Nghiên cứu chế tạo oligoalginate bằng kỹ thuật bức xạ ứng dụng trong nuôi trồng thuỷ canh

ĐẠI HỌC
NGUYỄN TẤT THÀNH
THỰC HỌC - THỰC HÀNH - THỰC DANH - THỰC NGHIỆP

KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

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

Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Hồng Thuỷ Tiên

Mã số sinh viên

: 1511538176

Chuyên ngành

: Công nghệ Sinh học

Giảng viên hướng dẫn : ThS. Trần Lệ Trúc Hà

TP. HCM, 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

------------------

-----oOo-----

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên: Nguyễn Hồng Thuỷ Tiên

MSSV: 1511538176

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học

Lớp: 15DSH1A

1. Đầu đề luận văn:
Nghiên cứu chế tạo Oligoalginate bằng kỹ thuật bức xạ ứng dụng trong nuôi
trồng thuỷ canh.
2. Mục tiêu
- Chế tạo Oligoalginate bằng kỹ thuật bức xạ.
- Khảo sát tác dụng tăng trưởng của Oligoalginate chế tạo bằng kỹ thuật bức xạ trên
rau trồng bằng phương pháp thuỷ canh.
3. Nội dung:
-

Chế tạo Oligoalginate bằng kỹ thuật bức xạ.

-

Xác định trọng lượng phân tử của Oligoalginate bức xạ.

-

Khảo sát hiệu ứng của Oligoalginate trên rau trồng thuỷ canh.
4. Thời gian thực hiện: tháng 10/2019 đến tháng 4/2020
5. Người hướng dẫn: ThS. Trần Lệ Trúc Hà

Nội dung và yêu cầu KLTN đã được thông qua Bộ môn.
TP. HCM, ngày…… tháng……năm20…
BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám Hiệu trường Đại học
Nguyễn Tất Thành, Ban chủ nhiệm Khoa Công Nghệ Sinh Học, cùng tất cả các quý
thầy cô đã tận tâm dạy dỗ, truyền đạt những tri thức khoa học và kinh nghiệm q báu
cho tơi trong suốt q trình rèn luyện học tập tại trường.
Đặc biệt tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến cô ThS. Trần Lệ Trúc Hà, người đã
tận tụy hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tơi trong suốt q trình thực
hiện và hồn thành khóa luận tốt nghiệp.
Và cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, tập thể lớp 15DSH1A,
những người luôn sẵn sàng sẻ chia và giúp đỡ, động viên tôi trong học tập và cuộc
sống.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn tất cả. Xin chúc những điều tốt đẹp nhất

sẽ luôn đồng hành cùng mọi người.

Nguyễn Hồng Thuỷ Tiên
Khoa Công nghệ Sinh học
Trường Đại Học Nguyễn Tất Thành

i


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ i
MỤC LỤC ..................................................................................................................... ii
TÓM TẮT .................................................................................................................... iv
SUMMARY ....................................................................................................................v
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................. viii
ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................... ix
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................1
1.1 Alginate .....................................................................................................................1
1.1.1 Lịch sử phát triển ....................................................................................................1
1.1.2 Khái niệm về Alginate ............................................................................................1
1.1.3 Công thức cấu tạo và tính chất của Alginate ..........................................................2
1.1.4 Ứng dụng của Alginate ...........................................................................................5
1.2 Oligoalginate .............................................................................................................5
1.2.1 Giới thiệu về Oligosaccaride ..................................................................................5
1.2.2 Giới thiệu về Oligoalginate ....................................................................................7
1.2.3 Các phương pháp chế tạo Oligoalginate.................................................................7
1.2.4 Ứng dụng của Oligoalginate ...................................................................................9

1.2.5 Công nghệ nuôi trồng thuỷ canh ............................................................................9
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................12
2.1 Nơi thực hiện ...........................................................................................................12
2.2 Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................12
2.3 Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................12
2.3.1 Phương pháp bức xạ .............................................................................................12
2.3.2 Phương pháp định lượng phân tử .........................................................................12
ii


2.3.3 Phương pháp thuỷ canh ........................................................................................13
2.3.4 Các phương pháp thu thập số liệu và xử lý số liệu...............................................15
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..............................................................16
1. Cắt mạch Alginate bằng kỹ thuật chiếu xạ .............................................................16
2. Khảo sát hiệu ứng của Alginate chiếu xạ lên cây trồng thủy canh tĩnh ..................17
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .........................................................................................27
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................28
PHỤ LỤC .....................................................................................................................29

iii


TĨM TẮT
Rau là một món ăn khơng thể thiếu trong các bữa ăn của tất cả mọi người. Đề tài:
“Nghiên cứu chế tạo Oligoalginate bằng kỹ thuật bức xạ ứng dụng trong nuôi
trồng thuỷ canh” được thực hiện từ tháng 10/2019 đến 4/2020 ttại Khoa Công Nghệ
Sinh Học, trường Đại học Nguyễn Tất Thành với mục tiêu chế tạo được Oligoalginate
và khảo sát sự tăng trưởng của Oligoalginate trên cây rau thuỷ canh.
Đề tài có ba nội dung: Chế tạo Oligoalginate bằng kỹ thuật bức xạ; Xác định
trọng lượng phân tử của Oligoalginate bức xạ và Khảo sát hiệu ứng của Oligoalginate

trên rau trồng thuỷ canh. Các thí nghiệm được bố trí theo kiểu hồn tồn ngẫu nhiên.
Những kết quả đạt được sau 6 tháng nghiên cứu:
1. Đã chế tạo được Oligoalginate có trọng lượng phân tử khác nhau bằng kỹ thuật
bức xạ. Trọng lượng phân tử của chế phẩm Oligoalginate giảm theo liều xạ.
2. Oligoalginate chế tạo bằng kỹ thuật bức xạ đã có tác dụng gia tăng sinh trưởng
và phát triển của cây rau thủy canh. Trọng lượng phân tử của Oligoalginate tối ưu nhất
đã xác định được là 20,5 kDa (ứng với liều xạ 75 kGy).

iv


SUMMARY
Vegetables are an indispensable dish in everyone's meals. Subject: "Research on
manufacturing Oligoalginate by radiation technology applied in hydroponic farming"
conducted from October 2019 to April 2020 at the Faculty of Biotechnology, Nguyen
Tat Thanh University with the aim Oligoalginate was produced and surveyed on the
growth of Oligoalginate in hydroponic vegetable plants.
The thesis has three contents: Manufacturing Oligoalginate by radiation
technique; Determination of molecular weight of radiation Oligoalginate and
Oligoalginate Effect Survey on hydroponic vegetables. The experiments were
arranged in a completely random fashion.
The results achieved after 6 months of research:
1. Oligoalginate has been created with different molecular weight by radiation
technique. The molecular weight of Oligoalginate preparations decreases with
radiation dose.
2. Oligoalginate produced by radiation technology has helped increase the
growth and development of hydroponic vegetable plants. The optimal molecular
weight of Oligoalginate has been determined to be 20.5 kDa (corresponding to the 75
kGy radiation dose).

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 3.1 Ảnh hưởng của liều xạ đối với trọng lượng phân tử Alginate……………...17
Hình 3.2 Cây cải bẹ xanh……………………………………………………………..19
Hình 3.3 Hiệu ứng của Oligoalginate lên sự sinh trưởng và phát triển của cây cải bẹ
xanh…………………………………………………………………………………...20
Hình 3.4 Cây cải ngọt…………………………………………………………………22
Hình 3.5 Hiệu ứng của Oligoalginate lên sự sinh trưởng và phát triển của cây cải
ngọt……………………………………………………………………………………23
Hình 3.6 Cây rau dền………………………………………………………………….25
Hình 3.7 Cây ngị tây…………………………………………………………………26

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Sự suy giảm trọng lượng phân tử của Alginate theo liều xạ……………….16
Bảng 3.2 Hiệu ứng của Oligoalginate lên sinh khối của cây cải bẹ xanh…………….18
Bảng 3.3 Hiệu ứng của Oligoalginate lên chiều cao cây và chiều dài rễ ở cây cải bẹ
xanh…………………………………………………………………………………...18
Bảng 3.4 Hiệu ứng của Oligoalginate lên sinh khối của cây cải ngọt………………...21
Bảng 3.5 Hiệu ứng Oligoalginate lên chiều cao cây và chiều dài rễ ở cây cải ngọt….21
Bảng 3.6 Các chỉ tiêu theo dõi của rau dền khi bổ sung Oligoalginate……………….24
Bảng 3.7 Các chỉ tiêu theo dõi của ngò tây khi bổ sung Oligoalginate……………….24

vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Mw

Molecular weight

TB

Trung bình

SVĐC

So với đối chứng

LSD

The Least Significant Difference

ĐC

Đối chứng

viii


ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Tính cấp thiết của đề tài
Rau là nguồn thực phẩm quen thuộc và không thể thiếu trong các bữa ăn của
người Việt Nam. Nó cung cấp các vitamin, chất khống và chất xơ vốn rất có lợi cho
sức khỏe của con người.
Hiện nay hầu hết các hộ sản xuất mới chỉ quan tâm đến năng suất và sản lượng

rau mà chưa quan tâm đúng mức đến chất lượng vệ sinh an tồn thực phẩm nên tình
trạng sử dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật khơng đúng lúc, đúng cách vẫn thường
xuyên xảy ra như: bón quá nhiều phân đạm vơ cơ, bón phân muộn, sử dụng thuốc bảo
vệ thực vật ngoài danh mục trên các loại rau ăn lá và không bảo đảm thời gian cách ly
gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ người tiêu dùng.
Biểu hiện trước mắt có thể là ngộ độc, rối loạn tiêu hố, suy tim mạch có thể gây
tử vong, cịn về lâu dài các chất độc hại tích luỹ trong cơ thể là nguy cơ phát sinh
nhiều bệnh hiểm nghèo.
Vì thế việc áp dụng thủy canh sản xuất rau an tồn là xu thế hiện nay, do nó có
nhiều ưu điểm: Khơng phải làm đất khơng có cỏ dại; Trồng được nhiều vụ, có thể trái
vụ, khơng cần tưới; Không phải sử dụng thuốc trừ sâu bệnh, trừ cỏ dại; Năng suất cao
hơn từ 25% đến 50%; Sản phẩm hồn tồn sạch đồng nhất; Người gìa yếu trẻ em có
thể tham gia có hiệu quả; Khơng tích lũy chất độc, không gây ô nhiễm môi trường.
Alginate là những loại polysacaride tự nhiên rất phổ biến trong tự nhiên. Chúng
tồn tại ở các loại rong nâu vốn là một trong các nguồn gây ô nhiễm môi trường đối với
các nước ven biển trong đó có Việt Nam. Việc biến tính polysacaride tự nhiên nói trên
để sử dụng vào các lĩnh vực như: Công nghiệp, nông nghiệp, y dược, công nghệ sinh
học, v.v đã và đang được chú ý trong những năm gần đây.
Oligoalginate đã được tìm ra như một loại hormone mới đối với cây trồng, chúng
khơng chỉ có tác dụng tăng trưởng đối với thực vật mà cịn có khả năng kích thích gây
tạo các kháng sinh thực vật hay cịn gọi là phytoalexin giúp cho cây trồng có khả năng
ix


kháng được xâm nhiễm đối với các vi sinh vật gây bệnh.
Điều đáng chú ý là Oligoalginate có tính an tồn cao đối với người, gia súc, gia
cầm, và mơi trường. Việc chế tạo ra chế phẩm nơng dược có nguồn gốc từ
Oligosaccaride nói chung và Oligoalginate nói riêng là rất thiết thực cho nhu cầu sản
xuất rau quả, nông phẩm sạch và phát triển môi trường bền vững ở nước ta và trên thế
giới.

Gần đây Viện Nghiên Cứu Hạt Nhân và Trung tâm Công Nghệ Bức Xạ Tp.HCM
đã nghiên cứu thành cơng các sản phẩm Oligosaccaride cắt mạch có nguồn gốc tự
nhiên phục vụ cho nông nghiệp. Tuy vậy chưa có nghiên cứu nào nhắm hướng vào
mục đích ni trồng thủy canh. Do vậy tôi chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo
Oligoalginate bằng kỹ thuật bức xạ ứng dụng trong nuôi trồng thuỷ canh”.
2. Mục tiêu của đề tài
Chế tạo Oligoalginate bằng kỹ thuật bức xạ.
Khảo sát tác dụng tăng trưởng của Oligoalginate chế tạo bằng kỹ thuật bức xạ
trên rau trồng bằng phương pháp thủy canh.

x


Chương 1. Tổng quan tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Alginate
1.1.1 Lịch sử phát triển
Alginic axit được phát hiện đầu tiên bởi Stanford (1881)1. Năm 1975, Booth đã
viết về lịch sử công nghiệp Alginate dựa theo các kết quả nghiên cứu của Stanford.
Thernley đã tiến hành tách chiết Alginate thơ ở Orkey vào năm 1923 và bắt đầu hình
thành công nghệ sản xuất Alginate dùng cho đồ hộp rau quả. Sau đó cơng ty đã đặt tên
là Kelp Products Corp và đến năm 1929 được tái thành lập có tên là công ty Kelco
(Kelco Company). Tại Anh, Alginate được sản xuất mạnh mẽ và sớm nhất vào những
năm 1934 – 1939. Còn ở Na Uy, Alginate được sản xuất sau chiến tranh thế giới thứ II.
Đến năm 1981 sản xuất Alginate lan sang nhiều nước trên thế giới, đã có 17 nhà máy
ở 9 nước khác nhau sản xuất Alginate (Na Uy, Pháp, Nhật, Mỹ, Canada, Tây Ban Nha,
Chilê, Liên Xô cũ, Ấn Độ). Hai công ty sản xuất Alginate lớn nhất thế giới là Kelco
Company ở Mỹ và Công ty công nghiệp sản xuất Alginate ở UK, với sản lượng 70%
mức sản lượng của thế giới. Tiếp theo là đến công ty ProTan A/S của Na Uy, và các

công ty của Nhật, Pháp. Sản xuất Alginate ở Trung Quốc tăng trong những năm gần
đây, sản lượng trung bình khoảng 7.000 – 8.000 tấn/năm.
1.1.2 Khái niệm về Alginate
Trong rong Nâu (Sagassum) có chứa một hợp chất quan trọng là Alginic. Alginic
là polysaccharide có tính axit, loại axit này rất khó hịa tan. Từ Alginic sẽ thơng qua
các phản ứng với kiềm tạo nên một số hợp chất từ Alginic. Sau khi tạo muối sẽ làm
thay đổi tính tan hịa tan của hợp chất tự nhiên này và do đó nó có nhiều cơng dụng
hơn2.
Alginate Natri là muối của Alginic với Natri, khi cho Alginic tương tác với kiềm
hóa trị I như NaOH, Na2CO3 hoặc Na2HPO4, Na2SO3,v.v.
Alginate Canxi là muối của Alginic với Ca++ khi cho Alginic tương tác với CaCl2,
CaCO3, Ca(OH)2,v.v.
Alginate amonium là muối của Alginic với NH4+ khi cho Alginic tương tác với
NH4OH hoặc kiềm amonium khác.
1


Chương 1. Tổng quan tài liệu
1.1.3 Công thức cấu tạo và tính chất của Alginate
1.1.3.1 Cơng thức cấu tạo
Alginic thuộc polysaccharide nhưng chứa nhóm cacboxyl (-COOH) trong phân
tử cho nên thường gọi là axit Alginic hay polysaccharide có tính axit.
Theo Niwa (1940) cho rằng đơn vị cấu trúc của Alginic là Uronic có cơng thức
phân tử là (C24H30O23)n. Chapman thì cho rằng Alginic là dạng trùng hợp mất nước
của D-Manuronic có cơng thức (C5H9O5COOH)n và cơng thức hóa học tương đương
của Alginic là (C6H8O6)n. Hai thuyết tương tự nhau, n = 80/83 do vậy có sự trùng hợp
rất lớn.
Theo các tài liệu sinh hóa học gần đây mơ tả cấu tạo của Alginic gồm các axit DManuronic liên kết với L-Guluronic bằng liên kết 1–4 mạch thẳng không phân nhánh.2

Alginic là polymer gồm nhiều axit Manuronic và Guluronic tạo mạch thẳng

khơng phân nhánh có thể liên kết theo hình phẳng như sau:

2


Chương 1. Tổng quan tài liệu
Trong phân tử Alginic, số lượng M và G không theo tỷ lệ 1/1. Đồng thời tỷ lệ
này sẽ khác nhau ở các loại rong và vùng địa lý khác nhau. Người ta rất quan tâm đến
tỷ lệ M/G, bởi lẽ nó là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến khả năng tạo gel của Alginic.
Các phân tử M, G có thể hình thành block M, block G hoặc block MG. Chiều dài
của các block đã được các nhà nghiên cứu Alginic trên thế giới xác định, trong đó:
G block có chiều dài là: 8,7 A0
M block có chiều dài là: 10,3 A0, MG block có chiều dài là: 9,5A0
Manuronic và Guluronic là hai đồng phân của nhau. Hiện nay nhiều quan điểm
cho rằng tỷ lệ giữa hai loại axit Manuronic và Guluronic không tuân theo 1/1 mà tùy
theo loại rong, vị trí địa lý và môi trường rong sinh sống.
Trong cây rong Alginic luôn tồn tại dưới dạng muối với Ca, hoặc Mg bền vững,
trong đó dạng muối chủ yếu được tìm thấy chủ yếu là với Ca. 3

Từ đó người ta có thể khai thác cơng thức phân tử polymer là:
((C5H7O4COOH)2Ca)n.
1.1.3.2 Tính chất
Alginic là axit hữu cơ yếu, không màu, không mùi, không tan trong các dung mơi
hữu cơ và nước thì Alginic hút nước trương nở, nó có thể hút được lượng nước từ 10
đến 20 lần trọng lượng khơ của nó.
Alginic hịa tan trong dung dịch kiềm hóa trị I và tạo dung dịch muối kiềm có độ
nhớt cao. Chẳng hạn Alginic hòa tan trong dung dịch hydroxit Natri và tạo thành dung
dịch Alginate Natri có độ nhớt cao.2
Khi cho axit mạnh tác dụng với muối kiềm thì Alginic được tách ra kết tủa nổi
lên bề mặt dung dịch.

3


Chương 1. Tổng quan tài liệu
Tính chất này rất quan trọng được ứng dụng vào qui trình chiết xuất Alginic.
Muối Alginate kim loại hóa trị II (Alginate Canxi, Alginate Magiê, …): khơng
hịa tan trong nước, tùy theo kim loại mà có màu sắc khác nhau. Khi muối ẩm thì dẻo
dễ uốn hình, khi khơ rất cứng, rất khó thấm nước, nhờ có tính chất này mà Alginate có
rất nhiều cơng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.
Bột Alginate rất dễ bị giảm độ nhớt nếu không được bảo quản ở nhiệt độ thấp.
Độ nhớt của dung dịch Alginate 5% sẽ bị giảm đi một nửa ngay cả khi bảo quản ở
nhiệt độ 30oC ± 2oC trong thời gian từ 5 đến 10 ngày. Có thể dùng các chất bảo quản
như:
Axit Benzoic, axit Socbit, axit Dehydro Acetic cho các Alginate dùng cho thực
phẩm. Cịn nếu Alginate dùng cho kỹ thuật thì có thể dùng Formaldehyt hoặc
Pentaclorophenol để bảo quản.
Khác với agar khi giảm nhiệt độ thì dung dịch Alginate cũng khơng đơng lại,
ngay cả khi làm lạnh và tan giá thì độ nhớt và bề ngồi cũng khơng thay đổi.
Khả năng gắn với các kim loại bằng liên kết tĩnh điện: Alginic có khả năng gắn
với các ion kim loại tạo ra các loại muối khác nhau. Khả năng này tùy thuộc vào số
lượng D - Manuronic và L - Guluronic trên phân tử Alginate. Theo kết quả nghiên cứu
của các chuyên gia Trung Quốc, khả năng tạo liên kết với các ion kim loại của Alginic
giàu M từ rong Laminaria digitata theo chiêu giảm dần theo sơ đồ sau:
Pb > Cu > Ba > Sr >Ca > Co > Ni > Zn > Mn > Mg
Còn đối với Alginic giàu G từ rong Laminaria hyperbora giảm dân theo thứ tự
các kim loại sau:
Pb > Cu > Ba > Sr >Cd > Ca > Co, Ni, Zn, Mn > Mg
Cơ chế của phản ứng gắn kim loại trên phân tử Alginate chủ yếu ở nhóm
Cacboxyl ngồi ra một số nhóm –OH (Hydroxyl) trên polymer cũng có vai trị trong

liên kết với ion kim loại.

4


Chương 1. Tổng quan tài liệu
Propyleneglycol Alginate (PGA) với 80 đến 85% nhóm COOH được ester hóa có
tác dụng nhỏ nhất đối với ion Canxi, do đó hợp chất này được dùng trong cơng nghiệp
sữa. PGA giảm tính hịa tan khi pH mơi trường < 4, pH = 2 thì PGA kết tủa.
1.1.4 Ứng dụng của Alginate
Các sản phẩm của Alginate được sử dụng rộng rãi trong nhiều nghành công
nghiệp như: ngành dệt 50%, thực phẩm 30%, giấy 6%, que hàn 5%, y dược phẩm 5%,
công nghệ sinh học và các lĩnh vực khác 4%. Alginate là một phụ gia không thể thiếu
được trong kỹ thuật in màu trên vải. Trong cơng nghiệp thực phẩm thường địi hỏi loại
Alginate phải có khả năng tạo gel và tạo nhũ cao, ví dụ để chế biến Surimi giả trứng cá
Caviar người ta thường phải sử dụng loại Alginate có tỷ lệ M/G ≤ 1,01.
1.2 Oligoalginate
1.2.1 Giới thiệu về Oligosaccaride
Hiện nay năm loại hormone thực vật hay chất điều hòa sinh trưởng thực vật
(plant growth regulators) đã được xác định đó là auxin, abscisic acid, cytokinin,
ethylen và gibberellin. Năm 1985, sau hơn 10 năm nghiên cứu, hai giáo sư
Albersheim và Darvill, trường ĐH Colorado, Hoa Kì thơng báo trên Tạp chí Science
of America, về chất điều hịa sinh trưởng thực vật mới có tên gọi là Oligosaccarin.4
Oligosaccarin là Oligosaccaride (polysaccaride mạch ngắn chứa chừng khoảng
2÷20 monosaccharide), những phân đoạn (fragments) của thành tế bào, chúng được
tiết ra từ thành tế bào do enzyme. Thành tế bào chứa ít nhất 8 loại polysaccaride. Các
loại enzyme khác nhau sẽ tiết ra oligosaccarin khác nhau.
Oligosaccharide là nguồn cung cấp nguyên liệu cho con người và động vật.
Oligosaccaride còn là chất điều hòa sinh trưởng thực vật, là chất truyền tín hiệu giúp
cây chống lại các loại tác nhân gây bệnh. Ngồi ra, chúng cịn được dùng trong bảo

quản thực phẩm
Trong thực vật, các oligosaccaride chính là các chất truyền tín hiệu để đưa ra các
thơng điệp điều hịa trong cây, chức năng đó bao gồm điều hịa q trình sinh trưởng,
phát triển và chống nhiễm bênh cây trồng.

5


Chương 1. Tổng quan tài liệu
Trong nhiều thí nghiệm khác về điều hòa sinh trưởng nhiệt độ sử dụng
oligosaccaride cũng đã chứng minh oligosaccaride thể hiện chức năng thúc đẩy tăng
trưởng. Tham gia trong thời kì đầu thí nghiệm chứng minh tính chất thúc đấy tăng
trưởng thực vật của oligosaccaride có nhà khoa học Việt Nam, Kiềm Trần Thanh Vân
làm việc ở Laboratore du Phytoron at Gift – sur Yvette, Pháp. Sau đó nhiều nghiên
cứu được tiến hành một cách độc lập tại Nhật Bản và Việt Nam đã xác nhận và chứng
minh rõ ràng thêm hiệu ứng này.1
Ngoài khả năng thúc đẩy sự tăng trưởng ở thực vật. Oligosaccaride cịn có tác
dụng thúc đẩy q trình sinh tổng hợp nên kháng sinh trong mơ của thực vật, hay nói
cách khác oligosaccaride đã tạo ra cho cây khả năng tự kháng lại một số nấm và vi
khuẩn gây bệnh bằng cách tự tạo ra kháng sinh thực vật gọi là phytoalexin. Tùy theo
loại thực vật, việc góp phần này gây ra hiệu quả khác nhau bao gồm tạo phytoalexin,
tạo enzyme endo β - 1 - 3 gluconase, chitinase, lyzozyme để phân hủy thành tế bào
nấm và vi khuẩn và tăng cường tạo ra lignhin mà lignhin xem như màng chắn khơng
cho nấm xâm nhập. Phytoalexin có thể được tạo thành dưới kích thích hóa học và vật
lí nhất định. Phytoalexin có khối lượng phân tử thấp, có tính độc khơng chuyên biệt.
Phytoalexin là chất kháng sinh thực vật có thể hoạt động rộng mà đặc biệt nó khơng
được tìm thấy trong mơ của cây khỏe mạnh, nhưng nó được tổng hợp ở trong tế bào
gần vị trí nhiễm bệnh như là phần phản ứng bảo vệ của thực vật5.
Người ta cịn nhận thấy trong mơ cây đậu tương khi bị xâm nhập bởi nấm
Phytoptora megasfperma, heptosacride glucan liên kết với nhau qua cầu nối β - 1 - 3

và β -1 - 6 đã thúc đẩy quá trình tổng hợp một chất phytoalexin là glyceollin và với
hàm lượng khoảng 1 μ/g mơ đậu tương.
Vậy oligosaccaride là chất truyền tín hiệu làm cây tiết ra kháng sinh để tự bảo vệ
khi ta cho vào cây một hỗn hợp oligosaccaride chiết từ thành tế bào nấm thì tế bào cây
có thể tổng hợp các enzyme và các enzyme này lại làm xúc tác cho quá trình sinh tổng
hợp kháng sinh. Từ đây hi vọng sẽ là một khởi điểm thú vị để phát triển về khoa học
thực vật cũng như cuộc cách mạng mới trong nông nghiệp sử dụng oligosaccaride làm
chất bảo về và điều hòa sinh trưởng thực vật.

6


Chương 1. Tổng quan tài liệu
1.2.2 Giới thiệu về Oligoalginate
Nếu như Alginate được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghệ thực phẩm,
công nghệ dược phẩm và mĩ phẩm thì Oligoalginate lại được ứng dụng rộng rãi hơn
nhiều, đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp, y học và công nghệ sinh học.
Năm 1992, Akiyamo và ctv đã thông báo rằng Oligoalginate có tính chất rất q
là thúc đẩy tăng trưởng vi khuẩn Bifidobactiria loại vi khuẩn hiện diện trong đường
ruột cần cho q trình tiêu hóa ở người và động vật. Oligo của quá trình này tác giả
cũng cho thấy rằng Alginate có khối lượng phân tử khoảng 49 – 400 khi bổ sung vào
môi trường nuôi cấy hàng loạt các vi khuẩn Bifidobacteria (B. aldolescentis, B.
bifidum, B. beeve và B. longcion) thì hiệu ứng thúc đẩy tăng trưởng của chúng so với
trước là không đáng kể, trong khi đó các Oligoalginate có khổi lượng phân tử trung
bình khoảng 2000 Da chế tạo từ Alginate nói trên. Bằng phương pháp thủy phân bởi
enzyme alginatelyase với nồng độ từ 0.04 – 0.4 % lại có hiệu ứng cao hơn nhiều.
Như vậy Oligoalginate là một loại oligosaccaride không chỉ thể hiện hiệu ứng
tăng trưởng rất tốt đối với nhiều loại thực vật mà cịn có khả năng tạo cho cây có khả
năng kháng lại sự xâm nhiễm của một số vi sinh vật gây bệnh.
1.2.3 Các phương pháp chế tạo Oligoalginate

1.2.3.1 Phương pháp hoá học
Trong phương pháp này Oligoalginate được chế tạo thơng qua các tác nhân hố
học oxi hóa mạnh như H2O2, HCl, v.v. Hiệu suất cắt mạch của Alginate trong hệ phản
ứng chủ yếu phụ thuộc nồng độ của các chất phản ứng, thời gian phản ứng và nhiệt độ.
Mặc dù phương pháp này có những thuận lợi nhất định nhưng lại gặp phải một số
hạn chế như sau: Phải sử dụng các chất oxi hóa mạnh, khó kiểm sốt được quy trình
cắt mạch, phải tách chiết và tinh chế, chi phí cao do các q trình tách chiết, gây ơ
nhiễm mơi trường.
1.2.3.2 Phương pháp sinh học
Ta có thể cắt mạch Alginate bằng cách thuỷ phân bởi enzyme alginate lyase.
Hiệu suất phản ứng phụ thuộc vào nồng độ của các chất phản ứng, thời gian và nhiệt
độ của phản ứng.
7


Chương 1. Tổng quan tài liệu
Cũng giống như phương pháp hóa học, phương pháp sinh học cũng có một số
những hạn chế nhất định sau đây: Cần phải có 1 hệ đệm, xúc tác thích hợp cho việc cắt
mạch, khó kiểm sốt q trình cắt, phải tinh chế được sản phẩm sau khi cắt mạch, phải
sử dụng enzyme đặc hiệu, sử dụng năng lượng nhiều, chi phí cao.
1.2.3.3 Phương pháp bức xạ
Đây là phương pháp hữu hiệu và có nhiều ưu điểm. Bằng cách sử dụng bức xạ
ion hóa là tia gamma, tia siêu âm hay chùm điện tử gia tốc,v.v. Alginate sẽ bị cắt mạch
dưới tác dụng của bức xạ6.
Giới thiệu về kỹ thuật bức xạ:
Kỹ thuật bức xạ là sử dụng bức xạ làm nguồn năng lượng trong các q trình
cơng nghiệp.
Kỹ thuật bức xạ hiện tại chủ yếu sử dụng nguồn bức xạ gamma (γ) phát ra từ
đồng vị Co – 60 và bức xạ điện tử phát ra các máy gia tốc điện tử (electron beam –
EB). Theo số liệu năm 1996, tồn thế giới có hơn 180 nguồn chiếu xạ gamma Co – 60

và khoảng 700 – 800 máy gia tốc điện từ hoạt động phục vụ cho mục đích ứng dụng
cơng nghiệp, trong đó bao gồm các ứng dụng trong lĩnh vực sinh học.
Ưu điểm:
 Tiết kiệm năng lượng, không gian và nguyên liệu.
 Độ tin cậy cao (quá trình được kiểm tra một cách hữu hiệu).
 Sản phẩm có chất lượng cao, dễ dàng tạo ra sản phẩm mới.
 Đáp ứng nhu cầu bảo vệ môi trường.
 Hiệu quả kinh tế cao.
Các nghiên cứu và ứng dụng hiệu quả của công nghệ bức xạ trong nông nghiệp:
 Chiếu xạ thực phẩm, khử trùng mĩ phẩm và bào bì cho thực phẩm.
 Chiếu xạ nước thải.
 Biến tính ghép, khâu mạch chế tạo vật liệu tổng hợp sinh học và vật liệu có
hoạt tính sinh học, chế phẩm dược phẩm, hormon thải chậm.
 Lưu hóa bức xạ lastic cao su thiên nhiên.

8


Chương 1. Tổng quan tài liệu
 Chiếu xạ gây bất dục cơn trùng, kích thích đột biến.
 Biến tính gia tăng chất lượng vải, da thuộc.
 Xử lý polymer tự nhiên làm chất tăng trưởng và bảo vệ thực vật.
1.2.4 Ứng dụng của Oligoalginate
Nhiều cơng trình nghiên cứu tác dụng của Oligoalginate đối với cây trồng đã cho
thấy Oligoalginate còn có tác dụng như là một tín hiệu hóa học để kích thích các q
trình sinh tổng hợp phytoalexin. Ngồi ra trong ni cấy mơ Oligoalginate có hiệu ứng
thúc đẩy tăng trưởng và làm tăng sinh khối, gia tăng tốc độ phân bào ở một số loại vi
tảo, thúc đẩy quá trình nảy mầm hạt giống, phát triển rễ, thân và lá của một số loài
cây7.
Như vậy Oligialginate là loại oligosacaride không chỉ thể hiện hiệu ứng tăng

trưởng rất tốt đối với nhiều loại thực vật mà cịn có khả năng tạo cho cây khả năng
kháng bệnh. Oligoalginate được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực nông nghiệp, y học
và công nghệ sinh học.
1.2.5 Công nghệ nuôi trồng thuỷ canh
1.2.5.1 Khái niệm thủy canh
Theo tiếng Hy lạp thì hydroponics (thủy canh), được ghép từ hai chữ hydro
(nước) và ponos (lao động), là hình thức canh tác trên các giá thể khơng phải là đất.
Thủy canh có thể sử dụng hoặc không sử dụng giá thể, cây trồng được cung cấp đầy
đủ dinh dưỡng và nước cho cây sinh trưởng và phát triển.
1.2.5.2 Lịch sử phát triển
Thủy canh đã được thực hiện từ nhiều thế kỉ trước ở vùng Amazon, Babylon, Ai
Cập, Trung Quốc và Ấn Độ. Người xưa đã sử dụng phân bón hịa tan để trồng dưa
chuột, dưa hấu và nhiều loại rau củ khác ở các lịng sơng đầy cát. Sau đó, các nhà sinh
lý thực vật bắt đầu trồng các loại cây trên những môi trường dinh dưỡng đặc biệt vì
mục đích thí nghiệm, họ gọi đó là nuôi cấy dinh dưỡng (nutriculture).
Những ứng dụng thực nghiệm của ‘nuôi cấy dinh dưỡng’ bắt đầu được chú ý vào
năm 1925, khi kỹ thuật nhà kính đặt ra nhiều vấn đề cần được quan tâm đặc biệt. Đất
trong nhà kính phải được thay thế thường xuyên để khắc phục các vấn đề về cấu trúc
9


Chương 1. Tổng quan tài liệu
đất, phân bón và sâu bọ. Kết quả là các nhà nghiên cứu bắt đầu quan tâm đến ưu thế
của nuôi cấy dinh dưỡng so với nuôi cấy trong đất theo kiểu truyền thống.
Thuật ngữ thủy canh (hydroponics) lần đầu tiên được Gericke (1937) giới thiệu
để mô tả tất cả các phương pháp nuôi trồng thực vật trong mơi trường lỏng cho mục
đích thương mại. Gericke (1929) cũng là người đầu tiên khảo sát, phát triển một
phương pháp nuôi trồng thực vật trong nước (dịch dinh dưỡng) khả thi về mặt kinh tế
cho mục đích thương mại.
Ngoài Gericke, nhiều nhà khoa học khác cũng đã đưa ra nhiều kỹ thuật và

phương pháp nuôi trồng thực vật không cần đất (soiless culture) trên qui mô thương
mại trong thập niên 1930 (Lauria, 1931; Eaton, 1936; Withorow và Biebel, 1936;
Mllard và Stoughton, 1939; Amon và Hoagland, 1940). Mặc dù các tiêu chuẩn khoa
học cơng nghệ thời kỳ đó đã có thể đáp ứng với việc trồng trọt khơng cần đất, song họ
vẫn khơng thể thành cơng khi tính về hiệu quả kinh tế. Tuy kết quả khảo sát trên qui
mô thương mại chưa khả quan, nhưng thủy canh vẫn thu hút được rất nhiều sự quan
tâm. Ý tưởng trồng các loại cây có sức sống tốt, sản xuất rau quả, trái cây và hoa
không cần đất hấp dẫn với nhiều người. Do đó, bên cạnh những người canh tác chuyên
nghiệp, nhiều nhà vườn nghiệp dư cũng cố gắng trồng nhiều loại cây khác nhau trong
hệ thống thủy canh.
Trong và ngay sau thế chiến thứ II, thủy canh được quân đội Hoa kỳ sử dụng khá
rộng rãi để trồng rau quả ở một số nơi mà đất bị nhiễm độc do chiến tranh. Trong suốt
hai thập niên 1950 và 1960, diện tích canh tác thủy canh trên tồn thế giới vẫn chưa có
ý nghĩa quan trọng và những nghiên cứu về chúng cịn rất ít. Tuy nhiên, một số tài liệu
có liên quan đến thành phần dịch dinh dưỡng cho hệ thống thủy canh đã được xuất bản
từ giai đoạn này (Jacobson, 1951; Steiner, 1961; 1966 và Hewitt, 1966). Đến cuối thập
niên 1960, mối quan tâm về áp dụng thủy canh trong qui mô thương mại tăng lên, thể
hiện rõ ở khối liên hiệp Anh, Hà Lan và các quốc gia Scandinavie.
Đến năm 1975, Cooper đưa ra kỹ thuật màng dinh dưỡng (NFT – nutrient film
technique), là kỹ thuật thủy canh đầu tiên được sử dụng trên qui mô lớn.
Trong tương lai, kỹ thuật thủy canh sẽ được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh
vực sản xuất thương mại. Mặc dù là một phương pháp còn rất mới mẻ, mới chỉ cơ bản
10


Chương 1. Tổng quan tài liệu
được áp dụng cho sản xuất thương mại khoảng 40 năm, song thủy canh đã cho thấy
tiềm năng phát triển cực kỳ to lớn của nó. Do khơng sử dụng đất khi trồng nên kỹ
thuật thủy canh có thể thích hợp với nhiều điều kiện khác nhau, từ vùng hải đảo đến
cao nguyên, từ vùng khô hạn đến vùng ẩm ướt. Điều này cho thấy tính hiệu quả và khả

năng phổ biến của kỹ thuật thủy canh là rất cao.

11


Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu

CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nơi thực hiện
Đề tài được thực hiện Tại Phịng thí nghiệm Nano Trung Tâm Công Nghệ Sinh
Học Tp. HCM.
Khoa Công nghệ sinh học, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành.
Các thí nghiệm trên hệ thống thủy canh được thực hiện tại Công ty Cổ phần Sài
Gòn Thủy canh (71C đường 28, khu phố 4, phường Hiệp Bình Chánh, Thủ Đức, Tp.
Hồ Chí Minh).
2.2 Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Chế tạo Oligoalginate bằng kỹ thuật bức xạ
Xác định trọng lượng phân tử của Oligoalginate bức xạ.
Nội dung 2: Khảo sát hiệu ứng của Oligoalginate trên rau trồng thủy canh tĩnh
theo liều xạ khác nhau
Nội dung 3: Khảo sát hiệu ứng của Oligoalginate trên rau trồng thủy canh hồi
lưu với liều xạ tối ưu
2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp bức xạ
Đây là phương pháp hữu hiệu và có nhiều ưu điểm. Bằng cách sử dụng bức xạ
ion hóa là tia gamma, tia siêu âm hay chùm điện tử gia tốc,v.v. Alginate sẽ bị cắt mạch
dưới tác dụng của bức xạ. Kỹ thuật bức xạ hiện tại chủ yếu sử dụng nguồn bức xạ
gamma (γ) phát ra từ đồng vị Co – 60 và bức xạ điện tử phát ra các máy gia tốc điện
tử (electron beam – EB).
2.3.2 Phương pháp định lượng phân tử

Sau khi bức xạ Alginate để thu Oligoalginate. Đo độ nhớt dung dịch của các sản
phẩm Oligoalginate ở các liều xạ. Trọng lượng phân tử Oligoalginate được tính theo
phương trình Mark – Houwink (K.L. Nge, et al. 2006)
[  ] = KMwα
12


Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Trong đó:
 [  ] là độ nhớt đặc trưng của mẫu Oligoalginate được xác định bằng nhớt kế
Ubelohde trong dung môi 0,1 M NaCl.
 K = 1,424 x 10-3
 α = 0,96
2.3.3 Phương pháp thuỷ canh
2.3.3.1 Phương pháp không hồi lưu
Phương pháp khơng tuần hồn này thì dung dịch dinh dưỡng khơng được tuần
hồn để tái sử dụng mà chỉ sử dụng một lần. Khi nồng độ dinh dưỡng giảm hoặc pH
hoặc Ec thay đổi, nó được thay thế bằng dung dịch mới.
Kỹ thuật ngâm rễ (root deeping technique): Cây được trồng trong chậu chứa các
giá thể trơ có đục lỗ để rể phát triển ra bên ngoài chậu và để trong một chậu lớn hơn
chứa dung dịch dinh dưỡng. Chậu giá thể chứa cây ngập trong dung dịch khoảng 2 –
3cm, một số rễ của cây được ngâm trong dung dịch còn một số khác lại nằm trong giá
thể tiếp xúc khơng khí nhiều hơn.

Khe hở

Chậu cây

Tấm chắn làm bằng xốp

Giá thể
Rễ hấp thu khí
Rễ ngâm trong
dinh dưỡng

Bể chứa
Mơi trường dinh dưỡng

Thí nghiệm được bố trí 7 nghiệm thức, 2 giống rau (cải bẹ xanh, cải ngọt), thí
nghiệm được lặp lại 3 lần.
7 nghiệm thức là:
 Môi trường dinh dưỡng đối chứng.

13