luận văn thạc sĩ xác định thành phần hóa học và đặc điểm cấu trúc của polysaccharide sulfate từ hải sâm stichopus horrens

BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

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

Dương Khánh Minh

XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ
ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA POLYSACCHARIDE SULFATE
TỪ HẢI SÂM STICHOPUS HORRENS

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Nha Trang - 2020


BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

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

Dương Khánh Minh

XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ
ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA POLYSACCHARIDE SULFATE
TỪ HẢI SÂM STICHOPUS HORRENS

Chun ngành:

Hóa Phân Tích

Mã số:

8440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Phạm Đức Thịnh

Nha Trang – 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng
dẫn của TS. Phạm Đức Thịnh, cùng sự giúp đỡ của tập thể cán bộ nghiên cứu
công tác tại Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang; Viện Vắc
xin và Sinh phẩm y tế. Các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực và
chưa từng được công bố.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam đoan trên.

Khánh Hòa, ngày

tháng năm

Tác giả

Dương Khánh Minh


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS. Phạm Đức Thịnh Phó Viện trưởng, Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang, đã trực
tiếp hướng dẫn, truyền đạt nhiều kinh nghiệm, kiến thức quý báu trong suốt quá
trình thực hiện luận văn.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công
nghệ, Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang và
Viện Vắc xin và Sinh phẩm y tế, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tơi hồn
thành khóa học và luận văn.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Học viện Khoa học và
Công nghệ đã tận tình giảng dạy, truyền đạt, trang bị cho tơi những kiến thức
quý báu trong suốt thời gian học tập.
Và cuối cùng tôi xin dành lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã ln đồng
hành, động viên và giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập và hồn thành luận
văn.
Luận văn này được hỗ trợ kinh phí từ đề tài mã số 106.02-2019.34.
Tôi xin chân thành cám ơn.

Khánh Hòa, ngày

tháng

Học viên

Dương Khánh Minh

năm


Danh mục các kí hiệu và chữ viết tắt
Kí hiệu

Tiếng Anh

Tên đầy đủ

HPLC

High Performance Liquid
Chromatography

Sắc ký lỏng hiệu năng
cao

IC

Ion Chromatography

Sắc kí trao đổi ion

GC-FID

Gas Chromatography – Flame
Ionization Detector

Sắc kí khí – đầu dị ion
hóa ngọn lửa

NMR

Nuclear Magnetic Resonance

Cộng hưởng từ hạt nhân
(CHTHN)

13

Carbon-13 NMR Spectroscopy

Phổ CHTHN carbon 13

Proton NMR Spectroscopy

Phổ CHTHN proton

IR

Infrared Spectroscopy

Phổ hồng ngoại

Fuc

Fucose

Đường fucose

Gal

Galactose

Đường galactose

Glc

Glucose

Đường glucose

N-Acetyl-galactosamine

Đường N-Acetyl
galactosamine

GlcA

Glucuronic acid

Đường Glucuronic axit

PS

Polysaccharide sulfate

FCS

Fucosylated chondroitin sulfate

FS

Fucan sulfate

1

C-NMR

H-NMR

GalNAc


CS

Chondroitin sulfate

EtOH

Ethanol

TCA

Triclorua acetic acid

TFA

Triflorua acetic acid

Cetavlon

Hexadecyl trimethyl ammonium
bromide

DEAE –
Macro prep

Diethylaminoethyl - Macro prep


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Hàm lượng protein và lipid trong hải sâm tại một số vùng biển trên
thế giới .............................................................................................................. 9
Bảng 1.2. Thành phần monosaccharide và nhóm sulfate của FCS từ một số
loài hải sâm ................................................................................................... ..14
Bảng 1.3. Các dạng sulfate hóa của các đơn vị phân nhánh của FCS từ các
loài hải sâm khác nhau .................................................................................. 20
Bảng 2.1. Các đỉnh phổ, vùng phổ đặc trưng của fucoidan xuất hiện trên
phổ hồng ngoại (IR) ....................................................................................... 39
Bảng 3.1. Hiệu suất chiết polysaccharide sulfate ở một số loài hải sâm. ...... 43
Bảng 3.2. Thành phần hóa học của PS dạng thơ của hải sâm Stichopus
horrens ............................................................................................................ 44
Bảng 3.3. Thành phần hóa học của PS phân đoạn F1, F2 của hải sâm
Stichopus horrens ............................................................................................ 49

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Hình thái chung bên ngồi của hải sâm .......................................... 8
Hình 1.2. Hải sâm Stichopus horrens,Selenka,1867. .................................... .11
Hình 1.3. Cấu trúc của fucan sulfate từ hải sâm Stichopus horrens ...........15
Hình 1.4. Cấu trúc của fucan sulfate từ hải sâm Stichopus japonicus, Kariya
và cộng sự ......................................................................................................16
Hình 1.5. Cấu trúc của fucan sulfate từ hải sâm Stichopus japonicus, Long Yu
và cộng sự ....................................................................................................... 16
Hình 1.6. Cấu trúc của fucan sulfate từ hải sâm Isostichopus badionotus... .17
Hình 1.7. Cấu trúc của fucan sulfate từ hải sâm Ludwigothurea grisea …...18
Hình 1.8. Cấu trúc của fucosylate chondroitin sulfate...................................19
Hình 1.9. Cấu trúc của một đơn vị trong chuỗi fucosylated chondroitin
sulfate…….......................................................................................................19
Hình 1.10. Cấu trúc đặc trưng của fucosylated chondroitin sulfate ở một số
loài hải sâm được nghiên cứu của nhiều tác giả. (a) β-D-glucuronic acid,
(GlcA). (b) N-acetyl- β-D-galactosamine, (GalNAc). (c) mạch nhánh fucose,
α-L-fucose…....................................................................................................21
Hình 2.1. Nguyên liệu hải sâm Stichopus horrens ......................................... 29
Hình 2.2. Quy trình chiết tách thu polysaccharide sulfate dạng thơ từ hải sâm
Stichopus horrens. ........................................................................................... 33
Hình 2.3. Quy trình tinh sạch polysaccharide sulfate bằng kỹ thuật sắc ký
trao đổi anion trên nhựa DEAE Macro-prep.................................................. 35
Hình 3.1. Tách phân đoạn PS từ hải sâm Stichopus horrens bằng phương
pháp sắc ký trao đổi ion. ................................................................................. 47
Hình 3.2. Sắc ký đồ IC thu được của dung dịch chuẩn của các đường đơn .. 50
Hình 3.3. Sắc ký đồ IC của thành phần đường đơn phân đoạn F1................ 51
Hình 3.4. Sắc ký đồ IC của thành phần đường đơn phân đoạn F2................ 51


Hình 3.5. Phổ hồng ngoại IR các phân đoạn F1 (A) và F2 (B) của PS ở hải

sâm Stichopus horrens .................................................................................... 54
Hình 3.6. Phổ 1H-NMR các phân đoạn F1 (A) và F2 (B) của PS ở hải sâm
Stichopus horrens ............................................................................................ 57
Hình 3.7. Cấu trúc của phân đoạn F1 (FCS1) của PS ở hải sâm Stichopus
horrens ............................................................................................................ 58
Hình 3.8.Phổ 13C-NMR phân đoạn F2 của PS ở hải sâm Stichopus horrens.59
Hình 3.9. Cấu trúc của phân đoạn F2 (FS2) của PS ở hải sâm Stichopus
horrens ............................................................................................................ 59


1

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 4
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: ......................................................................... 4
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: ..................................................................... 5
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: ...................................... 6
3.1. Đối tượng nghiên cứu: ....................................................................... 6
3.2. Phạm vi nghiên cứu: .......................................................................... 6
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: .................................................................. 6
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ..................... 6
5.1. Ý nghĩa khoa học: .............................................................................. 6
5.2. Ý nghĩa thực tiễn:............................................................................... 6
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ........................................................................... 7
1.1. GIỚI THIỆU VỀ HẢI SÂM ................................................................ 7
1.1.1. Giới thiệu chung về hải sâm ........................................................... 7
1.1.2. Hải sâm Stichopus horrens ........................................................... 10
1.1.2.1. Phân loại ................................................................................... 10
1.1.2.2. Đặc điểm hình thái và sinh sản ................................................ 11
1.1.2.3. Phân bố và môi trường sống .................................................... 12

1.2. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ POLYSACCHARIDE SULFATE TỪ HẢI
SÂM .......................................................................................................... 12
1.2.1. Thành phần hóa học của polysaccharide sulfate từ hải sâm .... 12
1.2.2. Thành phần đa dạng trong cấu trúc của polysaccharide sulfate
từ hải sâm................................................................................................. 15
1.2.2.1. Các nghiên cứu về thành phần Fucan sulfate .......................... 15
1.2.2.2. Các nghiên cứu về thành phần Fucosylate chondroitin sulfate18
1.2.3. Hoạt tính sinh học và ứng dụng của polysaccharide sulfate hải
sâm ............................................................................................................ 22
1.2.3.1. Hoạt tính chống đơng tụ máu và hình thành huyết khối của FCS
................................................................................................................ 22
1.2.3.2. Hoạt tính gây ức chế sự tổn thương mô ................................... 23


2

1.2.3.3. Hoạt tính kháng sự xâm nhập của vi sinh vật ngoại lai ........... 23
1.2.3.4. Hoạt tính ức chế sự phát triển của tế bào ............................... 24
1.2.3.5. Hoạt tính kháng ung thư và kháng viêm ................................... 24
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG
DỤNG CỦA POLYSACCHARIDE SULFATE TỪ HẢI SÂM Ở VIỆT
NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI ..................................................................... 25
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ NỘI DUNG
NGHIÊN CỨU ............................................................................................... 29
2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ............................................................... 29
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................... 29
2.1.2. Thiết bị - Dụng cụ - Hóa chất ...................................................... 30
2.1.2.1. Thiết bị ...................................................................................... 30
2.1.2.2. Dụng cụ ..................................................................................... 30
2.1.2.3. Hóa chất.................................................................................... 30

2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................ 31
2.2.1. Phương pháp chiết tách và phân đoạn polysaccharide sulfate từ
hải sâm Stichopus horrens ...................................................................... 31
2.2.1.1. Phương pháp chiết tách ............................................................ 31
2.2.1.2. Phương pháp tách phân đoạn................................................... 34
2.2.2. Các phương pháp phân tích thành phần hóa học của
polysaccharide sulfate............................................................................. 36
2.2.2.1. Phương pháp xác định hàm lượng tổng carbohydrate............. 36
2.2.2.2. Phương pháp xác định hàm lượng sulfate ............................... 36
2.2.2.3. Phương pháp xác định hàm lượng uronic acid ........................ 36
2.2.2.4. Phương pháp xác định hàm lượng protein ............................... 37
2.2.2.5. Phương pháp xác định thành phần đường đơn monosaccharide
................................................................................................................ 37
2.2.3. Các phương pháp phân tích phổ về cấu trúc của polysaccharide
sulfate ....................................................................................................... 38
2.2.3.1. Phương pháp phổ hồng ngoại IR ............................................. 38
2.2.3.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR .................... 40


3

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................... 42
3.1. TÁCH CHIẾT POLYSACCHARIDE SULFATE TỪ HẢI SÂM STICHOPUS
HORRENS VÀ THÀNH PHẦN HĨA HỌC CỦA POLYSACCHARIDE
SULFATE DẠNG THƠ................................................................................ 42
3.1.1. Tách chiết polysaccharide sulfate từ hải sâm Stichopus horrens
................................................................................................................... 42
3.1.2. Thành phần hóa học của polysaccharide sulfate dạng thô từ hải
sâm Stichopus horrens ............................................................................ 44
3.2. QUÁ TRÌNH TÁCH PHÂN ĐOẠN VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC

CÁC PHÂN ĐOẠN THU ĐƯỢC CỦA POLYSACCHARIDE SULFATE
TỪ HẢI SÂM STICHOPUS HORRENS .................................................. 46
3.2.1. Tách phân đoạn polysaccharide sulfate từ hải sâm Stichopus
horrens ...................................................................................................... 46
3.2.2. Thành phần hóa học các phân đoạn thu được của
polysaccharide sulfate từ hải sâm Stichopus horrens .......................... 48
3.3. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA POLYSACCHARIDE SULFATE CÓ
NGUỒN GỐC TỪ HẢI SÂM STICHOPUS HORRENS ......................... 53
3.3.1. Phổ hồng ngoại IR......................................................................... 53
3.3.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR ............................................. 55
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................ 61
4.1. KẾT LUẬN ........................................................................................ 61
4.2. KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 63
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 75


4

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Trong cuộc sống hiện nay, sức khỏe là một trong những mối quan tâm
hàng đầu; do đó, nhiều người có xu hướng lựa chọn sử dụng các thực phẩm có
nguồn gốc hữu cơ. Bên cạnh đó, các loại thực phẩm chức năng (TPCN) - là
những thực phẩm không chỉ chứa các chất dinh dưỡng mà cịn chứa nhiều chất
có hoạt tính sinh học như chống oxy hóa, kháng viêm,… được chiết tách, phân
lập từ các loài thực vật, động vật (như Curcumin được chiết xuất từ củ nghệ
tươi, Resveratrol có trong nho và quả mọng, polysaccharide từ các loài sinh vật
biển,…) cũng ngày càng được nhiều người quan tâm, sử dụng nhằm hỗ trợ tăng
sức đề kháng, giảm bớt các nguy cơ gây bệnh.

Sinh vật biển là một trong những đối tượng tiềm năng để thu nhận các
hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học. Nhiều sản phẩm từ các hợp chất thu
nhận từ sinh vật biển đã được thương mại hóa như Seavie hải sâm (gồm acid
amin, nguyên tố vi lượng, hoạt chất holothurin B từ hải sâm…), fucoidan từ
rong nâu,... Các loài động vật, thực vật biển rất giàu carbohydrate và chủ yếu ở
dạng polysaccharide sulfate (PS) [1]. Các nghiên cứu về PS từ sinh vật biển đã
chứng minh hợp chất này sở hữu một phổ rộng về các hoạt tính sinh học có lợi
như: chống tạo mạch, kháng u, chống đông máu, kháng viêm, chống tăng huyết
áp, chống huyết khối,... qua đó cho thấy tiềm năng ứng dụng cao của hợp chất
này trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: công nghiệp thực phẩm, dược phẩm
và mỹ phẩm [2, 3]. Trong số các sinh vật biển, hải sâm là một trong những lồi
có giá trị kinh tế cao, khơng chỉ là nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng với các
vitamin và khoáng chất, nhiều nghiên cứu cũng chỉ ra ở hải sâm cịn có nhiều
hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học như peptide, acid béo,
nortriterpene/triterpene glycoside và đặc biệt là PS [4, 5, 6]. PS từ hải sâm sở
hữu nhiều hoạt tính sinh học q như chống đơng tụ máu, kháng viêm, kháng
u, chống oxy hóa, chống ung thư… đã được chứng minh. Về mặt cấu trúc, các
polysaccharide sulfate từ hải sâm có thành phần hóa học và cấu trúc rất đa dạng,
phức tạp đặc biệt là cấu tạo của các mạch nhánh [7], từ đó dẫn đến sự khác nhau
về hoạt tính sinh học ở các polysaccharide sulfate từ các loài hải sâm.


5

Các polysaccharide sulfate ở hải sâm thuộc 2 nhóm chính là Fucosylated
Chondroitin Sulfate (FCS), là một polymer có mạch nhánh, cấu trúc được tạo
nên bởi các đơn vị lặp của disaccharide (1→3)-β-D-GalNAc-(1→4)-β-D-Gluc(1→n), có cấu trúc khác so với các PS được phân lập từ các động vật không
xương sống và động vật có xương sống khác, hay từ các lồi tảo biển; nhóm
thứ hai có thành phần chủ yếu là các gốc đường fucose và các nhóm sulfate,
được gọi là Fucan Sulfate (FS) [8], FS từ mỗi loài hải sâm có sự khác biệt chủ

yếu về mật độ và vị trí của các nhóm sulfate trong gốc đường fucose [9].
Hiện nay, ở Việt Nam các nghiên cứu về những hợp chất có hoạt tính
sinh học từ hải sâm cũng đã và đang được tiến hành tại Viện Hóa sinh Biển
(Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), tuy nhiên, chủ yếu tập trung
vào hợp chất tryterpene glycoside. Đối với hợp chất PS, cho đến nay mới chỉ
có cơng bố chính thức về hợp chất này từ 3 lồi Holothuria spinifera, Stichopus
variegatus và Holothuria atra trong số gần 70 loài hải sâm đã được xác định
trong vùng biển Việt Nam. Trong số các loài hải sâm tại Việt Nam, Stichopus
horrens là một trong số các lồi có trữ lượng tự nhiên lớn, phân bố tại nhiều
vùng biển bao gồm cả Nha Trang và đây là lợi thế về nguồn nguyên liệu để tiến
hành nghiên cứu về PS. Do đó, trong phạm vi nghiên cứu này, tôi tiến hành
thực hiện đề tài “Xác định thành phần hóa học và đặc điểm cấu trúc của
polysaccharide sulfate từ hải sâm Stichopus horrens” nhằm thu nhận, nghiên
cứu các đặc điểm cơ bản về cấu trúc của PS ở loài Stichopus horrens tại vùng
biển Nha Trang, từ đó định hướng cho các nghiên cứu ứng dụng PS từ loài hải
sâm này, cũng như làm cơ sở để tiến hành những nghiên cứu về PS từ những
loài hải sâm khác tại Việt Nam.
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:
Thu nhận và đánh giá sơ bộ cấu trúc của polysaccharide sulfate từ hải
sâm S. horrens, làm cơ sở để tiến hành các nghiên cứu về hoạt tính sinh học,
đánh giá mối liên hệ giữa hoạt tính và cấu trúc, từ đó định hướng cho các nghiên
cứu ứng dụng PS từ loài hải sâm này tại Việt Nam.


6

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:
3.1. Đối tượng nghiên cứu:
Polysaccharide sulfate chiết tách từ hải sâm S. horrens.
3.2. Phạm vi nghiên cứu:

Hải sâm S. horrens thu ở vùng biển Nha trang, Khánh Hòa vào tháng
12/2019.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:
- Chiết tách và thu nhận polysaccharide sulfate (PS) từ hải sâm S.
horrens.
- Tinh chế PS bằng kỹ thuật sắc ký trao đổi ion trên nhựa DEAE Macroprep.
- Xác định thành phần hóa học cơ bản của các phân đoạn PS ở hải sâm
S. horrens (tổng carbohydrate, hàm lượng sulfate, hàm lượng uronic acid, hàm
lượng protein, thành phần đường đơn).
- Xác định một số đặc điểm cấu trúc của các phân đoạn PS ở loài hải sâm
S. horrens.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
5.1. Ý nghĩa khoa học:
Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp các số liệu khoa học về thành
phần hóa học và đặc điểm cấu trúc của polysaccharide sulfate (PS) ở loài hải
sâm S. horrens tại Việt Nam.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu được dùng làm cơ sở để tiến hành các nghiên cứu
sâu hơn về cấu trúc và hoạt tính sinh học của PS chiết tách từ lồi hải sâm S.
horrens, từ đó định hướng ứng dụng hợp chất này vào lĩnh vực y dược hay làm
thực phẩm chức năng sử dụng cho con người.


7

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU VỀ HẢI SÂM
1.1.1. Giới thiệu chung về hải sâm
Hải sâm là nhóm sinh vật biển, rất phong phú và đa dạng các loài, sinh
sống ở tầng đáy, thuộc ngành da gai (Echinodermata), lớp hải sâm

(Holothuroidea). Tên thông dụng của hải sâm là dưa chuột biển, ngồi ra cịn
có các tên thường gọi như đỉa biển, hải thử, sa tốn. Hải sâm có vai trị quan
trọng trong hệ sinh thái [10]. Về hình thái, hải sâm thường có kích thước lớn
màu nâu đậm, cơ thể thon dài dạng hình trụ, rỗng hoặc đặc bên trong tùy thuộc
vào lồi, tạo nên hình dạng đối xứng 2 bên, cấu tạo bên ngoài gồm miệng nằm
ở mặt bụng, quanh miệng có 20 xúc tu, hậu mơn nằm cuối thân. Mặt lưng có 23 hàng gai thịt lớn, dạng hình nón khá dài, chạy dọc theo hai đường biên lưng
của cơ thể. Những chiếc gai thịt dài, cũng xuất hiện ở mặt bên và phần rìa bụng.
Một số lồi phẳng phần lưng hoặc bụng, một số loài đã phát triển kênh hô hấp.
Chân bám được sắp xếp dọc theo các vịng của phần bụng. Chân ống hình trụ,
nhỏ và dài, cuối chân có đĩa bám (Hình 1.1) [11]. Một đặc điểm khác của hải
sâm là có số lượng lớn khung xương cacbonat (ossicle), có nguồn gốc từ phơi
[12]. Hải sâm thường ăn các xác chết của động vật, sinh vật phù du và các chất
hữu cơ dưới biển. Phần lớn chúng sử dụng các loại chất nền dưới đáy biển trong
suốt quá trình trưởng thành. Hải sâm thường bắt mồi - là những lồi trơi lơ lửng
trong sóng - bằng cách sử dụng các xúc tu [13]. Hải sâm sinh sản bằng cách
phóng tinh trùng và trứng vào nước biển, sau đó trứng được thụ tinh, và phát
triển ngồi cơ thể con cái. Tuyến sinh dục nằm ở phần trước của lưng, trong
quá trình sinh sản, con đực và con cái nâng nửa thân trước lên, con đực thụ tinh,
sau đó con cái sinh sản. Trứng và tinh trùng được tạo ra theo cách này được thụ
tinh trong biển và bắt đầu phát triển. Số lượng trứng của một con cái khoảng
500.000 đến 10 triệu quả và nở trong 2 ngày ở nhiệt độ nước 20 °C.


8

Hình 1.1. Hình thái chung bên ngồi của hải sâm [13]
Hải sâm được tìm thấy ở hầu hết các mơi trường đáy biển, nhưng đa dạng
nhất là ở các rạn san hô nhiệt đới. Chúng phân bố dọc theo thềm lục địa, từ
vùng triều đến vùng biển khơi sâu và được tìm thấy ở hầu hết các loại nền đáy.
Hiện nay, trên thế giới ghi nhận khoảng 1400 loài hải sâm thuộc 6 bộ, 25 họ

[14]. Ở Việt Nam, khoảng 70 lồi đã được xác định, trong đó Khánh Hịa và
Cơn Đảo là một trong những khu vực có số lượng lớn các lồi có giá trị kinh tế
cao như các loài trong họ Holothuriidae (Holothuria, Stichopus), Cucumaridae
(Colochirus, Cucumaria) và Sinaptidae (Protankyra) [15].
Hải sâm đã được sử dụng từ rất lâu làm một thực phẩm hay một vị thuốc
trong đông y, do có giá trị dinh dưỡng cao cùng khả năng chữa một số bệnh
như thấp khớp, cao huyết áp, hen suyễn,…[16, 17]. Một số hợp chất dinh dưỡng
ở hải sâm như protein (các axit amin), chất béo (lipid), axit béo, hàm lượng
khoáng (Ca, Mg, Fe, Zn), Vitamin A, Vitamin B1 (thiamine), Vitamin B2
(riboflavin), Vitamin B3 (niacin) và các nguyên tố vi lượng,... [18, 19]. Dạng
thể keo (colagen) chiếm 40 ÷ 60 % tổng số protein chứa trong mô của hải sâm.
Với phần lớn là dạng keo này nên protein trong hải sâm rất dễ tiêu hóa, thường
phù hợp để tăng cường sức khỏe, tránh suy nhược cơ thể, đặc biệt là đối với
người cao tuổi. Hàm lượng lipid trong hải sâm thấp nhưng lại chứa các hợp
chất đặc biệt như phospholipid, monoglyceride, diglyceride, triglyceride, acid


9

béo no và không no (34 loại acid béo), trong đó acid béo khơng bão hịa chiếm
ưu thế và các acid béo có nhiều nối đơi chiếm từ 43,1-75,0% gồm: linoleic,
arachidoric, eicosatrrienic, eicosapentaenoic, là các acid béo không thể thay thế
có hoạt tính sinh học cao, là tiền chất của prostaglandin một loại dược phẩm
quý. Chất hexosamines có nhiều trong hải sâm, trong đó glucosamine trong hải
sâm với hàm lượng trong mơ cơ là 0,11 ÷ 0,12 % (trọng lượng khơ) có tác dụng
kháng vi khuẩn, kìm hãm sự phát triển của khối u ác tính sẽ mở ra triển vọng
điều trị bệnh ung thư trong tương lai [20]. Chất holothurinosides là các saponin
pentasaccharide khơng có sự sulfate hóa được chiết từ hải sâm có hoạt tính
chống oxy hóa tế bào và chống sự phát triển của tế bào, vì vậy cũng được sử
dụng để hạn chế sự phát triển của tế bào ung thư, cũng như quá trình điều trị

bệnh ung thư trong tương lai gần [20]. Ngoài ra, cịn chứa nhiều loại axit amin
thiết yếu có tỉ lệ lớn như glycine, glutamic acid, aspartic acid, alanine, và
arginine [18, 19, 21]. Hàm lượng trung bình của protein và lipid ở hải sâm từ
các vùng biển trên thế giới được thể hiện trong bảng 1.1.
Bảng 1.1 Hàm lượng protein và lipid trong hải sâm tại
một số vùng biển trên thế giới [21].
Hàm lượng % trọng lượng khơ
TT

Vùng biển
Protein

Lipid

55,0 ÷ 65,0

0,7

64,0

0,8

1

Địa Trung Hải

2

Trung Quốc - Nhật Bản

3

Ấn Độ Dương-Thái Bình Dương

32,0 ÷ 52,0

0,5 ÷ 0,7

4

Liên Xô (cũ)

60,0 ÷ 65,0

0,1 ÷ 0,8

5

Nha Trang- Khánh Hịa

40,76 ÷ 77,54

0,1 ÷ 0,65

Trong mơ cơ của một số lồi hải sâm chứa nhiều thành phần khống vi
lượng như sắt (Fe), magie (Mg), selen (Se), kẽm (Zn)… và một số nguyên tố
vi lượng quý hiếm như Se, là một trong những khống chất vi lượng thiết yếu,
có thể ngăn chặn những rối loạn chuyển hóa, làm chậm q trình lão hóa và

10

phịng chống một số bệnh mãn tính; là chất giải độc, vơ hiệu hóa các kim loại
nặng, đi vào cơ thể qua đường ăn uống như chì và thủy ngân, để thải ra nước
tiểu [22, 23].
Trong số các hợp chất có giá trị ở hải sâm phải kể đến các polysaccharide
sulfate (PS) hay glycosaminoglycans (GAGs), với nhiều hoạt tính sinh học quý
như: chống tạo mạch, kháng u, chống đông máu, kháng viêm, chống tăng huyết
áp, chống huyết khối,…[2, 3, 24].
1.1.2. Hải sâm Stichopus horrens
1.1.2.1. Phân loại
Họ Stichopodidae lần đầu tiên được đề xuất bởi Haeckel, với tên gọi
“Stichopodida”, để phù hợp với chi Stichopus và Thelenota. Đặc điểm mà phân
chia họ này, với những họ khác là ở sự đặc biệt của 2 tuyến sinh dục. Hiện nay,
họ Stichopodidae bao gồm 9 chi và 35 loài phân bố khắp nơi. Chi Stichopus và
Thelenota là 2 giống đầu tiên được phân loại vào trong họ này [22].
Lớp Holothuroidea
Phân lớp Holothuriacea.
Bộ Synallactida.
Họ Stichopodidae.
Chi Stichopus.
Loài Stichopus horrens.


11

Hình 1.2. Hải sâm Stichopus horrens, Selenka, 1867.
1.1.2.2. Đặc điểm hình thái và sinh sản
S. horrens có hình dạng cơ thể gần giống hình tứ giác ở mặt cắt ngang
với bề mặt cứng và thơ; có nếp nhăn ở phần giữa lưng. Cơ thể nhiều gai lớn

như trái sầu riêng. Mặt lưng có 2-3 hàng gai thịt lớn dạng hình nón khá dài chạy
dọc theo hai đường biên lưng cơ thể. Chủ yếu có màu nâu sẫm và vàng nhạt,
với từng đốm nâu trắng li ti dọc thân. Khoang miệng có một vài gai nhỏ. Chân
của hải sâm bị giới hạn trong 3 phần với phần giữa gồm nhiều hàng chân dạng
sợi nhưng mật độ lại ít hơn, nền màu trắng kem với những đốm nâu chạy dọc
phần bụng với 20 xúc tu hình tấm khiên. Ở phần lưng, có nhiều các trâm hình
trịn và trâm que hình chữ C. Những mảng hình trịn ở phần lưng với 4 lỗ ở
trung tâm, 9-12 lỗ ngoại biên xung quanh bề mặt trơn, 4 cái gai với chiều cao
trung bình tạo thành cột tháp nhọn hình chữ thập. Các mẫu xương nhỏ ở vùng
vây lưng bao gồm các hình vịng giống các trâm gai với các lỗ trên bề mặt tạo
ra hình như chữ C và dây, có một cái trâm tháp lớn gồm 4 cái gai hợp lại với
nhau tạo thành một cái tháp gai nhọn ở trung tâm. Trên bề mặt các phần trâm
gai hình que đều thơ và gồ ghề, đặc biệt ở hai đầu thu hẹp lại thành gai; ở trung
tâm có các nhánh gai phức tạp, có lỗ. Ở các trâm gai viền nhơ đục lỗ có 6 tới
12 lỗ khơng đều; kích thước nhỏ hơn so với chân ống. Chân ống có trâm lớn,
tấm đa điểm và trâm tháp. Trâm gai lớn có tấm trung tâm với đục lỗ; bề mặt
thanh gồ ghề và được phủ bởi các gai nhỏ. Trong các xúc tu, các tiểu xương


12

bao gồm các que có kích thước và độ dày khác nhau. Tất cả các trâm gai có bề
mặt thơ và bảo phủ bởi các gai nhỏ; các trâm gai nhỏ thường hay thẳng, trong
khi các trâm gai lớn hơn đều cong thành quai [25]. Loài này thể hiện màu sắc
cơ thể đa dạng, trong các mẫu vật từ các nơi khác nhau. Trọng lượng trung bình
của lồi hải sâm này từ 200 đến 500 g, chiều dài khoảng 20 cm [26, 27]. Các
loài của lớp Holothuroidea là gonochoric và chỉ có một tuyến sinh dục. Vịng
đời: Phơi phát triển thành ấu trùng planktotrophic (auricularia) sau đó thành ấu
trùng doliolaria rồi biến chất thành hải sâm chưa trưởng thành. Ngoài ra, chúng
cũng có thể sinh sản vơ tính bằng cách phân hạch (các cá thể sống tự phân chia

theo cách co thắt dần dần, sau một thời gian có thể tách ra thành hai cá thể riêng
biệt).
1.1.2.3. Phân bố và mơi trường sống
S. horrens được tìm thấy nhiều ở các rạn san hô, bên dưới những tảng đá
bè lớn từ độ sâu từ 2 đến 20 m. Ở những nơi khác, nó xuất hiện phổ biến trên
các khu vực đá vụn và cát; ẩn dưới đá hoặc san hô chết, hoạt động nhiều vào
ban đêm, ẩn nấp trong các kẽ hở vào ban ngày. Mật độ quần thể của loài này
không cao. Chúng hay ngụy trang thêm lớp cát trên lưng, đồng thời để giữ mát
cho cơ thể và tránh tia nắng mặt trời.
Hải sâm S. horrens phân bố phổ biến nhiều nơi trên thế giới như ở các nước
Nhật Bản, Australia, Ấn Độ, Malaysia, Trung Quốc và các vùng biển ở Đông Phi.
Ở Việt Nam, phân bố chủ yếu ở các vùng biển Phú Quốc, Côn Đảo, Kiên Giang,
Khánh Hòa , Phú Yên, Quảng Ninh, Hải Phòng, Vũng Tàu,... [21].
1.2. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ POLYSACCHARIDE SULFATE TỪ HẢI
SÂM
1.2.1. Thành phần hóa học của polysaccharide sulfate từ hải sâm
Các nghiên cứu về PS được chiết tách từ các loài hải sâm khác nhau trên
thế giới chứng minh thành phần hóa học như hàm lượng carbohydrate, thành
phần và tỉ lệ giữa các gốc đường đơn (monosaccharide), hàm lượng sulfate và
các thành phần khác rất đa dạng. Các điều kiện môi trường sống khác nhau giữa
các loài hải sâm cũng là một yếu tố tạo nên sự đa dạng này. Trong nghiên cứu


13

của Ustyuzhanina và cộng sự năm 2018, kết quả cho thấy thành phần hóa học
của PS với tỉ lệ phần trăm về khối lượng khác nhau của hàm lượng sulfate
25,1%; hàm lượng uronic acid 4,7% và các thành phần đường đơn fucose là
23,2%, galactosamine là 3.1% của loài hải sâm S horrens [28]. Tác giả Phạm
Đức Thịnh và cộng sự, năm 2018 nghiên cứu về PS của loài hải sâm Stichopus

variegatus [29], cho các kết quả về thành phần hóa học như hàm lượng
carbohydrate là 45,8%, hàm lượng sulfate 32%, hàm lượng protein là 7,5%,
bên cạnh đó kết quả thành phần đường đơn của PS thu nhận được rất đa dạng
gồm fucose, galactose, glucuronic acid và N-acetyl-galactosamine với các tỷ lệ
mol khác nhau. Trong nghiên cứu của Li và cộng sự năm 2020 [30] về loài hải
sâm Stichopus chloronotus, kết quả phân tích thành phần hóa học thu được hàm
lượng tổng carbohydrate rất cao là 63,4%, cùng với hàm lượng sulfate 35,7%,
tỷ lệ mol giữa gốc đường đơn fucose và sulfate cao 1,0:1,3. Thành phần đường
đơn của PS thu nhận được từ loài hải sâm Cucumaria frondosa trong nghiên
cứu của Varsa Kale năm 2013 [31] vô cùng đa dạng gồm nhiều gốc đường đơn
N-acetylneuraminic acid, mannose, N-acetylglucosamine , galactose, fucose,
glucose với tỷ lệ mol khác nhau. PS được chiết tách từ các lồi hải sâm thuộc
2 nhóm chính là Fucosylated Chondroitin Sulfate (FCS) và Fucan Sulfate (FS).
Thành phần đường đơn (monosaccharide) chủ yếu là các gốc đường fucose.
Thành phần đường đơn (monosaccharide) của FCS trong các nghiên cứu đã
công bố bao gồm nhiều loại monosaccharide khác nhau, phổ biến nhất là Dglucuronic acid và D-glucosamine với tỉ lệ xấp xỉ nhau. Sự khác biệt lớn đến
từ tỉ lệ của gốc fucose và nhóm thế sulfate, đây là hai thành phần thường chiếm
ưu thế, ngồi ra, sự khác biệt này khơng chỉ phụ thuộc vào các loài hải sâm
khác nhau mà còn bị ảnh hưởng bởi phương pháp, kỹ thuật sử dụng để tiến
hành chiết tách [7]. Thành phần hóa học với các tỉ lệ monosaccharide và nhóm
sulfate của FCS ở một số loài hải sâm được thể hiện ở bảng 1.2.


14

Bảng 1.2. Thành phần monosaccharide và nhóm sulfate của FCS
từ một số lồi hải sâm [7]
Lồi hải sâm

Thành phần hóa học (tỉ lệ mol)

(U:N:F:-OSO3-) *

Stichopus variegatus

1:0,83:1,07:3,82

Stichopus tremulus

1:0,8:1,2:3,0

Isostichopus badionotus

1:0,7:0,9:3,1

Stichopus japonicus

1:0,88:0,85:3,68
1:1,14:1,06:4,56
1:0,85:2,36:4,63

Stichopus japonicus

1:1,19:2,83:4,39
1:1:1:4,7
1:1,29:0,18:1,86
1:0,85:1,85:2,04

Ludwigothurea grisea

1:1,10:1,07:2,93

1:0,8:1,5:2,6

Pearsonothuria graeffei
Holothuria vagabunda

1:0,8:1,3:2,5
1:1,1:0,9:2,7
1:1,06:0,89:3,83

Holothuria leucospilota

1:1,04:0,81:2,06

Holothuria atra

1:0,87:0,69:2,35

Holothuria scabra

1:0,78:0,53:1,34

Holothuria nobilis

1:0,96:0,82:2,99

Holothuria edulis

1:1,28:0,82:3,5

* U: Glucuronic acid; N: α-glucosamine; F: Fucose.

15

1.2.2. Thành phần đa dạng trong cấu trúc của polysaccharide sulfate
từ hải sâm
1.2.2.1. Các nghiên cứu về thành phần Fucan sulfate
Các cơng bố về Fucan sulfate ở các lồi hải sâm khác nhau trên thế giới
chỉ ra FS có cấu trúc rất đa dạng. Thành phần Fucan sulfate (FS) ở các lồi hải
sâm có các cấu trúc đặc trưng riêng, điều này được chứng minh trong kết quả
nghiên cứu về hợp chất này ở các loài hải sâm khác nhau trên thế giới. Như
trong nghiên cứu của Ustyuzhanina và cộng sự năm 2018, FS ở loài hải sâm S.
horrens sau khi chiết tách được tinh chế bằng kỹ thuật sắc kí trao đổi ion [28].
Kết quả nghiên cứu về cấu trúc sau đó cho thấy, mạch của FS thu nhận được
tạo nên bởi các đơn vị 3-α-L-fucopyranose 2-sulfate, nhóm sulfate liên kết tại
vị trí O-2 và O-4 của vịng fucosyl (hình 1.3).

Hình 1.3. Cấu trúc của fucan sulfate từ hải sâm Stichopus horrens [28]
Cùng nghiên cứu về chi Stichopus, Kariya và cộng sự đã công bố kết quả
nghiên cứu về FS thu nhận từ loài hải sâm Stichopus japonicus [20]; theo đó,
cấu tạo mạch của FS này được tạo nên bởi các gốc đường đơn Fuc(2OSO3-) và
Fuc(2,4OSO3-) (hình 1.4).


16

Hình 1.4. Cấu trúc của fucan sulfate từ hải sâm Stichopus japonicus,
Kariya và cộng sự [20]
Vào năm 2015, một cấu trúc mới dạng mạch nhánh của FS, thu nhận từ
loài hải sâm Acaudina molpadioides, đã được công bố trong nghiên cứu của

Long Yu và cộng sự [32]. Cấu trúc này hoàn toàn khác so với cấu trúc của PS
của loài hải sâm Stichopus japonicus đã được cơng bố trước đó (Hình 1.5).

Hình 1.5. Cấu trúc của fucan sulfate từ hải sâm Acaudina molpadioides,
Long Yu và cộng sự [32]
Cùng năm 2015, Wu và các cộng sự đã tiến hành thu nhận và nghiên cứu
cấu trúc của FS từ 4 loài hải sâm khác nhau gồm Pearsonothuria graeffei,
Holothuria vagabunda, Stichopus tremulu và Isostichopus badionotus [33].