Nghiên cứu, thu nhận protein từ sinh khối rong nước lợ (chaetomorpha sp ) để ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

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

BẠCH NGỌC MINH

NGHIÊN CỨU, THU NHẬN PROTEIN TỪ SINH KHỐI
RONG NƯỚC LỢ (Chaetomorpha sp.) ĐỂ ỨNG DỤNG
TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Tp. Hồ Chí Minh - 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

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

Bạch Ngọc Minh

NGHIÊN CỨU, THU NHẬN PROTEIN TỪ SINH
KHỐI RONG NƯỚC LỢ (Chaetomorpha sp.) ĐỂ

ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC
PHẨM
Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học
Mã sỗ: 9 42 02 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1.

PGS.TS Hoàng Kim Anh

2.

PGS.TSKH Ngô Kế Sương

Tp. Hồ Chí Minh - 2020


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi
dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Hoàng Kim Anh và PGS.TSKH Ngô Kế
Sương.
Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố
theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự bố trí thí nghiệm,
phân tích số liệu một cách trung thực, khách quan. Các kết quả này chưa từng được
công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.
Nghiên cứu sinh

Bạch Ngọc Minh


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được luận án tiến sĩ này, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
PGS.TS Hoàng Kim Anh và PGS.TSKH Ngô Kế Sương đã tận tình hướng dẫn trong
suốt quá trình nghiên cứu thực nghiệm và quá trình chỉnh sửa nội dung của luận án.
Tôi chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo và các đồng nghiệp tại Viện Sinh học
Nhiệt đới đã tạo điều kiện thuận lợi để giúp tôi hoàn thành luận án này. Tôi đặc biệt
cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Phương Thảo và các bạn trong Phòng Quản lý Tổng
hợp đã hỗ trợ tôi trong các thủ tục hành chính dể hoàn thành quá trinhg học tập và
thực hiện luận án này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Học viện Khoa học và Công nghệ đã hỗ trợ tôi về
mặt hành chính và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện
luận án tại Học viện.
Tôi cũng xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Phòng Công nghệ Biến đổi Sinh
học, nơi tôi công tác, đã hộ trợ tôi hết mình trong công việc và tạo nhiều điều kiện
thuận lợi để tôi có thời gian học tập và thực hiện luận án.
Tôi chân thành gửi lời cảm ơn đến các đơn vị hợp tác: Đại học Khoa học Tự
nhiên Tp.Hồ Chí Minh, Bệnh viện 115, Trung tâm phân tích Kỹ thuật cao Sài Gòn,
Viện Công nghệ Nano, Trung tâm Sâm và Dược liệu đã hỗ trợ tôi trong quá trình
thực hiện luận án.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, đã luôn bên cạnh và là
nguồn động viên to lớn cho tôi để hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu.
Trân trọng
Bạch Ngọc Minh

iii

MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................. ii
MỤC LỤC.................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.....................................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.....................................................................x
MỞ ĐẦU....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.......................................................................................3
1.1. Tổng quan về rong................................................................................................ 3
1.1.1. Tổng quan về rong biển..................................................................................... 3
1.1.2. Rong lục............................................................................................................ 5
1.1.3. Rong Chaetomorpha.......................................................................................... 7
1.2. Protein thu nhận từ rong....................................................................................... 8
1.2.1. Đặc điểm protein thu nhận từ rong.................................................................... 8
1.2.2. Thành phần acid amin trong rong.................................................................... 10
1.2.3. Protein có hoạt tính sinh học........................................................................... 11
1.2.4. Khả năng tiêu hoá của protein......................................................................... 12
1.3. Kỹ thuật thu nhận protein................................................................................... 13
1.3.1. Kỹ thuật trích ly protein................................................................................... 13
1.3.2. Kỹ thuật tinh sạch protein................................................................................ 15
1.3.2.1. Phương pháp kết tủa..................................................................................... 15
1.3.2.2. Phương pháp thẩm tích................................................................................. 17
1.3.2.3. Phương pháp sắc kí...................................................................................... 18
1.3.2.4. Phương pháp lọc membrane......................................................................... 18
1.4. Phân tích tính chất của chế phẩm protein concentrate........................................ 19
1.4.1. Tính chất sinh học của chế phẩm protein concentrate...................................... 19

1.4.2. Tính chất chức năng của chế phẩm protein concentrate..................................20
1.4.2.1. Khả năng hòa tan của protein....................................................................... 21


iv

1.4.2.2. Khả năng hấp thu nước của protein.............................................................. 21
1.4.2.3. Khả năng tạo gel........................................................................................... 21
1.4.2.4. Khả năng tạo bọt.......................................................................................... 22
1.4.2.5. Khả năng tạo và làm bền nhũ tương............................................................. 22
1.4.3. Giá trị dinh dưỡng của chế phẩm protein concentrate.....................................23
1.4.3.1. Tiêu hóa protein và hấp thu protein.............................................................. 23
1.4.3.2. Đánh giá giá trị dinh dưỡng của protein trong điều kiện in vitro..................24
1.4.2.3. Đánh giá giá trị dinh dưỡng của protein trong điều kiện in vivo..................24
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP....................................................... 27
2.1. Vật liệu nghiên cứu............................................................................................ 27
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu...................................................................................... 27
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị, hoá chất............................................................................... 27
2.2. Sơ đồ nghiên cứu................................................................................................ 28
2.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm........................................................................... 30
2.3.1. Xác định các nhóm protein trong rong............................................................ 30
2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của quá trình xử lý nguyên liệu đến hiệu suất trích ly protein
...........................................................................................................................................31
2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình trích ly protein tan trong nước có sự

hỗ trợ của enzyme cellulase....................................................................................... 31
2.3.4. Tối ưu hóa quá trình trích ly protein tan trong kiềm có sự hỗ trợ của enzyme.33
2.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình trích ly nhóm protein tan trong kiềm

bằng dung môi NaOH................................................................................................ 34

2.3.6. Tối ưu hóa quá trình trích ly nhóm protein tan trong kiềm bằng dung môi NaOH
...........................................................................................................................................34

2.3.7. Nghiên cứu quá trình tinh sạch protein............................................................ 35
2.3.7.1. Khảo sát quá trình kết tủa đẳng điện............................................................ 35
2.3.7.2. Khảo sát quá trình kết tủa protein bằng ethanol........................................... 35
2.3.7.3. Khảo sát quá trình kết tủa protein bằng muối (NH4)2SO4............................. 36
2.3.7.4. Nâng cao hàm lượng protein bằng phương pháp thẩm tích..........................36
2.3.8. Nghiên cứu các đặc điểm hình thái và cấu trúc của chế phẩm protein từ rong 36
2.3.9. Xác định tính chất sinh học của các chế phẩm protein concentrate.................37
2.3.9.1. Thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn.............................................................. 37
2.3.9.2. Thử nghiệm khả năng kháng oxy hoá........................................................... 37


v

2.3.10. Xác định tính chất chức năng của protein...................................................... 38
2.3.11. Đánh giá giá trị dinh dưỡng trong điều kiện in vitro...................................... 38
2.3.11.1. Khả năng tiêu hóa – in vitro protein digestibility (IVPD)...........................38
2.3.11.2. Chỉ số AAS – Amino acid score................................................................. 39
2.3.11.3. Chỉ số PDCAAS (Protein Digestibility Corrected Amino Acid Scoring)...39
2.3.12. Đánh giá giá trị dinh dưỡng trong điều kiện in vivo...................................... 39
2.4. Phương pháp phân tích....................................................................................... 40
2.5. Phương pháp xử lý số liệu.................................................................................. 41
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................. 42
3.1. Thành phần protein trong rong........................................................................... 42
3.1.1. Xác định thành phần sinh hóa của rong........................................................... 42
3.1.2. Xác định các nhóm protein trong rong............................................................ 44
3.2. Khảo sát ảnh hưởng của quá trình xử lý nguyên liệu đến hiệu suất trích ly protein. 46

3.3. Quá trình trích ly nhóm protein tan trong nước với sự hỗ trợ của cellulase........47
3.3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình trích ly protein với sự hỗ trợ của cellulase
...........................................................................................................................................47

3.3.2. Tối ưu hóa quá trình trích ly nhóm protein tan trong nước..............................52
3.4. Khảo sát quá trình trích ly nhóm protein tan trong kiềm bằng dung môi NaOH 55
3.4.1. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình trích ly protein bằng NaOH
.................................................................................................................................. 55
3.4.2. Tối ưu hoá quá trình trích ly nhóm protein tan trong kiềm.............................. 58
3.5. Đánh giá hiệu quả trích ly protein bằng các phương pháp..................................61
3.6. Nghiên cứu quá trình tinh sạch protein............................................................... 64
3.6.1. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình kết tủa đẳng điện................64
3.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình kết tủa protein bằng ethanol
.................................................................................................................................. 66
3.6.3. Khảo sát quá trình kết tủa protein bằng (NH4)2SO4......................................... 67
3.6.4. So sánh hiệu quả của các phương pháp kết tủa protein.................................... 70
3.7. Xác định tính chất của chế phẩm protein concentrate......................................... 72
3.7.1. Thành phần protein của chế phẩm protein concentrate.................................... 72
3.7.2. Thành phần acid amin trong các chế phẩm protein.......................................... 72
3.7.3. Hình thái và cấu trúc của chế phẩm protein concentrate.................................. 74
3.8. Xác định tính chất sinh học của chế phẩm protein concentrate..........................81


3.8.1. Thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn................................................................. 81


vi

3.8.2. Thử nghiệm khả năng kháng oxy hóa của chế phẩm protein từ rong...............83
3.8.2.1. Khả năng bắt gốc tự do DPPH...................................................................... 83

•+

3.8.2.2. Khả năng trung hoà gốc tự do ABTS ......................................................... 85
2+

3.8.2.3. Đánh giá khả năng kết hợp với ion Fe ....................................................... 86
3.8.2.4. Đánh giá hoạt tính ức chế peroxy hóa lipid tế bào (thử nghiệm MDA)........87
3.9. Xác định tính chất chức năng của protein........................................................... 89
3.9.1. Khả năng hòa tan............................................................................................. 89
3.9.2. Khả năng hấp thu nước.................................................................................... 90
3.9.3. Khả năng tạo bọt và ổn định hệ bọt thực phẩm................................................ 92
3.9.4. Khả năng tạo gel.............................................................................................. 93
3.9.5. Khả năng tạo nhũ............................................................................................. 94
3.10. Đánh giá giá trị dinh dưỡng trong điều kiện in vitro......................................... 96
3.10.1. Khả năng tiêu hóa – in vitro protein digestibility (IVPD)..............................96
3.10.2. Chỉ số AAS và PDCAAS............................................................................... 97
3.11. Đánh giá giá trị dinh dưỡng của chế phẩm APC-K trong điều kiện in vivo......99
3.11.1. Nhóm sử dụng thức ăn không chứa protein.................................................. 100
3.11.2. Nhóm sử dụng thức ăn chứa protein............................................................ 100
3.11.3. Hệ số tăng trọng (PER) và tỷ lệ hấp thu protein tịnh (NPR)........................102
3.11.4. Giá trị sinh học (Biological value – BV)...................................................... 103
3.11.5. Các chỉ số máu chuột thí nghiệm................................................................. 105
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................106
Kết luận................................................................................................................... 106
Đề nghị.................................................................................................................... 107
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ........................................................108
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................109
PHỤ LỤC...............................................................................................................123

DANH MỤC CÁ
APC

algae protein concent

PC

protein concentrate

PI

protein isolate

SFE

supercritical fluid ext

PLE

pressurized liquid ext

SEM

scanning electron mic

MF

micro filtration

NF

nano filtration

UF

ultra filtration

RO

reverse osmosis

BV

biological value

PER

protein efficiency rati

NPR Net Protein Ratio
AAS

amino acid score

PDCAAS Protein Digestibility Corrected Amino Acid Scoring

chỉ số tiêu hoá protein
ATCC

American Type Cultu

Bảo tàng giống chuẩn


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1. Bố trí thí nghiệm cho quá trình tiền xử lý nguyên liệu .............................. 31
Bảng 2.2. Bố trí thí nghiệm khảo sát quá trình trích ly protein có sự hỗ trợ của enzyme

....................................................................................................................................
Bảng 2.3. Mô hình tối ưu hóa 3 yếu tố với 3 thí nghiệm tại tâm................................
Bảng 2.4. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu quá trình trích ly protein tan trong kiềm bằng
dung môi NaOH ..........................................................................................................
Bảng 2.5. Mô hình tối ưu hóa 2 yếu tố với 3 thí nghiệm tại tâm................................
Bảng 2.6. Thành phần thức ăn được thiết kế theo AIN 93 dành cho chuột trưởng thành

[101]. ...........................................................................................................................
Bảng 3.1. Kết quả phân tích thành phần sinh hóa của rong .......................................
Bảng 3.2. Kết quả phân tích các nhóm protein rong Chaetomorpha sp. ....................
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng Phycocyanin và protein tan trong nước
.................................................................................................................................... 48

Bảng 3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi và nồng độ enzyme đến hàm lượng
Phycocyanin và protein tan trong nước ......................................................................
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng Phycocyanin và protein tan trong

nước ............................................................................................................................
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng Phycocyanin và protein tan trong nước

.................................................................................................................................... 51

Bảng 3.7. Mô hình quy hoạch thực nghiệm và kết quả của quá trình trích ly nhóm
protein tan trong nước dưới sự hỗ trợ enzyme ...........................................................
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hiệu suất trích ly protein .................
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ và tỷ lệ dung môi đến hiệu suất trích ly nhóm protein

tan trong kiềm .............................................................................................................
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất trích ly nhóm protein tan trong kiềm
.................................................................................................................................... 57
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất trích ly nhóm protein tan trong kiềm
.................................................................................................................................... 58


ix

Bảng 3.12. Mô hình quy hoạch thực nghiệm và kết quả của quá trình trích ly khi thay
đổi 2 yếu tố nồng độ NaOH và thời gian trích ly...................................................... 59
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của các biến độc lập (nồng độ NaOH và thời gian trích ly) đến

hàm lượng protein hòa tan thu được trong dịch trích................................................ 59
Bảng 3.14. Độ tinh sạch của protein trước và sau thẩm tích..................................... 69
Bảng 3.15. Hiệu quả tủa protein bằng pH đẳng điện, ethanol, (NH4)2SO4................70
Bảng 3.16. Hàm lượng protein trong các chế phẩm protein concentrate...................72
Bảng 3.17. Thành phần acid amin trong chế phẩm protein.......................................73
Bảng 3.18. Giá trị IC50 của chế phẩm protein và đối chứng vitamin C.....................84
Bảng 3.19. Độ hòa tan (%) của các loại protein........................................................ 90

Bảng 3.20. Khả năng hấp thu nước (%) của các loại protein..................................... 90
Bảng 3.21. Công suất tạo bọt (FC) của các protein và độ bền bọt (FS) của hệ..........92
Bảng 3.22. Khảo sát khả năng tạo gel của protein..................................................... 93
2

Bảng 3.23. Chỉ số EAI (m /g) và chỉ số ESI (phút) của các chế phẩm protein.........95
Bảng 3.24. Khả năng tiêu hóa in vitro của chế phẩm protein thu được từ rong
Chaetomorpha sp...................................................................................................... 96
Bảng 3.25. Chỉ tiêu AAS và PDCAAS của protein rong dựa theo nhu cầu của người
trưởng thành (*): WHO (2007)................................................................................. 98
Bảng 3.26. Chỉ tiêu AAS và PDCAAS của protein rong dựa theo nhu cầu của trẻ em
(*): WHO (2007)....................................................................................................... 99
Bảng 3.27. Trọng lượng chuột sau 10 ngày sử dụng thức ăn không chứa protein...100
Bảng 3.28. Thành phần sinh hóa của các chế phẩm protein APC.K và protein
concentrate từ đậu nành........................................................................................... 101
Bảng 3.29. Thành phần dinh dưỡng của thức ăn do viện Pasteur cung cấp.............101
Bảng 3.30. Trọng lượng chuột sau 4 tuần nuôi với thức ăn chứa protein................101
Bảng 3.31. Chỉ số PER và NPR của các nguồn protein khác nhau.......................... 103
Bảng 3.32. Giá trị sinh học của các nguồn protein dùng trong thử nghiệm.............104


x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình

Trang

Hình 1.1. Hình thái rong Chaetomorpha aerea và Chaetomorpha linum....................7
Hình 1.2a. Hàm lượng protein trong 18 loại rong thu nhận........................................ 8

tại bờ biển Okha, Ấn Độ............................................................................................. 8
Hình 1.2b. Hàm lượng protein trong 15 loại rong thu nhận........................................ 9
tại bờ biển Sabah, Malaysia........................................................................................ 9
Hình 1.3. Sự biến đổi hàm lượng protein theo mùa trong rong.................................10
Palmaria palmate (Fleurence,1999).......................................................................... 10
Hình 2.1. (a) Rong Chaetomorpha sp.;..................................................................... 27
(b) Mẫu đã được sấy khô; (c) Mẫu được nghiền thành bột........................................ 27
Hình 2.2. Sơ đồ quy trình thu nhận chế phẩm Protein concentrate (PC) tan trong nước

và tan trong kiềm từ rong Chaetomorpha sp............................................................. 29
Hình 2.3. Chuột thí nghiệm trong điều kiện in vivo.................................................. 40
Hình 3.1. Thu hoạch rong mền tại thực địa.............................................................. 43
Hình 3.2. Phơi rong sau thu hoạch............................................................................ 43
Hình 3.3. Bề mặt đáp ứng biểu thị ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gian đến
hàm lượng protein thu được...................................................................................... 55
Hình 3.4. Bề mặt đáp ứng biểu thị ảnh hưởng của nồng độ NaOH và thời gian trích ly

đến hàm lượng protein thu được............................................................................... 60
Hình 3.5. Hiệu quả trích ly 2 nhóm protein tan trong nước và tan trong kiềm bằng các

phương pháp khác nhau............................................................................................ 61
Hình 3.6. Hình ảnh trên kính hiển vi điện tử quét (độ phóng đại 500x và 1000x, thang

đo 50µm) của rong Chaetomorpha sp....................................................................... 63
Hình 3.7. Hình ảnh trên kính hiển vi điện tử quét (độ phóng đại 250x, thang đo 50µm)

của bã rong Chaetomorpha sp. sau khi trích ly protein............................................. 63
Hình 3.8. Chế phẩm protein APC-K.......................................................................... 72
Hình 3.9. Hình ảnh trên kính hiển vi điện tử quét của protein concentrate ở độ phóng
đại 500x, thang đo 50µm và ở độ phóng đại 1000x, thang đo 10µm.........................75

Hình 3.10. Sắc ký đồ phân đoạn mẫu protein tan trong nước.................................... 76


xi

Hình 3.11. Sắc ký đồ phân đoạn mẫu protein tan trong kiềm....................................76
Hình 3.12. Kết quả điện di........................................................................................ 77
Hình 3.13. Kết quả điện di protein không qua sắc ký................................................ 77
Hình 3.14. Sắc ký đồ của chế phẩm protein APC-N khi phân tích LC-MS/MS........79
Hình 3.15. Kết quả phân tích MS mẫu APC-N......................................................... 80
Hình 3.16. Kết quả phân tích MS mẫu APC-K......................................................... 80
Hình 3.17. Hình ảnh trên kính hiển vi điện tử quét của protein concentrate ở độ phóng

đại 500x, thang đo 50µm và ở độ phóng đại 1000x, thang đo 10µm.........................81
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn hoạt tính bắt gốc tự do DPPH của chế phẩm APC-N....83
Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn hoạt tính bắt gốc tự do DPPH của chế phẩm APC-K....84
Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn hoạt tính ức chế ABTS của chế phẩm APC-N..............86
2+

Hình 3.21. Đồ thị biểu diễn khả năng liên kết với Fe của chế phẩm APC-N.........86
Hình 3.22. Khả năng ức chế peroxy hóa lipid màng tế bào của chế phẩm APC-N....87
Hình 3.23. Các chỉ số máu của chuột thí nghiệm.................................................... 105


1

MỞ ĐẦU
Hiện nay một số loài rong (như Chaetomorpha sp.,) đang mọc tự nhiên trong các
ao nuôi tôm nước lợ ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. Sau khi thu hoạch tôm, một
lượng lớn sinh khối rong được nông dân vớt ra khỏi ao và để thành đống thối rữa trên

bờ, vừa lãng phí vừa gây ô nhiễm môi trường. Nhiều nghiên cứu cho thấy, các thành
phần trong rong có giá trị cao về mặt dinh dưỡng. Việc nghiên cứu và thu nhận các
sản phẩm từ các loài rong trên sẽ tận dụng nguyên liệu sẵn có để tạo ra các sản phẩm
có giá trị đồng thời giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay tại địa phương.
Trong khuôn khổ của Dự án “Nhiên liệu sinh học từ sinh khối thủy sinh Việt Nam” do
Viện Sinh học Nhiệt đới chủ trì, thành phần carbohydrate từ rong Chaetomorpha đã
được sử dụng để lên men sản xuất nhiên liệu sinh học. Tuy nhiên, protein trong rong
có thành phần acid amin cân đối và hàm lượng các acid amin thiết yếu khá cao lại
chưa được nghiên cứu sử dụng. Chính vì vậy, mục tiêu của đề tài là thu nhận protein
từ sinh khối rong nước lợ (Chaetomorpha sp.), tạo ra nguồn protein concentrate mới
từ thực vật để sử dụng trong công nghiệp thực phẩm. Đề tài cũng nghiên cứu các đặc
điểm của protein từ rong nước lợ, là nguồn nguyên liệu chưa được khai thác trong
nước và trên thế giới. Trong nghiên cứu này, một loại cellulase đặc biệt được sử dụng
để thủy phân carbohydrate trong thành tế bào rong Chaetomorpha. Khác với các
enzyme cellulase thông thường (có pH tối ưu trong vùng acid), enzyme này có khả
năng hoạt động trong vùng pH trung tính hoặc kiềm nhẹ (là điều kiện pH thuận lợi của
quá trình trích ly protein) và vì thế sẽ hỗ trợ hiệu quả quá trình trích ly protein từ rong.
Ngoài ra, kỹ thuật siêu âm cũng sẽ được sử dụng với mục đích tăng cường khả năng
trích ly protein từ sinh khối rong nước lợ Chaetomorpha sp.
Chế phẩm protein concentrate tạo ra cũng sẽ được nghiên cứu đánh giá cấu trúc
và tính chất chức năng; khả năng kháng khuẩn cũng như khả năng bắt gốc tự do; thử
nghiệm lâm sàng để đánh giá về giá trị sinh học cũng như khả năng tiêu hóa của
protein từ rong trong điều kiện invitro và invivo.


2
Việc trích ly và thu nhận thành phần protein có giá trị của rong để ứng dụng
trong ngành thực phẩm cũng mang tính thực tiễn cao. Ngoài ra, việc nghiên cứu thu
nhận các sản phẩm có giá trị từ một nguồn sinh khối hiện dư thừa và gây ô nhiễm môi
trường sẽ là cơ sở để tiến hành khai thác tự nhiên hoặc nuôi trồng kết hợp các loại

rong nước lợ với các loại thủy hải sản khác để mang lại lợi ích cao hơn.


3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về rong
1.1.1. Tổng quan về rong biển
Giới thiệu chung
Rong (rong biển hay rong nước lợ) là loại rong dạng sợi dài kết thành khối lớn
trôi nổi trong thủy vực có thể dễ dàng khai thác và sử dụng, các loại rong này còn
được gọi là rong lớn (macroalgae) để phân biệt với một số loại rong nhỏ (vi tảo:
microalgae). Về mặt phân loại, rong rất khó để phân loại một cách chính xác bởi sự
phức tạp trong cấu trúc, đa số loài rong gần với thực vật nhưng một số lại được xem
như vi sinh vật (vi khuẩn lam hay tảo lam).
Trong số các loại rong trong tự nhiên thì rong biển được sử dụng rộng rãi nhất vì đa
dạng về chủng loại và năng suất thu hoạch cao. Rong biển được sử dụng trong các ngành
thực phẩm, y học và các hợp chất trích ly từ chúng được ứng dụng trong nhiều ngành
công nghiệp. Các loại rong nước ngọt được ứng dụng ít hơn rong biển do sự giới hạn diện
tích của thủy vực nước ngọt, việc nghiên cứu và ứng dụng rong nước ngọt chỉ phát triển
mạnh trong những năm của thế kỷ 20 cùng với sự phát triển của công nghệ sinh học do đa
số trong chúng là các loại vi tảo. Hiện nay, giống Spirulina spp. được sử dụng nhiều nhất
bởi chúng hình thành cấu trúc sợi lớn nên dễ khai thác và có nhiều giá trị đặc biệt trong
thực phẩm và y học. Gần đây, các nhà khoa học trên thế giới quan tâm đến nhóm rong
sống trong vùng nước lợ. Nhóm rong này sống ở vùng thủy vực ở các cửa sông hoặc các
vùng nước mặn nhân tạo bên trong vùng châu thổ để nuôi thủy hải sản. Do sự giao thoa
giữa hai vùng nước nên rong sống trong khu vực này có những đặc điểm khác biệt với
các loại rong sống trong hai vùng nước riêng biệt. Các loại rong nước lợ phần lớn di
chuyển từ biển vào và thích nghi dần với độ mặn thấp hơn của vùng nước này. Tuy nhiên
việc nghiên cứu và ứng dụng các loại rong này chưa nhiều.

Tùy thuộc vào thành phần cấu tạo, thành phần sắc tố, đặc điểm hình thái, đặc
điểm sinh sản mà rong biển được chia thành 9 ngành sau:
−

Ngành rong Lục (Chlorophyta)

−

Ngành rong Trần (Englenophyta)


4
−

Ngành rong Giáp (Pyrophyta)

−

Ngành rong Khuê (Bacillareonphyta)

−

Ngành rong Kim (Chrysophyta)

−

Ngành rong Vàng (Xantophyta)

−

Ngành rong Nâu (Phaecophyta)

−

Ngành rong Đỏ (Rhodophyta)

−

Ngành rong Lam (Cyanophyta)

Trong đó, ba ngành có giá trị kinh tế cao là rong Lục, rong Nâu, rong Đỏ.
Ứng dụng của rong biển
Từ lâu, rong đã được sử dụng rộng rãi trong khẩu phần ăn của người, đặc biệt là
ở Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc. Những loài rong thường được sử dụng trong
thực phẩm như rong mứt (Porphyra sp.), rong dẹt (Laminaria japonica), rong nâu
Wakame (Undaria pinnatifida) hoặc Hiziki (Hizika fusiforme), rong nho Caulerpa
lentifera… Ngoài ra rong đỏ Palmaria cũng được sử dụng từ lâu đời tại Châu Âu và
Bắc Mỹ, hay rong lục Ulva được dùng trong thực phẩm ở đảo Hawai [1, 2].
Ở

góc độ dinh dưỡng, rong là loại thực phẩm năng lượng thấp, ít lipid, giàu khoáng

chất và protein. Rong là nguồn cung cấp các loại vitamin như A, B C, D, E và các loại

khoáng như calcium, phosphorus, sodium, potassium. Rong cũng chứa một lượng lớn
polysaccharide, thường là polysaccharide cấu trúc của thành tế bào. Các thành phần
polysaccharide của rong như agar, carrageenan, ulvans, fucoidan không được thủy
phân bởi amylase trong hệ tiêu hóa của người và động vật, vì thế đây là một nguồn
chất xơ và prebiotic có triển vọng để sử dụng trong thực phẩm chức năng. Sự lên men
có chọn lọc các chất xơ prebiotic bởi hệ vi khuẩn có ích trong đường ruột sẽ giúp ức

chế hoạt động của các vi khuẩn có hại, cải thiện sức khỏe của hệ tiêu hóa và tăng
cường khả năng miễn dịch của người sử dụng. Việc sử dụng rong thường xuyên trong
khẩu phần ăn đã được chứng minh là mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe của con
người. Tại Hàn Quốc, sử dụng khẩu phần ăn hàng ngày chứa Porphyra sp. giúp giảm
đáng kể nguy cơ ung thư vú và giảm nguy cơ tiểu đường [3].
Đối với thức ăn chăn nuôi, đặc biệt trong ngành thủy sản rong được sử dụng để
thay thế một phần nguồn thức ăn hoặc thay thế hoàn toàn. Kalla và cộng sự nhận thấy


5
việc bổ sung Porphyra spp. vào khẩu phần ăn của cá vền (Seabream) hoặc Valente và
cộng sự cũng nhận thấy việc thay thế 5-10% bột cá trong thức ăn của cá vược châu Âu
bằng Gracilaria busra-pastonis sẽ làm tăng tốc độ tăng trưởng riêng. Nhiều nghiên
cứu cho thấy việc sử dụng rong dạng phụ gia bổ sung vào khẩu phần ăn của thủy sản
ngoài việc làm gia tăng thể trọng còn góp phần cải thiện các hoạt động sinh lý, đáp
ứng stress, sức nhịn đói, kháng bệnh và chất lượng thịt của cá nuôi [4, 5].
Đối với lĩnh vực y học, rong thường được sử dụng như một vị thuốc trong Đông
y (Côn bố). Tác động hỗ trợ điều trị bệnh của rong phần lớn do các thành phần dinh
dưỡng có giá trị cao như protein, vitamin… như Spirulina. Gần đây nhiều công trình
nghiên cứu đã phát hiện thấy một số tác động đặc biệt của một số thành phần hóa học
của rong, ví dụ Sheih và cộng sự đã phát hiện thấy một số đoạn peptide từ protein của
Chlorella vulgaris có khả năng kháng ung thư cũng như khả năng kháng oxi hóa.
Zbakh và cộng sự đã trích ly được một số hợp chất có khả năng kháng vi sinh vật từ
một số loại rong ở tầng đáy của Địa Trung Hải hay Lordan và cộng sự đã khảo sát một
số loại rong có tiềm năng giảm bớt nguy cơ mắc một số bệnh mãn tính [6-9].
Trong công nghiệp, rong được xem như nguồn thu nhận các hợp chất có giá trị
cao như: agar, carageenan, alginate…các hợp chất này được sử dụng rộng rãi trong
nhiều ngành công nghiệp và chế biến. Chúng đều có chung đặc tính tạo cấu trúc cho
nhiều sản phẩm công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp thực phẩm.
1.1.2. Rong lục

Rong lục là các sinh vật nhân thật, có hệ thống quang hợp là các phân tử
chlorophyll a và b, bên cạnh đó trong tế bào còn chứa các sắc tố phụ như beta
carotene và xanthophylls. Rong có dạng tế bào đơn giản hoặc phức tạp, nhiều tế bào
dạng hình phiến hay dạng sợi, chia nhánh hoặc không chia nhánh. Dựa trên dữ liệu
phân tử cho thấy tổ tiên chung gần đây nhất của tất cả các loài rong lục có thể đã tồn
tại 1100-1200 triệu năm trước [10].
Việc phân loại rong lục rất phức tạp. Trước đây, việc phân loại rong lục dựa vào
nhiều tiêu chí khác nhau như hình thái, siêu âm, phân tử. Sự phát triển của kính hiển vi
điện tử vào những năm 70 của thế kỷ trước đã tiết lộ nhiều đặc điểm tế bào quan trọng để
phân loại rong lục. Mattox và Stewart đã đề xuất một cách phân loại mới, trong đó sự
khác biệt trong các tế bào roi (flagellated cells) và cytokinesis trong quá trình nguyên


6
phân là hai đặc tính quan trọng nhất. Trong 20 năm qua, sự ra đời của sinh học phân tử
đã tạo ra một cuộc cách mạng để phân loại nhiều loài và rong là một trong những loài
bị ảnh hưởng nhiều nhất. Dữ liệu trình tự DNA được sử dụng để phân loại rong đã chỉ
ra rằng sự khác biệt về đặc điểm hình thái ở rong lục thường không tương quan với sự
phát sinh loài [11-15].
Hiện tại người ta đã xác định rằng rong lục thuộc về một ngành riêng gọi
Viridiplantae. Viridiplantae (thực vật xanh) là một nhánh bao gồm tảo lục và thực vật
trên cạn. Trong một số hệ thống phân loại nhánh này được coi như là một giới dưới
các tên gọi khác nhau, như Viridiplantae, Chlorobionta hay đơn giản chỉ là Plantae.
Adl và cộng sự đã đưa ra một phân loại cho toàn bộ thực vật nhân chuẩn vào năm
2005, cũng đã đề xuất tên gọi Chloroplastida cho nhóm này, để chỉ nhóm sinh vật có
các lục lạp với diệp lục chủ yếu là màu xanh. Các nhóm đơn ngành Chlorophyta và
Streptophyta được phân loại là thuộc về Viridiplantae. Tổng cộng có trên 350.000 loài
sinh vật thuộc về Viridiplantae. Có khoảng 8.000 loài rong lục, với nhiều dạng sống
khác nhau, từ dạng sống tế bào đơn lẻ, trong khi một số các loài khác hình thành
coenobia (khuẩn lạc), các sợi dài hoặc các sợi rong biển lớn gồm rất nhiều tế bào.

Rong lục là sinh vật nhân chuẩn sinh sản theo chu kỳ xen kẽ các thế hệ. Sinh sản
thay đổi từ sự hợp nhất của các tế bào giống hệt nhau (isogamy) đến sự thụ tinh của
một tế bào không di động lớn bằng một tế bào nhỏ hơn (oogamy). Tuy nhiên, cũng có
một số biến thể, đáng chú ý nhất là quá trình liên hợp thường xảy ra ở các loài rong
lục, tiêu biểu là ở Spirogyra. Các tế bào tảo đơn bội (chỉ chứa một bản sao DNA của
chúng) có thể hợp nhất với các tế bào đơn bội khác để tạo thành hợp tử lưỡng bội. Khi
các sợi rong làm điều này, chúng tạo thành cầu nối giữa các tế bào, hợp nhất vào một
tế bào và để lại các thành tế bào trống phía sau có thể dễ dàng quan sát dưới kính hiển
vi quanh học. Các loài rong Ulva có khả năng sinh sản đẳng giao, giai đoạn sinh
dưỡng lưỡng bội là nơi sinh sôi và giải phóng các bào tử đơn bội, nảy mầm và phát
triển tạo ra một pha đơn bội xen kẽ với giai đoạn sinh dưỡng.
Xét về số lượng các loài rong, thì rong lục (Chlorophyta) trên thế giới chủ yếu
phân bố tập trung tại Philippin, tiếp theo là Hàn Quốc, kế tiếp là Indonesia, Nhật Bản
và ít hơn là ở Việt Nam. Ngoài ra, rong lục còn phân bố rải rác ở các nước bao gồm:
Achentina, Bangladesh, Canada, Chile, Pháp, Hawaii, Israel, Italy, Kenya, Malaysia,


7
Myanmar, Bồ Đào Nha, Thái Lan… Xét về sản lượng thì rong lục chủ yếu là của Nhật
Bản khoảng 4.000 tấn rong khô / năm với các chi như Enteromorpha, Monostroma, Ulva,
trong đó nuôi trồng khoảng 2.500 tấn, kế tiếp là Hàn Quốc khoảng 1.000 tấn chi
Enteromorpha, Philippin khoảng 800 tấn chi Caulerpa, gần như toàn bộ do nuôi trồng.

1.1.3. Rong Chaetomorpha
Rong lục thuộc chi Chaetomorpha là các cơ thể đa bào được tạo thành bởi các tế
bào hình trụ. Chi này được đặc trưng bởi các sợi không phân nhánh, làm cho nó đặc
biệt. Họ hàng gần nhất của nó là các loài phân nhánh của chi Cladophora.
Ngành
Lớp

: Chlorophyta
: Ulvophyceae

Bộ

: Cladophorales

Họ

: Cladophoraceae

Chi

: Chaetomorpha

Hình 1.1. Hình thái rong Chaetomorpha aerea và
Chaetomorpha linum.
Có khoảng 50 loài Chaetomorpha hiện được công nhận dựa trên một số đặc
điểm hình thái, chẳng hạn như hình thức tăng trưởng, kích thước tế bào và hình dạng
của các tế bào đính kèm [16].


8
1.2. Protein thu nhận từ rong
1.2.1. Đặc điểm protein thu nhận từ rong
Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng rong biển chứa nhiều nguồn dinh dưỡng có lợi
như carbohydrate, protein, các khoáng chất và vitamin. Protein trong rong biển được
xem là chứa các thành phần acid amin tương đối phù hợp cho sử dụng làm thức ăn
cho con người hay trong chăn nuôi.
Hàm lượng protein trong rong biển có sự khác nhau tùy theo loài. Kết quả khảo

sát của Kumar trên 18 loài rong biển khác nhau thuộc 3 ngành Chlorophyta,
Phaeophyta, Rhodophyta tại Ấn Độ cho thấy hàm lượng protein thay đổi từ 10 – 35%
(Hình 1.2a). Mohd Rosni và cộng sự, đã tiến hành khảo sát trên 15 loại rong tại
Semporna, Sabah, Malaysia. Kết quả cho thấy hàm lượng protein có sự khác nhau
giữa các loài và dao động từ 3,99 đến 13,18 % (Hình 1.2b) [17-20].

Hình 1.2a. Hàm lượng protein trong 18 loại rong thu nhận
tại bờ biển Okha, Ấn Độ
(C: Chlorophyta, P: Phaeophyta, R: Rhodophyta )


9

Hình 1.2b. Hàm lượng protein trong 15 loại rong thu nhận
tại bờ biển Sabah, Malaysia
(A)
Caulerpa lentillifera, (B) Caulerpa racemosa, (C) Sargassum
polycystum,
(D)

Hormophysa cuneiformis, (E) Padina gymnospora , (F) Turbinaria

conoides, (G) Kappaphycus alvarezii, (H) Kappaphycus alvarezii, (I) Kappaphycus

striatum, (J) Kappaphycus striatum, (K) Kappaphycus striatum, (L)Eucheuma
denticulatum, (M) Gracilaria verrucos, (N) Laurencia sp. and (O) Laurencia sp.
Hàm lượng protein trong rong biển còn bị ảnh hưởng bởi chu kỳ mùa trong năm.
Tác giả Fleurence đã chỉ ra sự thay đổi hàm lượng protein từ 9 – 25%, theo mùa trên
Palmaria palmate thu nhận tại biển Atlanic, với lượng protein cao nhất trong các
tháng mùa xuân và mùa đông (Hình 1.3). Ở rong lục Ulva lactuca tháng thu nhận

protein cao nhất là tháng tám với 32,7% protein trên trọng lượng khô. Ở một số loài
rong nâu khác cũng có sự thay đổi hàm lượng protein theo mùa [21-24].


10

Hình 1.3. Sự biến đổi hàm lượng protein theo mùa trong rong
Palmaria palmate (Fleurence,1999)
Tác giả Hanan M. Khairy và cộng sự, đã thu thập các mẫu rong thuộc ba loài
Ulva lactuca, Jania rubens và Pterocladia capillacea tại vịnh Abu Qir, Ai Cập. Kết
quả cho thấy có sự khác nhau về hàm lượng protein cũng như thành phần các acid
amin của ba loài rong này giữa các mùa trong năm. Hàm lượng protein trong ba loài
rong này dao động từ 10 – 23%, và có sự khác biệt theo mùa. Vào mùa xuân hàm
lượng protein trong cả ba loài rong này cao hơn vào mùa hè và mùa thu [25].
1.2.2. Thành phần acid amin trong rong
Nhìn chung không có nhiều nghiên cứu liên quan cấu trúc và các tính chất sinh
học của protein từ rong, nhưng các công bố liên quan đến thành phần acid amin của
rong thì khá nhiều. Hầu hết protein từ rong đều chứa đầy đủ các thành phần acid amin
thiết yếu với tỷ lệ cân đối hơn nhiều so với các loại protein từ thực vật trên cạn.
Protein từ rong cũng rất giàu acid aspartic và acid glutamic [26].
Theo Meital Kazir và cộng sự, thành phần acid amin thiết yếu trong protein
concentrate của rong Ulva cao nhất là Lysine (6,34% ± 1,16), tiếp theo là Threonine
(4,35% ± 0,51), Leucine (4,31% ± 0,73) và Isoleucine (3,60% ± 0,40) . Đối với protein
concentrate của rong Gracilaria, thành phần acid amin thiết yếu nhiều nhất là Leucine
(8,34% ± 0,10), tiếp theo là Valine (7,18% ± 0,17), Lysine (6,20% ± 0,21) và Isoleucine
(4,65% ± 0,12). Đáng chú ý là Lysine được biết đến có hàm lượng tương đối thấp trong


11
các nguồn protein từ thực vật, tuy nhiên lại có hàm lượng cao trong protein của rong.

Các dữ liệu trên cho thấy protein từ rong có thể xem là một nguồn dinh dưỡng có giá
trị trong chế độ ăn uốngcủa con người [27].
Các loại rong lớn (macroalgae), đặc biệt là rong đỏ chứa nhiều taurin, một loại nonprotein acid amin có khả năng làm giảm huyết áp, giảm cholesterol máu và có khả năng
kháng oxy hóa. Những acid amin có giá trị khác từ rong bao gồm laminine, kainoid và
mycosporine-like acid amin. Laminine tách từ rong có khả năng làm giảm hiện tượng co
cơ và giảm huyết áp tạm thời. Các loại kainoid (bao gồm cả domoic acid) có khả năng
diệt côn trùng, giun sán. Domoic acid và kainoid thu nhận chủ yếu từ rong đỏ Digenea
simplex được sử dụng trong các nghiên cứu về sinh lý học thần kinh do chúng có liên
quan đến các hoạt động của dây thần kinh phản xạ. Mycosporine từ Porphyra umbilicalis
đã được sử dụng trong một số sản phẩm kem chống nắng thương mại do chúng có khả
năng kháng oxy hóa và chống lại tác hại của tia tử ngoại [2, 26, 28-31].

1.2.3. Protein có hoạt tính sinh học
Các loại protein có giá trị thu nhận từ rong đã được đề cập đến trong nhiều nghiên
cứu bao gồm lectin và phycobiliprotein. Lectin là một glycoprotein có vai trò quan trọng
trong việc giúp một tế bào bình thường nhận biết các tế bào lạ như tế bào ung thư. Kết
quả của một số nghiên cứu cho thấy lectin từ rong Eucheuma serra có cấu tạo gần giống
lectin từ các loại thực vật khác và có khả năng kháng khuẩn và chống ung thư. Lectin thu
được từ một số loại rong đỏ Rhodophyta có khả năng kháng viêm, chống lại virus HIV-1,
chống kết tập tiểu cầu và kháng vi khuẩn gây sâu răng [32, 33].
Phycobiliprotein có ba nhóm chính là phycocyanins, allophycocyanins và
phycoerythrins, trong đó nhóm phycocyanin thường gặp trong các loài rong tảo có màu
xanh lục. Phycocyanin được cho là có nhiều công dụng trong việc tăng cường hệ thống
miễn dịch, chống oxi hóa và chống viêm. Tuy nhiên, các nghiên cứu hiện nay phần lớn
tập trung vào thu nhận phycocyanin từ Spirulina, chưa mở rộng đến các đối tượng rong
khác. Suvega và cộng sự đã phân tích một số thành phần sinh hóa cơ bản trên rong đỏ và
rong lục ở Ấn Độ, các tác giả đã chỉ ra thành phần phycocyanin trong rong lục
Chaetomorpha linum là 0,04 mg/g rong tươi (0,59mg/g rong khô). Các nghiên cứu gần
đây đã chứng minh khả năng bảo vệ gan, chống viêm và chất chống oxy hoá của
phycocyanin. Các tác giả đã chỉ ra hiệu quả chống oxy hóa, chống viêm, bảo vệ gan và