤC CHAETOMORPHA LINUM.

Chuyên ngành: Hóa Phân tích.
Mã số: 8440118
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
Hướng dẫn 1: PGS.TS Thành Thị Thu Thủy
Hướng dẫn 2: PGS.TS Trần Thị Thanh Vân

Hà Nội - 2020


i

LỜI CAM ĐOAN
Luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, đƣợc thực hiện
dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS.TS Thành Thị Thu Thủy và PGS.TS
Trần Thị Thanh Vân. Các số liệu, những kết luận nghiên cứu đƣợc trình bày
trong luận văn này hoàn toàn trung thực. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
về lời cam đoan này.
Nha Trang, ngày ... tháng ... năm 2020
Tác giả luận văn

Nguyễn Hải Minh


ii

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên
cạnh sự nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hƣớng dẫn nhiệt tình của quý
Thầy Cô, cũng nhƣ sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt
thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS Thành Thị Thu Thủy
và PGS.TS Trần Thị Thanh Vân, ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn, giúp đỡ về
kiến thức, tài liệu và phƣơng pháp để tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa
học này. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Ban lãnh và toàn thể quý
Thầy, Cô phòng Đào tạo trong Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn
Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình truyền đạt những kiến thức
quý báu cũng nhƣ tạo mọi điều kiện thuận lợi tốt nhất cho tôi trong suốt quá
trình học tập nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài luận văn.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các anh chị và các
bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh.
Nha Trang, ngày ... tháng ... năm
2020
Học viên thực hiện

Nguyễn Hải Minh


iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
APTT

Activated Partial Thromboplastin
Time

Thời gian
Thromboplastin hoạt
hóa từng phần

Da

Dalton

Trọng lƣợng

DMSO

Dimethylsulfoxide

(CH3)2SO

FT-IR

Fourier transform Infrared spectroscopy Quang phổ hồng ngoại
biến đổi Fourier

Gal

Galactose

Glc

Glucose

GPC

Gel Permeation Chromatography

Sắc ký thẩm thấu gel

HMBC

Heteronuclear Mutiple Bond Cohence

Phổ tƣơng tác dị hạt
nhân qua nhiều liên kết

1

Proton Magnetic Resonance
spectroscopy

Phổ cộng hƣởng từ hạt
nhân proton

HSQC

Heteronuclear single-quantum
coherence

Phổ tƣơng tác dị hạt
nhân qua một liên kết

HPLC

High Performance Liquid
Chromatography

Sắc ký lỏng hiệu năng
cao

IR

Infrared spectroscopy

Phổ hồng ngoại

MWCO

Molecular weight cut-off

Trọng lƣợng phân tử cắt

Mw

Molecular weight

Mn

Molecular number

Trọng lƣợng phân tử
khối

H-NMR

13

C-NMR Carbon 13 Nuclear Magnetic
Resonance spectroscopy

NMR

Nuclear Magnetic Resonance
Spectroscopy

Trọng lƣợng phân tử số
Phổ cổng hƣởng từ hạt
nhân carbon 13
Phổ cộng hƣởng từ hạt
nhân


iv

NOESY

Nuclear overhauser effect spectroscopy

TPP

Tetrapolyphosphate

PCL

Polysaccharide Chaetomorpha ligustica

RID

Refractive Index Detector

Phổ NOESY

Đầu dò RID


v

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần loài và phân bố của rong lục.......................................10
Bảng 1.2. Phân loài rong lục trên thế giới có sulfate polysaccharide.............16
Bảng 1.3: Một số nhóm đặc trƣng của phổ FT-IR của polysaccharide..........23
Bảng 1.4. Độ chuyển dịch hoá học δ (ppm) từ cơ sở dữ liệu SUGABASE của
dạng glucose và galactose...............................................................................26
Bảng 3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên hiệu suất chiết polysaccharide..........41
Bảng 3.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ DM:NL lên hiệu suất chiết polysaccharide .. 42
Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của thời gian chiết lên hiệu suất chiết polysaccharide 42

Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất chiết polysaccharide.................43
Bảng 3.5. Hiệu suất chiết tách polysaccharide (% khối lƣợng rong khô)......44
Bảng 3.6. Thành phần hóa học của rong (% trọng lƣợng rong khô)..............46
Bảng 3.7. Thành phần hóa học của polysaccharide (%w/w)..........................48
Bảng 3.8. Kết quả đánh giá hoạt tính oxi hóa của SP1 và SP2.......................48
Bảng 3.9. Kết quả đánh giá hoạt tính chống đông tụ máu của SP1 và SP2....49
Bảng 3.10. Khả năng chống đông tụ máu của SP1.........................................50

Bảng 3.11. Kết quả đo GPC của SP1 và SP2..................................................51
Bảng 3.12. Kết quả phân tích phổ IR của SP1................................................52
Bảng 3.13. Kết quả phân tích phổ 1H và 13C NMR........................................60


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Hình ảnh về một số loài rong nâu..................................................... 5
Hình 1.2. Hình ảnh về một số loài rong đỏ.......................................................6
Hình 1.3. Hình ảnh về một số loài rong lục...................................................... 7
Hình 1.4. Hình ảnh về rong Chaetomorpha linum............................................9
Hình 1.5. Cấu trúc một số phân đoạn của arabinogalactan chiết từ rong lục chi
Chaetomorpha.................................................................................................19
Hình 1.6. (a) Phổ 1H-NMR của hỗn hợp liên kết (13)(14)-β-D-glucan;
(b) Phổ 13C-NMR của hỗn hợp liên kết (13)(14)-β-D-glucan................25
Hình 1.7. Độ dịch chuyển hóa học của các nhóm trong phân tử polysaccharide
28
Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý của một máy đo SAXS.........................................29
Hình 2.1. Hình ảnh rong Chaetomorpha linum a) và Chaetomorpha ligustica b)

31
Hình 3.1. Phổ 1H-NMR của polysaccharide C.ligus a) và C.linum b)...........45
Hình 3.2. Sắc ký đồ phép đo GPC của 2 mẫu SP1 Và SP2............................ 51
Hình 3.3. Phổ IR............................................................................................. 52
Hình 3.4. Phổ 1H NMR.................................................................................. 54
Hình 3.5. Phổ 13C NMR..................................................................................55
Hình 3.6. Phổ COSY.......................................................................................56
Hình 3.7: Phổ HSQC.......................................................................................58
Hình 3.8: Phổ HMBC......................................................................................59

Hình 3.9. Cấu trúc hóa học của arabinogalactan sulphate.............................. 60
Hình 3.10. Biểu đồ Kratky của dung dịch SP1 1% trong nƣớc......................61
Hình 3.11. Biểu đồ Guinier của dung dịch SP 1%..........................................62


vii

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.......................................................... 3
1.1. RONG BIỂN VÀ SULFATE POLYSACCHARIDE TỪ RONG BIỂN .. 3

1.1.1. Phân loài rong biển................................................................................. 4
1.1.2. Giới thiệu về rong Lục Chaetomorpha linum.........................................8
1.1.2.1. Tên gọi và phân loại thực vật...............................................................8
1.1.2.2. Đặc điểm loài, phân bố, sử dụng..........................................................9
1.1.3. Thành phần dinh dƣỡng, ứng dụng của rong biển và polysaccharide từ
rong biển......................................................................................................... 11
1.1.4. Sulfate polysaccharide từ rong biển......................................................14
1.1.4.1. Sulfate polysaccharide từ rong nâu....................................................14
1.1.4.2. Sulfate polysaccharide từ rong đỏ......................................................15
1.1.4.3. Sulfate polysaccharide từ rong lục.....................................................15
1.1.4.4. Polysaccharide chiết xuất từ rong lục chi Chaetomorpha..................18
1.1.4.5. Hoạt tính sinh học của polysaccharide chiết xuất từ một số loài rong
lục chi Chaetomorpha..................................................................................... 19
1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA
POLYSACCHARIDE.....................................................................................21
1.2.1. Phƣơng pháp sắc kí thẩm thấu gel (GPC)............................................ 21
1.2.2. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR)....................................................... 22
1.2.3. Phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (NMR)............................. 24

1.2.4. Phƣơng pháp tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS)..........................................29
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............31
2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU.................................................................31
2.2. THU THẬP VÀ XỬ LÝ RONG..............................................................31


viii

2.3. CHIẾT TÁCH VÀ TINH CHẾ SULFATE POLYSACCHARIDE..........32
2.4. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC......................................................................... 34
2.4.1. Phân tích thành phần hóa học............................................................... 34
2.4.1.1. Phƣơng pháp xác định thành phần hóa học của rong........................34
2.4.1.2. Phân tích thành phần hóa học của sulfate polysaccharide [33, 34]....36
2.4.2. Phƣơng pháp sắc ký thẩm thấu gel (GPC)........................................... 38
2.4.3. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR)....................................................... 38
2.4.4. Phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (NMR)............................. 38
2.4.5. Phƣơng pháp tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS)..........................................38
2.5. ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SINH HỌC....................................................39
2.5.1. Hoạt tính chống oxy hóa.......................................................................39
2.5.2. Hoạt tính chống đông tụ máu................................................................39
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................41
3.1. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT
41
3.2. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HÓA HỌC............................ 46
3.3. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SİNH HỌC................................. 48
3.4. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC..................................................... 50
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................64
4.1. KẾT LUẬN..............................................................................................64
4.2. KIẾN NGHỊ.............................................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................65

1

MỞ ĐẦU
Rong biển là nguồn các hoạt chất sinh học bao gồm carotenoid, các axit
béo, vitamin, muối khoáng... Trong số các hoạt chất sinh học trên thì
polysaccharide là chất thu hút các nhà nghiên cứu và nhà sản xuất thực phẩm
chức năng nhất do có cấu trúc đa dạng và hoạt tính sinh học phong phú.
Rong lục đƣợc biết đến nhƣ là nguồn nguyên liệu để tách chiết các
chất có hoạt tinh sinh học nhƣ lipid, protein, peptide, polysaccharide,
carotenoid, hợp chất phenolic, alkaloid,… trong đó polysaccharide đƣợc quan
tâm nghiên cứu nhiều nhất do khả năng ứng dụng đa dạng của nó. Việt Nam là
đất nƣớc có một vùng biển nhiệt đới rộng với bờ biển dài hơn 3000 km, là
nguồn cung cấp các loài rong biển phong phú và đa dạng, rong lục với trữ
lƣợng rất lớn lên tới 152 loài, chủ yếu thuộc về các chi Ulva, Caulerpa,
Chaetomorpha, Enteromorpha, trong đó chi Chaetomorpha gồm 69 loài với
loài phổ biến nhất ở biển Nha Trang là Chaetomorpha linum [13].
Nhƣ đã biết, cấu trúc của polysaccharide biến đổi tùy theo loài rong, vị
trí địa lí thu hái cũng nhƣ phƣơng pháp chiết. Vì thế, mỗi loại polysaccharide
mới đƣợc chiết tách từ một loại rong biển là một hợp chất mới với cấu trúc
riêng và do vậy tiềm ẩn hoạt tính sinh học mới. Với hơn 150 loài đã đƣợc
định danh, ngành rong lục ở nƣớc ta có tiềm năng lớn nhƣng việc khai thác
nguồn tài nguyên biển này còn hạn chế khi so sánh với ngành rong đỏ và rong
nâu. Nguyên nhân một phần là do các thành phần có hoạt tính bao gồm các
polysaccharide từ rong lục chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều. Polysaccharide chiết
tách từ rong đỏ và rong nâu nhƣ carrageenan, alginate và fucoidan đã đƣợc
nghiên cứu và thu đƣợc các kết quả tốt ứng dụng vào cuộc sống thì cho đến
nay rất ít công bố về polysaccharide từ các loài thuộc ngành rong lục nói
chung và chi Chaetomorpha nói riêng. Trên thế giới hoạt tính chống đông tụ

máu và chống huyết khối là tính chất đƣợc nghiên cứu rộng rãi nhất của
sulfate polysaccharide chiết tách từ rong biển chi Chaetomorpha.
Ở Việt Nam, rong lục chi Chaetomorpha hay còn gọi là rong mền có trữ
lƣợng không lớn so với các chi rong khác gồm các loài chủ yếu nhƣ


2

Chaetomorpha linum, Chaetomorpha ligustica, Chaetomorpha antennia và
Chaetomorpha sinensis đƣợc tìm thấy ở những vùng nƣớc lợ.
Với mong muốn góp một cái nhìn đầy đủ hơn về nguồn lợi rong lục ở
Việt Nam đặc biệt của các chi rong sinh trƣởng ở vùng nƣớc lợ, từ đó định
hƣớng sử dụng nguồn nguyên liệu này, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu của
luận án “Phân tích cấu trúc của sulfate polysaccharide chiết tách từ rong lục
Chaetomorpha linum” với mục tiêu chiết tách, xác định cấu trúc và đánh giá
hoạt tính sinh học của sulfate polysaccharide từ loài Chaetomorpha linum ở
Việt Nam.
Mục tiêu của đề tài:
Xác định thành phần, cấu trúc hóa học và đánh giá hoạt tính sinh học
của sulfate polysaccharide chiết tách từ rong lục Chaetomorpha linum thu
thập ở vùng biển Khánh Hòa.
Để đạt đƣợc mục tiêu nghiên cứu đặt ra, các nội dung nghiên cứu cụ thể

là:
1. Thu thập và định danh rong lục Chaetomorpha linum.
2. Chiết tách, tinh chế sulfate polysaccharide từ loài rong này.
3. Nghiên cứu đặc trƣng cấu trúc của sulfate polysaccharide thu đƣợc.
4. Đánh giá hoạt tính sinh học bao gồm hoạt tính chống oxi hóa và
chống đông tụ máu của polysaccharide.

3

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. RONG BIỂN VÀ SULFATE POLYSACCHARIDE TỪ RONG BIỂN
Rong biển hay còn gọi là tảo bẹ, tên khoa học là marine – algae, marine
plant hay seaweed là nững loài thực vật sinh sống ở biển, thuộc nhóm tảo
biển. Rong biển có thể sống ở cả hai môi trƣờng nƣớc mặn và nƣớc lợ,
chúng mọc trên các rạn san hô hoặc trên các vách đá, có thể mọc dƣới tầng
nƣớc sâu với điều kiện có ánh sáng mặt trời chiếu tới để quang hợp. Chúng có
thể là đơn bào hay đa bào sống thành quần thể. Có kích thƣớc hiển vi hoặc có
thể dài hàng mét [24].
Các yếu tố sinh thái có thể ảnh hƣởng đến đời sống của rong biển nhƣ:
địa bàn sinh trƣởng, nhiệt độ, ánh sáng, độ muối, độ pH, muối dinh dƣỡng,
khí hòa tan trong nƣớc, mức chiều, sóng, gió, hải lƣu…
Rong biển từ những năm cuối thế kỉ XIX đã đƣợc sử dụng để chế ra xà
phòng bằng việc chiết các chất K2O, Na2O lấy từ rong biển. Sau đó ngƣời ta
lại phát hiện trong rong nâu chứa Iod do đó ngƣời ta sử dụng rong nâu để
chiết Iod. Đến đầu thế kỉ XX, Mỹ và Đức dùng rong nâu để điều chế KCl và
than hoạt tính… Tuy nhiên các ứng dụng này của rong biển đều đƣợc thay thế
bằng các nguyên liệu khác. Đến năm 1930 công nghệ chế biến các chất nhƣ
alginate, mannitol, agar từ rong biển ra đời và phát triển cho đến ngày nay.
Giá trị công nghiệp của rong biển là cung cấp các chất keo rong quan
trọng nhƣ agar, alginat, carrageenan, furcellazan dùng cho công nghiệp thực
phẩm, dƣợc phẩm, mỹ phẩm, công nghệ sinh học…
Rong biển có giá trị dinh dƣỡng cao khi cung cấp đầy đủ các chất
khoáng, đặc biệt là các nguyên tố vi lƣợng, các acid amin cần thiết cho cơ thể,
các loại vitamin (nhóm A, B, C, E…), các carbohydrat đặc trƣng và các chất
có hoạt tính sinh học (lectin, sterol, antibiotics,…) có lợi cho cơ thể và có khả

năng phòng bệnh tật (huyết áp, nhuận tràng, béo phì, đông tụ máu). Do đó


4

ngày nay rong biển đƣợc xếp vào loại thực phẩm chức năng và đang ngày
càng đƣợc ƣa chuộng trên thế giới.
1.1.1. Phân loài rong biển
Trên thế giới, các nhà khoa học đã xác định đƣợc khoảng 10.000 loài
rong biển. Căn cứ vào thành phần cấu tạo, đặc điểm hình thái, thành phần sắc
tố, nơi sinh sống mà rong biển đƣợc chia thành 10 ngành bao gồm:
Rhodophyta, Phaetophyta, Cyanophyta, Chlorophyta, Xanthophyta,
Euglenophyta, Chrysophyta, Pyrrophyta, Cryptophyta, Bacillarriophyta.
Trong đó 3 ngành rong đỏ (Rhodophyta), rong nâu (Phaetophyta), rong lục
(Chlorophyta) có tiềm năng kinh tế lớn, đƣợc nghiên cứu khai thác nhiều. So
với các nƣớc vùng Đông Nam Á, nƣớc ta thuộc vào nƣớc có nguồn rong biển
đa dạng và phong phú [20].
Các khảo sát điều tra cho thấy số lƣợng các loài rong biển tại các vùng
biển nhƣ sau: Phú Quốc có 108 loài; Trƣờng Sa 66 loài; Vịnh Hạ Long 99
loài; Cồn Cỏ 48 loài; Bạch Long Vĩ 46 loài. Riêng vùng Nha Trang có 210
loài. Năm 2003, tác giả Đàm Đức Tiến, Trần Đình Toại và CS cho biết riêng
vùng ven biển Bắc Bộ đã có 259 loài [10, 11].
Với tổng số gần 800 loài rong tìm thấy ở vùng biển Việt Nam, các nhà
khoa học Việt Nam cùng thống nhất xếp chúng vào 3 ngành trong hệ thống
phân loại 10 ngành của Gollerbakh năm 1977 [12]:
+ Ngành rong đỏ (Rhodophyta)
+ Ngành rong nâu (Phaeophyta)
+ Ngành rong lục (Chlorophyta)
Rong nâu: Là loài rong thƣờng có kích thƣớc lớn, loại lớn thƣờng dài
khoảng 20 mét, loài trung bình dài từ 2-4 mét, các loài nhỏ hơn dài từ 30 - 60

cm [2]. Chúng chứa sắc tố xanthophyll-fucoxanthin cùng với chlorophyll a và
c nên cá thể của rong nâu đều thể hiện màu nâu lục đặc trƣng. Rong nâu là
loài rong phổ biến nhất với trữ lƣợng lớn, khoảng 1800 loài, thƣờng sinh
trƣởng ở vùng biển đá, nƣớc biển lạnh thuộc bán cầu Bắc, chúng không chỉ


5

mọc trên đá mà còn trên các chân đập, cầu cảng, san hô, động vật thân mềm
và ngay cả trên các loài rong khác.
Rong nâu phân bố nhiều nhất ở Nhật Bản, tiếp đến là Canada, Việt
Nam, Hàn Quốc, Alaska, Ireland, Mỹ, Pháp, Ấn Độ…. Trƣớc đây, rong nâu
đƣợc sử dụng để tách iodine và kalium. Trong thời gian gần đây, rong nâu
đƣợc khai thác rộng rãi để chiết tách alginate và fucoidan. Hình 1.1 là ảnh của
một số loài rong nâu.

Sargassum microcystum

Padina australis

Hình 1.1. Hình ảnh về một số loài rong nâu
Rong đỏ: Là loài rong có kích thƣớc nhỏ hơn rong nâu, thƣờng dài từ
vài centimet đến hàng mét; tuy nhiên rong đỏ không luôn luôn có màu đỏ:
thỉnh thoảng chúng có màu tím, thậm chí là nâu đỏ nhƣng chúng vẫn đƣợc
xếp vào ngành rong đỏ do những đặc tính khác nhƣ màu sắc của chúng là do
các hạt sắc tố phycobilin tạo thành, phycobilin là sắc tố đặc trƣng cho rong
đỏ. Ngành rong đỏ có khoảng 6500 loài, gồm 400 chi thuộc nhiều họ. Phần
lớn các loài rong đỏ sống ở biển, có cấu tạo từ nhiều tế bào, trừ một số ít
thuộc dạng một tế bào hay quần thể. Rong đỏ có dạng hình trụ dẹp dài, phiến
chia hoặc không chia nhánh, phần lớn chia nhánh kiểu một trục, một số ít theo

kiểu hợp trục [26, 20]. Hình 1.2 là ảnh của một số loài rong đỏ.


6

Porphyra Vietnameusis

Acanthophora spicifera

Hình 1.2. Hình ảnh về một số loài rong đỏ
Rong đỏ phân bố nhiều ở Việt Nam, Nhật Bản, Hàn Quốc, Chile,
Indonesia, Philippine tiếp đến là Thailand, Brazil, Pháp, Trung Quốc, Hawaii,
Ấn Độ, Anh, Mỹ … Trên thế giới, rong đỏ đƣợc sử dụng với khối lƣợng lớn
để phục vụ cuộc sống con ngƣời, một số loài có hàm lƣợng cao về agar,
carageenan, furcellaran đƣợc sử dụng để chế biến keo rong biển và làm phụ
gia thực phẩm.
Các loài rong đỏ đƣợc chia thành hai nhóm chính [12]:
- Nhóm rong cho agar (Agarophit): Bao gồm các loại nhƣ Gelidium,
Gracilaria và Acanthopeltis.
- Nhóm rong cho carrageenan (Carrageenophit): Bao gồm các loại
nhƣ Gigartina, Eucheuma, Chondrus, Iridaea và Furcellaria.
+ Ngành rong lục (Chlorophyta)
Rong lục là loài rong có kích thƣớc nhỏ giống nhƣ rong đỏ, chúng bao
gồm cả những loài đơn bào và đa bào. Rong lục chứa chlorophylls cả hai dạng
a và b. Trên thế giới, rong lục phân bố chủ yếu tập trung tại Philipine, tiếp
theo là Hàn Quốc, Indonesia, Nhật Bản và ít hơn là ở Việt Nam với các loài
nhƣ Ulva reticulata, Ulva lactuca, Caulerpa racemosa,… Ngoài ra, rong lục
còn phân bố rải rác ở các nƣớc: Canada, Chile, Pháp, Israel, Italy, Malaysia,
Achentina, Bangladesh… [20]. Hình 1.3 là ảnh của một số loài rong lục.

7

Theo các mô tả của tác giả Nguyễn Hữu Dinh, Phạm Hoàng Hộ,
Tsutsuicho đến nay các nhà nghiên cứu đã tìm thấy trong ngành rong lục có
trên dƣới 360 chi và hơn 5700 loài, phần lớn là sống trong nƣớc ngọt, còn
nƣớc mặn chủ yếu là những chi sau đây: Monostroma, Enteromorpha, Ulva,
Ulothrix, Rhizoclonium, Cladophora, Chaetomorpha, Cladophoropsỉs,
Boergesenm, Valonia, Valoniopsis, Struvea, Boodlea, Microdyction,
Caulerpa, Bryopsis, Codium, Acetabularia v.v...

Hình 1.3. Hình ảnh về một số loài rong lục
Chúng có nhiều hình dạng và kích thƣớc khác nhau nhƣ: dạng sợi,
dạng vảy, dạng lá cờ, …Thành tế bào cấu tạo từ xenluloza và pectin. Rong lục
có màu xanh do các sắc tố diệp lục a và b chiếm ƣu thế. Ngoài ra, chúng cũng
chứa một vài các sắc tố khác nhƣ: β-carotenes, lutein, xanthophylls,… Chất
diệp lục cho phép chúng hấp thụ ánh sáng mặt trời, thực hiện quá trình quang
hợp để chuyển hóa nó thành thức ăn, nuôi sống tế bào.


8

Trong số các loài rong lục đƣợc biết đến, có khoảng 10% sống ở biển,
còn lại sống ở các vùng nƣớc ngọt, nƣớc lợ - những nơi có nhiều ánh sáng
mặt trời.
Ngành rong lục đƣợc chia thành 5 lớp: Chlorophyceae, Ulvophyceae,
Trebouxiophyceae, Pedinophyeae, Chlorodendrophyceae. Trong đó,
Chlorophyceae, Ulvophyceae, Trebouxiophyceae là 3 lớp chiếm số lƣợng
nhiều nhất, cũng nhƣ cung cấp nguồn polysaccharide nhiều nhất.
Nguyên sinh chất có thành mỏng, ngay sát thành là vỏ tế bào; ở giữa là

một túi lớn chứa đầy dịch bào. Trong chất nguyên sinh còn có những túi nhỏ
chứa sản phấm của quá trình trao đổi chất. Thành phần nguyên sinh chất: Thể
sắc tố có nhiều dạng khác nhau: phiến, đai vành móng ngựa, sao nhiều cạnh,
xoắn lò xo, mắt lƣới, hạt nhỏ v.v...; sắc tố chủ yếu là chlorophyll và
carotenoid, trong thể sắc tố còn có các hạt tạo bột hình tròn nhỏ và chứa tinh
thể protit ở giữa, hạt tạo bột khi gặp dung dịch KI dễ bắt màu, nên trở thành
một trong những tiêu chuẩn phân loại. Nhân thƣờng nằm ở giữa khoang túi
dịch bào, hay sát bên thành lớp nguyên sinh, thể nhiễm sắc hình que ngắn hay
hạt nhỏ. Trong dịch bào, sản phẩm của quá trình trao đổi chất chủ yếu là
đƣờng, tanin, sunfat canxi và các chất có màu antoxyan. Ở một vài loài, sản
phẩm quang hợp không phải là tinh bột mà là những giọt giống nhƣ chất bơ.
Sinh sản bằng nhiều hình thức khác nhau. Sinh sản dinh dƣỡng: một tế
bào mẹ cắt thành hai tế bào mới; loại nhiều tế bào thì có thể một phần cơ thể
đứt ra rồi phát triển thành cây riêng khác. Sinh sản vô tính: tế bào dinh dƣỡng
phân chia thành nhiều bào tử, gặp điều kiện thuận lợi hình thành vỏ tế bào và
phát triển thành cá thể mới. Sinh sản hữu tính bằng sự thụ tinh giữa phối tử
đực với phối tử cái, phức tạp hơn là đã hình thành tinh tử và trứng gọi là noãn
phối. Sự hiểu biết chi tiết về sinh sản sẽ là tiền đề tạo ra sinh khối bền vững
cho phát triển nhiên liệu.
1.1.2. Giới thiệu về rong Lục Chaetomorpha linum
1.1.2.1. Tên gọi và phân loại thực vật
 Tên gọi: Tên khoa học Chaetomorpha linum


9


Phân loại thực vật:

- Giới: Plantae

- Ngành: Chlorophyta
- Lớp: Ulvophyceae
- Bộ: Cladopholares
- Họ: Cladophoraceae
- Chi: Chaetomorpha
- Loài: Chaetomorpha linum
1.1.2.2. Đặc điểm loài, phân bố, sử dụng

Hình 1.4. Hình ảnh về rong Chaetomorpha linum
Chaetomorpha linum có dạng sợi, không phân nhánh, màu xanh đậm,
dài từ 5 – 10 cm, các sợi rong khá thô, rối, đan xen nhau, đƣờng kính (40-) 60
– 80 (-100) µm. Các tế bào hình trụ, dài từ 1 – 3 (-4) µm. Thành tế bào dày,
dày từ 2 – 3 (-5) µm, nhiều lớp, không bị giới hạn bởi các liên kết, khớp nối
[27]. Các tế bào đa nhân với 20 – 50 nhân mỗi tế bào. Tế bào cơ sở có đƣờng
kính từ 50 – 300 µm, và dài từ 350 – 450 µm, phần cuối tế bào có dạng thùy,
mỏng, mịn [27, 28]. Phát triển trên các chất nền cứng, ở khu vực giữa mực
thủy triều cao và thấp (vùng ven bờ), đôi khi chúng phát triển trên nền đất


10

mềm, hoặc biểu mô trên các loài rong khác ở các khu vực có mái che hay cửa
sông.
Chaetomorpha linum có ở khu vực Bắc Cực, châu Âu, biển Trắng, biển
Đen, quần đảo Đại Tây Dƣơng, Bắc, Trung và Nam Mỹ, châu Phi, các đảo
Ấn Độ Dƣơng, Tây Nam Á, châu Á (Trung Quốc, Nga: đảo Commander,
Kamchatka, vịnh Karaginsky, đảo Sakhalin), Đông Nam Á (Việt Nam, Thái
Lan, Singapore, Philippines), Australia, New Zealand, Thái Bình Dƣơng [24].
Loài Chaetomorpha linum nói riêng và chi rong Chaetomorpha nói
chung có khả năng chịu đƣợc dao động nhiệt độ cao (22 – 45 0C), và phát

triển tốt trong môi trƣờng có độ mặn cao (32 – 38‰), vì vậy chúng xuất hiện
nhiều vào tháng 4 – 12 trong năm [4]. Điều này đƣợc thể hiện trong bảng 1.1
dƣới đây:
Bảng 1.1: Thành phần loài và phân bố của rong lục tại các điểm nghiên cứu
Độ
STT

Tên loài

Địa điểm

Sinh

Nhiệt độ

Sinh
lƣợng

Độ

cảnh

( C)

mặn
(‰)

Ao
tôm

23-45

38

340

60

22-44

35

210

45

23-44

36

300

80

0

(g
khô/m2)

phủ

(%)

Chaetomorpha
Đồng rọ, Vĩnh
1

Linum
(Müller)

Thái, Nha
Trang

Kützing
Chaetomorpha
2

3

Capillaris
(Kützing)

quốc Lộ 1A,

Ao xử
lý
nƣớc

Børgesen

Cam Thịnh

Đông, Cam
Ranh

Chaetomorpha

Cầu Trà Long

Ao xử

aerea

1, Ba Ngoài,

lý


11

(Dilwyn)

Cam Ranh

nƣớc

Kützing

4

5

Chaetomorpha

Phƣớc Trung,

javanica
Kützing

Phƣớc Đồng,
Nha Trang

Chaetomorpha

Tuần Lễ, Vạn

ligustica
Kützing

Thọ, Vạn
Ninh

Ao
hoang

Ao
tôm

22-45

31

150

40

22-45

32

180

35

Ở Việt Nam, rong Chaetomorpha lium đƣợc tìm thấy chủ yếu ở vùng
ven biển, các ao nuôi thủy hải sản, kênh tƣới tiêu vùng nƣớc lợ nhƣ Nha
Trang, Khánh Hòa… Qua nhiều nghiên cứu cho thấy, loài rong này có vai trò
quan trọng trong ngành nuôi tôm thẻ chân trắng, tôm sú khổng lồ. Bằng việc
tích hợp hệ thống nuôi tôm và rong này, lƣợng thức ăn thô hoặc khô cho tôm
sú có thể giảm 40% so với nuôi bằng thức ăn thƣơng mại trong cùng điều
kiện. Đồng thời, Chaetomorpha linum đã làm tốc độ tăng trƣởng của tôm sú
khổng lồ lên tới 157% ở giai đoạn con non. Bên cạnh đó, loài Chaetomorpha
lium nói riêng và ngành rong lục nói chung có hàm lƣợng carbohydrate cao,
là nguồn sinh khối thực vật tiềm năng cho sản xuất ethanol.
1.1.3. Thành phần dinh dƣỡng, ứng dụng của rong biển và
polysaccharide từ rong biển
Theo thống kê của FAO (1997) sản lƣợng rong biển trên toàn thế giới
đạt khoảng 7 triệu tấn rong tƣơi một năm. Năm 2001 rong nuôi trồng đạt sản
lƣợng 10.562.279 tấn tƣơng đƣơng với khoảng 5.784.324.000 USD. Trong
đó 20% đƣợc sử dụng cho việc sản xuất các loại keo rong biển nhƣ: Agar,
Alginat, Carragenan, các phân loại Oligosaccharide và chế biến thức ăn gia
súc và làm phân bón. Số còn lại củ yếu dùng trực tiếp làm thức ăn cho ngƣời

[12]. Doanh thu hàng năm từ kinh tế rong biển trên thế giới ƣớc tính khoảng
trên 5 tỉ USD. Rong biển cung cấp đầy đủ các chất khoáng nhất là các nguyên
tố vi lƣợng, các acid amin, các cacbohydrate đặc trƣng (mono, olygo-, poly-


12

saccharide) và các chất hoạt tính sinh học (sterol, anti-bioties) có lợi cho cơ
thể và khả năng phòng chữa bệnh tật (huyết áp, nhuận tràng, béo phì, sơ vữa
động mạch…). Vì vậy ngày nay rong biển đƣợc xếp vào loại thực phẩm chức
năng và ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới.
Từ lâu con ngƣời đã khai thác rong biển làm nguyên liệu cho rất nhiều
ngành công nghiệp nhƣ thực phẩm, dệt may, mỹ phẩm, dƣợc phẩm. Rong còn
đƣợc dùng để làm phân bón, cung cấp nhiều K, Ca, P cho đất.... Rong biển đƣợc
coi là loại thực phẩm có giá trị cao, cả góc độ ẩm thực và dinh dƣỡng.

Tại các nƣớc trong vùng châu Á - Thái Bình Dƣơng, rong biển đƣợc
tiêu thụ nhiều nhất, chiếm 80% tổng sản lƣợng toàn cầu, châu Âu chỉ tiêu thụ
1%, rong biển đƣợc dùng nhiều để nấu súp, làm sushi, trộn salad….
Thành phần hóa học của rong biển bao gồm lipid, protein, peptide,
polysaccharide, carotenoid, các hợp chất phenolic, alkaloid... Trong đó,
polysaccharide là thành phần chính của rong biển, đƣợc coi là nguồn đƣờng
vô tận của rong biển, đƣợc cho là rất có giá trị về mặt kinh tế và đƣợc các nhà
khoa học quan tâm nghiên cứu nhiều nhất cho mục đích y học. Ngoài chức
năng là làm vật liệu tạo nên thành tế tào, các polysaccharide giữ nhiều chức
năng quan trọng khác đối với tế bào nhƣ trao đổi chất và bảo vệ tế bào do
chúng có độ bền cơ học cao.
Từ rong biển, ngƣời ta đã sản xuất ra rất nhiều loại sản phẩm mà tổng
giá trị hàng năm đƣợc ƣớc tính đạt cỡ 5,5-6,0 tỷ USD. Trong đó, các
polysaccharide đóng góp phần lớn giá trị của rong. Các sản phẩm mỹ phẩm,

nhƣ kem bôi da, nƣớc hoa (mỹ phẩm lỏng) mà trong nhãn của nó có chứa các
cụm từ “marine extract”, “extract of alga”, “seaweed extract” hoặc tƣơng tự,
thƣờng có nghĩa là nó chứa một trong số các hydrocolloid đƣợc chiết từ rong
biển.
Các nghiên cứu về giá trị thành phần dinh dƣỡng của rong biển cho
thấy rong biển rất giàu dƣỡng chất, ngoài thành phần đạm rất cao, rong biển
còn chứa rất nhiều khoáng chất, các yếu tố vi lƣợng trong đó nổi bật là iodine
(yếu tố vi lƣợng tối cần thiết cho tuyến giáp), các vitamin (A, E, C, B12 và


13

B1) và chất xơ [2]. Hàm lƣợng sinh tố A trong rong biển cao gấp 2 - 3 lần so
với cà rốt, gấp 10 lần trong bơ, hàm lƣợng calcium cao gấp 3 lần so với sữa
bò, vitamin B2 cao gấp 4 lần trong trứng, vitamin C, E cao gấp nhiều lần
trong rau quả [5].
Thực tiễn cho thấy rong biển còn có tiềm năng sử dụng trong xử lý
nƣớc thải. Một số loài rong biển có khả năng hấp thụ các ion kim loại nặng
nhƣ: Zn và Cd từ nƣớc bị ô nhiễm. Cũng do khả năng hấp thụ cao mà một số
vi lƣợng có trong rong khá cao nên rong còn đƣợc dùng làm thức ăn bổ sung
để phòng bệnh thiếu một số chất nhƣ sắt, iodine….
Polysaccharide từ rong biển có tính chất đặc biệt là dễ tạo gel, có độ
nhớt cao rất dễ tạo màng nên chúng đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành
kinh tế nhƣ: công nghệ thực phẩm (chế biến thịt, sữa, làm bánh kẹo), làm
thuốc đánh răng, dùng trong mỹ phẩm…ngoài ra chúng còn là nguồn nguyên
liệu để làm dƣợc phẩm. Do tính chất dễ tạo màng, có thể dùng polysaccharide
tự nhiên để tạo màng polymer sinh học, khi sử dụng polysaccharide để làm
vật liệu chế tạo màng sinh học, màng này giữ lại nhiều tính chất tốt của
polysaccharide tự nhiên… Một điều quan trọng là các phế thải của chúng
(màng sau khi sử dụng) không gây ô nhiễm môi trƣờng, vì các vật liệu này

sau khi thải ra môi trƣờng sẽ dần phân hủy bởi các hệ vi sinh vật có sẵn trong
tự nhiên.
Tại Hội nghị Bali về khí hậu trái đất, một nhóm nhà khoa học cho biết
rong và rêu biển có thể là một vũ khí hữu hiệu chống lại sự ấm dần của trái
đất do chúng có khả năng hút khí carbon dioxide trong khí quyển với một tốc
độ tƣơng đƣơng với những cánh rừng nhiệt đới rộng lớn.
Polysaccharide từ rong biển còn có tác dụng hấp thụ cholesterol thải ra
ngoài cơ thể, khiến hàm lƣợng cholesterol trong máu duy trì ở mức cân bằng.
Nhiều nghiên cứu khoa học trong thời gian gần đây cũng đã xác nhận, rong
biển có tác dụng phòng chống virus và phòng chống ung thƣ.


14

1.1.4. Sulfate polysaccharide từ rong biển
Polysaccharide là các hợp chất cao phân tử gồm nhiều đơn vị
monosaccharide liên kết với nhau bằng liên kết glycoside. Đây cũng là thành
phần quan trọng có trong các cơ thể sống nhƣ thực vật, rong biển, vi sinh vật.
Các polysaccharide sinh học đƣợc hình thành từ quá trình biến đổi sinh học
nhƣ: quá trình hoạt động sống của vi sinh vật, quá trình sinh trƣởng của thực
vật, động vật. Các polysaccharide khai thác từ thực vật đƣợc ứng dụng khá
phổ biến trong công nghệ thực phẩm, y dƣợc nhƣ tinh bột, agar, pectin,
galactomannan, carrageenan, alginate.
Polysaccharide có thể có cấu trúc mạch thẳng hoặc mạch nhánh, mức
độ phân nhánh ảnh hƣởng đến tính chất vật lý nhƣ khả năng tan trong nƣớc,
độ nhớt, khả năng tạo gel… Các nhóm hydroxyl chiếm đa phần trong
polysaccharide, đôi khi nó có thể đƣợc thay thế bằng các nhóm thế khác bởi
quá trình ester hóa, acetyl hóa, phosphate hóa. Polysaccharide thông thƣờng
đƣợc đƣợc phân lập từ thực vật hoặc quá trình chế biến thực phẩm bằng
phƣơng pháp chiết nóng với dung môi là nƣớc và đƣợc kết tủa bằng ethanol

hoặc acetone. Dung dịch polysaccharide thƣờng có độ nhớt cao, tính chất này
chịu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố nhƣ nhiệt độ, kích thƣớc, hình dạng phân
tử, nhiều polysaccharide có khả năng tạo gel.
1.1.4.1. Sulfate polysaccharide từ rong nâu [12]
Fucoidan là sulfate polysaccharide có trong rong nâu, fucoidan chiếm
hàm lƣợng khoảng 0,6 - 4% trọng lƣợng rong khô và cấu trúc của nó thay đổi
theo loài nhƣng thành phần chính vẫn là đƣờng fucose và nhóm sulfate. Cấu
trúc của fucoidan trong rong biển là vô cùng phức tạp và không giống nhau
với những thay đổi trong liên kết, sự phân nhánh, vị trí nhóm sulfate và các
loại đƣờng đơn khác nhau. Cấu trúc của fucoidan còn phụ thuộc vào nguồn
gốc của chúng. Việc phân tích cấu trúc của các polysaccharide nói chung và
fucoidan nói riêng là một trong những thách thức lớn trong hóa học các chất
hữu cơ có gốc đƣờng. Các fucoidan có cấu trúc phức tạp bao gồm nhiều vấn
đề cần làm sáng tỏ nhƣ thành phần các đƣờng đơn, các dạng đồng phân của
đƣờng, mức độ phân nhánh và polymer hóa của chúng. Vì vậy, cho tới nay,


15

việc làm sáng tỏ cấu trúc của chúng vẫn còn là vấn đề khó khăn, ngay cả khi
sử dụng các kỹ thuật NMR phân giải cao mới nhất. Hiện nay phƣơng pháp sử
dụng phổ khối ion hóa phun mù điện (ESI-MS) đang đƣợc nhiều nhà khoa
học trên thế giới quan tâm, ứng dụng trong nghiên cứu cấu trúc fucoidan.
Bằng phƣơng pháp sắc ký, phổ IR và NMR đã cho các thông tin về thành
phần đƣờng, kiểu liên kết của các đƣờng trong phân tử fucoidan, nhƣng các
thông tin về trật tự sắp xếp của các đƣờng cũng nhƣ vị trí của nhóm sulfate
trong phân tử vẫn chƣa đƣợc xác định, do đó chƣa giải thích đƣợc các đặc
tính sinh học khác nhau của các phân đoạn fucoidan một cách rõ ràng và
thuyết phục. Fucoidan có hoạt tính sinh học rất phong phú, nhiều hoạt tính
sinh học quí báu nhƣ hoạt tính chống khối u, hoạt tính chống oxy hóa, hoạt

tính kháng khuẩn, kháng nấm, chống đông tụ máu và hoạt tính chống lại các
virus nhƣ HIV. Ngoài ra, fucoidan còn đƣợc mô tả có nhiều tác dụng sinh học
lý thú khác nhƣ tác dụng hạ cholesterol, giảm mỡ máu, giảm LDLcholesterol, triglyceride máu, tăng HDL-cholesterol, ức chế miễn dịch nên có
thể sử dụng fucoidan trong các trƣờng hợp ghép phủ tạng…
1.1.4.2. Sulfate polysaccharide từ rong đỏ [40]
Carrageenan là sulfate polysaccharide mạch thẳng, có khả năng tạo gel
và làm đặc dung dịch. Carrageenan tồn tại trong một số rong đỏ thuộc họ
Rhodophyceae. Hiện nay, carrageenan thƣờng đƣợc chiết từ một số loài rong
nhƣ Gigartina, Chondrus, Iridaea, Eucheuma. Carrageenan đƣợc tạo thành
từ các đƣờng galactose mạch thẳng với hàm lƣợng sulfate khác nhau (trong
khoảng 15%-40%). Các loại carrageenan khác nhau thì khác nhau về thành
phần và cấu dạng, vì thế chúng tạo nên một khoảng biến đổi rộng các tính
chất lƣu biến cũng nhƣ các tính chất đặc biệt khác. Cũng nhƣ các
polysaccharide tự nhiên khác, carrageenan cũng không có khối lƣợng phân tử
xác định. Carrageenan thƣơng mại loại dùng trong ngành chế biến thực phẩm
có khối lƣợng trung bình nằm trong khoảng 200.000 g/mol.
1.1.4.3. Sulfate polysaccharide từ rong lục [36]
Trên thế giới, các loài rong lục cho sulfate polysaccharide đƣợc chia
thành 3 nhóm chính: