luận văn thạc sĩ xác định một số tính chất hóa lý và đặc điểm cấu trúc của pectin từ cỏ biển enhalus acoroides ở khánh hòa

BỘ GIÁO DỤC

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ ĐÀO TẠO

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

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

Huỳnh Ánh Quốc

XÁC ĐỊNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT HĨA LÝ
VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÖC CỦA PECTIN TỪ CỎ BIỂN
ENHALUS ACOROIDES Ở KHÁNH HÕA

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Nha Trang – 2020


BỘ GIÁO DỤC

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ ĐÀO TẠO

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

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

Huỳnh Ánh Quốc

XÁC ĐỊNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT HĨA LÝ
VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÖC CỦA PECTIN TỪ CỎ BIỂN
ENHALUS ACOROIDES Ở KHÁNH HÕA

Chun ngành: Hóa phân tích
Mã số: 8440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Phạm Đức Thịnh
Nha Trang – 2020


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi dƣới sự
hƣớng dẫn của TS. Phạm Đức Thịnh và tham khảo thêm các tài liệu đã đƣợc
cơng bố trƣớc đó có nguồn gốc rõ ràng. Các số liệu nêu trong luận văn là kết
quả làm việc của tơi trong suốt q trình thực nghiệm tại Viện Nghiên cứu và
Ứng dụng công nghệ Nha trang, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam và tại đơn vị Trung tâm Kiểm soát bệnh tật nơi tôi đang công tác.

Nha Trang, tháng 12 năm 2020
Tác giả

Huỳnh Ánh Quốc


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Lãnh đạo Học viện
Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa học và
Phịng Đào tạo đã tổ chức công tác giảng dạy, tạo mọi điều kiện thuận lợi
giúp tơi hồn thiện luận văn và các thủ tục cần thiết.
Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc đến thầy TS. Phạm Đức
Thịnh – Phó Viện trƣởng Viện nghiên cứu và Ứng dụng cơng nghệ Nha
Trang đã ln tận tâm, nhiệt tình giúp đỡ, hƣớng dẫn và cho tơi nhiều góp ý
trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Bên cạnh đó, tơi chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện về mọi
mặt của Lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang
cũng nhƣ các anh chị em cơng tác tại phịng Hóa Phân tích đã tạo mọi điều
kiện tốt nhất để tôi làm thực nghiệm và ln động viên, giúp đỡ để tơi hồn
thành đề tài luận văn này.
Trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi cũng đã nhận đƣợc
nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy cơ, bạn bè và gia đình để hồn thành
luận văn.
Tơi xin cảm ơn Trung tâm Kiểm sốt bệnh tật Ninh Thuận, đơn vị tơi
đang cơng tác đã tạo kiện cho tơi thời gian thực hiện khóa luận.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, ngƣời thân
và bạn bè đã ln bên cạnh chia sẽ khó khăn và động viên giúp tơi hồn thành
khóa luận tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, tháng 12 năm 2020
Học viên

Huỳnh Ánh Quốc

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

As

Arsen

Asen

BSA

Bovine Serum Albumin

Albumin huyết thanh
bò

Cd

Cadmium

Cadmi

Carbon-13 NMR
Spectroscopy

Phổ CHTHN Carbon 13

DE

Degree of esterification

Mức độ ester hóa

DMSO

Dimethylsulfoxide

Dimetylsulfoxide

DMSP

Dimethylsulfoniopropionate

Dimetylsulfopropionat

DPPH

1,1-diphenyl-2picrylhyrazyl

1,1-diphenyl-2picrylhyrazyl

DW

Dry weight

Trọng lƣợng khơ

EtOH

Ethanol

Etanol

Fuc

Fucose

Đƣờng fucose

Fucf

Fucofuranose

Fucofuranose

Fucp

Fucopyranose

Fucopyranose

Gal

Galactose

Đƣờng galactose

GalpA

Galactosyluronic

Galactosyluronic

GIT

Gastrointestinal tract

Đƣờng tiêu hóa

13

C-NMR


GlcpA

Glucoronosyl acid

Acid glucoronosyl

Gluc

Glucose

Đƣờng glucose

GlucA

Glucuronic acid

Acid glucuronic

Gly

Glycoside

Glycoxit

GPC

Gel permeation
chromatography

Sắc ký lọc gel

HDL

High Density Lipoprotein

Lipoprotein có tỉ trọng
cao

HG

Homogalacturonan

Homogalacturonan

HM

High Methoxyl

Metoxyl hóa cao

HMP

High Methoxyl Pectin

Pectin có độ metoxyl
hóa cao

HPLC

High Performance Liquid
Chromatography

Sắc ký lỏng hiệu năng
cao

Proton NMR Spectroscopy

Phổ CHTHN proton

HT29

Colorectal cancer cell line

Dòng tế bào gây ung thƣ
ruột kết

IR

Infrared Spectroscopy

Phổ hồng ngoại

LDL

Low Density Lipoprotein

Lipoprotein có tỉ trọng
thấp

LM

Low Methoxyl

Metoxyl hóa thấp

LMP

Low Methoxyl Pectin

Pectin có độ metoxyl

1

H-NMR


hóa thấp
Man

Mannose

Đƣờng mannose

MDR

Multidrug resistant

Đa kháng thuốc

MeOH

Methanol

Metanol

MI

Methoxyl Index

Chỉ số metoxyl

MT

Metallothioneins

Metallotionein

NMR

Nuclear Magnetic
Resonance

Cộng hƣởng từ hạt nhân
(CHTHN)

PC

Phytochelatin

Phytochelatin

RG-I

Rhamnogalacturonan I

Ramnogalacturonan

RG-II

Rhamnogalacturonan II

Ramnogalacturonan II

Rhap

Rhamnosyl

Ramnosyl

TFA

Trifluoroacetic axid

Acid trifluoroacetic

UNEP

United Nations
Environment Programme

Chƣơng trình mơi
trƣờng Liên hiệp quốc

XGA

Xylogalacturonan

Xylogalacturonan

Xyl

Xylose

Đƣờng xylose

Xylp

Xylosyl

Gốc xylosyl


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Hàm lƣợng pectin trong các loại nguyên liệu khác nhau…………19
Bảng 3.1: Các giá trị mật độ quang mẫu chuẩn chuẩn xác định hàm lƣợng
carbohydrate tổng bằng phƣơng pháp phenol – acid sulfuric…….….……...55
Bảng 3.2: Các giá trị mật độ quang của mẫu chuẩn xác định hàm lƣợng uronic
acid bằng phƣơng pháp Carbazole……………………..…………….……...56
Bảng 3.3: Thành phần hóa học của pectin từ E. acoroides ……….…..…….57
Bảng 3.4: Các giá trị mật độ quang của mẫu chuẩn xác định hàm lƣợng
sulfate bằng phƣơng pháp K2SO4………………………………….….……..58
Bảng 3.5: Thành phần monosaccharide của pectin từ các loài khác
nhau…………………………………………………………….….…….…..61
Bảng 3.6: Các chỉ số đặc trƣng của pectin từ phần rễ, thân và lá của cỏ biển
E.acoroides…………………………………………………………………..65


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Hình thái chung của cỏ biển………………………………………..9

Hình 1.2: Cỏ biển Enhalus acoroides ……….……….……………………..11
Hình 1.3: Cấu trúc hóa học của pectin……………………..………………..20
Hình 1.4: Pectin trong cấu tạo của thành tế bào thực vật…………………....21
Hình 1.5: Các dạng cấu trúc hóa học của pectin…………………………….22
Hình 1.6: Cấu trúc của pectin có mức độ methoxyl hóa cao…….…………..23
Hình 1.7: Cấu trúc của pectin có mức độ methoxyl hóa thấp……………….23
Hình 1.8: Cấu trúc chính của homogalacturonan……………………………24
Hình 1.9: Mơ hình đặc điểm cấu trúc của Rhamnogalacturonan-I…………..25
Hình 2.1: Các bộ phận của cỏ biển Enhalus acoroides.…………………….40
Hình 2.2: Sơ đồ khối về nội dung nghiên cứu của đề tài.…………………...43
Hình 2.3: Sơ đồ chiết tách và thu nhận pectin từ cỏ biển ………...………...44
Hình 3.1: Sự phân bố hàm lƣợng pectin trong cỏ biển E.acoroides………...52
Hình 3.2: Các giai đoạn xử lý cỏ biển……………………………………….52
Hình 3.3: Dịch chiết pectin…………………………………………………..53
Hình 3.4: Chế phẩm pectin thơ sau khi sấy khơ……………………………..53
Hình 3.5: Đƣờng chuẩn xác định hàm lƣợng carbohydrate ………………...55
Hình 3.6: Đƣờng chuẩn xác định hàm lƣợng uronic acid …………………..56
Hình 3.7: Thành phần hóa học của 2 phân đoạn pectin từ E.acoroides .........57
Hình 3.8: Đƣờng chuẩn xác định hàm lƣợng sulfat………………….……...59
Hình 3.9: Sắc ký đồ HPLC của các mẫu đƣờng đơn chuẩn…………………60
Hình 3.10: Sắc ký đồ HPLC mẫu pectin chiết tách từ cỏ biển E.acoroides…60
Hình 3.11: Phổ IR của phân đoạn F2 – rễ của cỏ biển E.acoroides ………...66
Hình 3.12: Phổ IR của phân đoạn F2 – thân của cỏ biển E.acoroides …..…..66


Hình 3.13: Phổ IR của phân đoạn F2 – lá của cỏ biển E.acoroides ………...67


1

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 5
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................. 8
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỎ BIỂN ................................................... 8
1.1.1. Giới thiệu và sự phân bố cỏ biển .................................................... 8
1.1.1.1. Giới thiệu chung về cỏ biển ......................................................... 8
1.1.1.2. Cỏ biển Enhalus acoroides ........................................................ 11
1.1.1.3. Phân bố của hệ sinh thái cỏ biển .............................................. 12
1.1.2. Một số thành phần hóa học của cỏ biển ....................................... 14
1.1.2.1. Thành phần hóa học của cỏ biển............................................... 14
1.1.2.2. Một số hợp chất có hoạt tính sinh học ở cỏ biển....................... 15
1.2.1. Giới thiệu chung về pectin............................................................ 18
1.2.2. Đa dạng cấu trúc của pectin ......................................................... 19
1.2.2.1. Cấu tạo chung ............................................................................ 19
1.2.2.2. Cấu trúc hóa học của pectin ở vách tế bào sơ cấp ................... 23
1.2.3. Tính chất của pectin ..................................................................... 26
1.2.3.1. Tính chất hóa học của pectin .................................................... 26
1.2.3.2. Tính chất vật lý của pectin......................................................... 27
1.2.4. Hoạt tính sinh học và ứng dụng của pectin .................................. 28
1.2.4.1. Hoạt tính sinh học ..................................................................... 28
1.2.4.2. Ứng dụng của pectin.................................................................. 30
1.3. TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH PECTIN ....... 32
1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CẤU TRÚC PECTIN ............. 34
1.4.1.1. Xác định thành phần đường đơn ............................................... 35
1.4.1.2. Xác định chỉ số methoxyl hóa và chỉ số ester hóa ..................... 35


2

1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PECTIN TỪ CỎ BIỂN TRÊN THẾ

GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ............................................................................. 36
1.5.1. Tình hình nghiên cứu pectin từ cỏ biển trên thế giới ................... 36
1.5.2. Tình hình nghiên cứu pectin từ cỏ biển ở Việt Nam .................... 38
CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 40
2.1. VẬT LIỆU VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ................................... 40
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................... 40
2.1.2. Dụng cụ - Thiết bị - Hóa chất ....................................................... 40
2.1.2.1. Dụng cụ...................................................................................... 40
2.1.2.2. Thiết bị ....................................................................................... 41
2.1.2.3. Hóa chất .................................................................................... 41
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 41
2.2.1. Cách tiếp cận các nội dung nghiên cứu đề tài .............................. 41
2.2.2. Chiết tách và thu nhận pectin ....................................................... 44
2.2.3. Phƣơng pháp xác định tính chất lƣu biến gel của pectin .............. 45
2.2.4. Phƣơng pháp xác định thành phần hóa học của pectin ................ 45
2.2.4.1. Phương pháp xác định hàm lượng tổng carbohydrate ............. 45
2.2.4.2. Phương pháp xác định hàm lượng Sulfate ................................ 45
2.2.4.3. Phương pháp xác định hàm lượng uronic acid......................... 45
2.2.4.4. Phương pháp xác định thành phần monosaccharide ............... 45
2.2.5. Phƣơng pháp xác định các chỉ số đặc trƣng của pectin................ 45
2.2.6. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR) ............................................... 46
2.3. THỰC NGHIỆM ................................................................................. 46
2.3.1. Chiết tách và thu nhận pectin từ cỏ biển ...................................... 46
2.3.2. Xác định tính chất lƣu biến gel của pectin ................................... 47


3

2.3.3. Xác định hàm lƣợng tổng carbohydrate ....................................... 47
2.3.4. Xác định hàm lƣợng sulfate.......................................................... 48

2.3.5. Xác định hàm lƣợng uronic acid .................................................. 48
2.3.6. Xác định thành phần monosaccharide .......................................... 48
2.3.7. Xác định các chỉ số đặc trƣng của pectin ..................................... 49
2.3.7.1. Xác định trọng lượng tương đương ........................................... 49
2.3.7.2. Xác định chỉ số methoxyl (MI) và hàm lượng acid anhydro
uronic tổng (AUA) .................................................................................. 50
2.3.7.3. Xác định mức độ ester hóa (DE) ............................................... 50
2.4. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU .................................................... 50
CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 51
3.1. CHIẾT TÁCH VÀ THU NHẬN PECTIN .......................................... 51
3.2. XÁC ĐỊNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT HĨA LÝ CỦA PECTIN ........... 53
3.2.1. Tính chất lƣu biến gel của pectin ................................................. 54
3.2.2. Thành phần hóa học của pectin .................................................... 54
3.2.2.1. Hàm lượng tổng carbohydrate và acid uronic .......................... 54
3.2.2.2. Hàm lượng sulfate ..................................................................... 58
3.2.2.3. Thành phần đường đơn ............................................................. 59
3.2.3. Các chỉ số đặc trƣng tính chất hóa lý của pectin .......................... 62
3.2.3.1. Trọng lượng tương đương ......................................................... 62
3.2.3.2. Hàm lượng AUA ........................................................................ 63
3.2.3.3. Hàm lượng methoxyl và ester hóa ............................................. 63
3.2.4. Đặc trƣng cấu trúc của pectin ....................................................... 66
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................. 69
4.1. KẾT LUẬN .......................................................................................... 69


4

4.2. KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 71

5

MỞ ĐẦU
Việt Nam đƣợc quốc tế công nhận là một trong những quốc gia có tính
đa dạng sinh học cao nhất thế giới, với nhiều kiểu rừng, đầm lầy, sông suối,
biển,… Nằm ở trung tâm Đông Nam Á, Việt Nam có tổng chiều dài bờ biển
khoảng 3.260 km làm ranh giới phía tây của biển Đơng, với diện tích mặt
nƣớc rộng hơn 1.000.000 km2 là một trong những vùng biển quan trọng của
thế giới. Bên cạnh đó, vùng biển Việt Nam có hệ sinh thái rất đa dạng và
phong phú, trong đó có cỏ biển.
Cỏ biển (seagrass) là nhóm thực vật có hoa duy nhất sống trong mơi
trƣờng biển và nƣớc lợ. Tuy có số lƣợng lồi tƣơng đối ít so với các nhóm
sinh vật biển khác, nhƣng cỏ biển có vai trị sinh thái rất quan trọng khơng
kém rạn san hô và rừng ngập mặn. Hội nghị quốc tế về cỏ biển lần thứ III họp
tại Manila – Philipin tháng 4/1998 đã nhất trí thơng qua ―Hiến chương cỏ
biển‖ gửi Tổng thƣ ký Liên hợp quốc và các nƣớc có biển cần phải quan tâm
tới việc bảo vệ và phát triển nguồn lợi cỏ biển [1].
Hệ sinh thái cỏ biển là một trong ba hệ sinh thái biển điển hình của
vùng biển nhiệt đới (gồm rừng ngập mặn, cỏ biển, san hơ). Hệ sinh thái cỏ
biển đóng vai trị rất quan trọng, chúng tham gia chu trình dinh dƣỡng trong
biển và đại dƣơng thế giới ƣớc tính khoảng 3,8 nghìn tỷ USD và giá trị trung
bình đạt 212.000 USD/ha cỏ biển/năm. Ngồi giá trị sinh thái nhƣ điều chỉnh
mơi trƣờng, bãi đẻ của một số loài hải sản. Cỏ biển còn đƣợc sử dụng trực
tiếp trong nhiều ngành kinh tế quốc dân (nhƣ làm giấy viết, hóa chất, chất
cách âm cách nhiệt, thuốc chữa bệnh, thực phẩm, thủ công mỹ nghệ, phân
bón, thức ăn gia súc,…) [1].
Hiện nay, có khoảng 14 loài cỏ biển đƣợc ghi nhận tại Việt Nam
(Cymodocea rotundata, Cymodocea serrulata, Enhalus acoroides, Halodule
pinifolia, Halodule uninervis, Halophila beccarii, Halophila decipiens,

Halophila nhỏ, Halophila ovalis, Ruppia maritima, Syringgodium
isoetifolium, Thalassia hemprichii, Ciliatum Thalassodendron và Zostera
japonica), trong số này có lồi cỏ lá dừa Enhalus acoroides là một trong


6

những lồi cỏ biển có phân bố rộng rãi với trữ lƣợng lớn ở vùng biển Nha
Trang.
Cỏ biển từ lâu đã đƣợc sử dụng trong những bài thuốc dân gian để điều
trị một số bệnh nhƣ: sốt, bệnh về da, đau cơ, bỏng, các vấn đề về dạ dày,
thuốc giảm đau cho trẻ con,… Các công dụng trị bệnh của cỏ biển đƣợc cho
là do trong thành phần của chúng có chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh
học nhƣ polyphenol, flavonoid, terpenoid, pectin,… Trong đó, pectin là một
trong 03 polysaccharide tự nhiên chủ yếu của thành tế bào thực vật, thuật ngữ
pectin đƣợc sử dụng cho một nhóm các acidic heteropolysaccharide. Mạch
polymer của pectin đƣợc tạo nên bởi các gốc acid D-galacturonic liên kết với
nhau thông qua liên kết α(14)-, mạch nhánh có thể đƣợc tạo thành bởi các
gốc đƣờng khác thông qua liên kết α(12)- với gốc acid galacturonic nhƣ:
arabinose,
galactose,
rhamnose,
galactopyranse,
arabinofuranose,
fucopyranose, apiose,… Tƣơng tự nhƣ các polysaccharide thực vật khác, cấu
trúc và thành phần của pectin của cỏ biển thay đổi theo lồi cũng nhƣ điều
kiện mơi trƣờng sống.
Pectin chủ yếu đƣợc sử dụng trong công nghiệp thực phẩm nhờ tính
chất tạo gel của chúng. Ngồi ra, pectin cũng đƣợc sử dụng làm thuốc và thực
phẩm chức năng nhờ các hoạt tính sinh học q nhƣ: chống oxy hóa, kháng

khuẩn, kháng virus, kháng ung thƣ, kháng viêm, liên kết mạnh với một số kim
loại nặng nhƣ Hg, Pb, Cd, Ce,…
Vùng biển Nha Trang với nguồn thảm cỏ biển dồi dào và đa dạng,
nhƣng các nghiên cứu về cỏ biển ở Việt Nam lại tập trung chủ yếu về sinh
thái, sự phân bố, phân loại và bảo tồn. Trong khi đó các hợp chất có hoạt tính
sinh học q có trong cỏ biển chƣa đƣợc quan tâm nghiên cứu, trong đó có
pectin. Vì vậy, việc “Xác định một số tính chất hóa lý và đặc điểm cấu trúc
của pectin từ cỏ biển Enhalus acoroides ở Khánh Hòa” là cần thiết nhằm
đánh giá giá trị của cỏ biển về mặt dƣợc liệu và đồng thời tìm ra các hoạt tính
sinh học mới từ cỏ biển.


7

Mục tiêu của luận văn:
 Phân tích thành phần hóa học và đặc điểm cấu trúc của pectin thu
nhận đƣợc từ cỏ biển Enhalus acoroides.
Để đạt đƣợc các mục tiêu đề ra, nội dung nghiên cứu của luận văn
bao gồm:
 Thu thập cỏ biển Enhalus acoroides tại vùng biển Cam Lâm
(Khánh Hòa).
 Tách chiết và phân đoạn pectin từ cỏ biển thu đƣợc.
 Phân tích thành phần hóa học của pectin và các phân đoạn của
chúng.
 Xác định một số chỉ số đặc trƣng của pectin thu đƣợc.
 Xác định đặc điểm cấu trúc của phân đoạn pectin thu đƣợc từ cỏ
biển Enhalus acoroides.
Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp thông tin
về phƣơng pháp chiết tách, thu nhận và đặc điểm cấu trúc của pectin có trong
cỏ biển Enhalus acoroides tại vùng biển Cam Lâm (Khánh Hịa). Từ đó làm

cơ sở khoa học cho các nghiên cứu sâu hơn về loại cỏ biển này và một số loài
cỏ biển khác.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả của đề tài sẽ góp phần đánh giá giá trị của
cỏ biển nhƣ là nguồn hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học, đồng thời giúp
định hƣớng nghiên cứu khai thác và sử dụng bền vững nguồn lợi từ cỏ biển
nhằm tạo ra các sản phẩm có giá trị sử dụng cao trong lĩnh vực: thực phẩm,
thực phẩm chức năng, mỹ phẩm và dƣợc phẩm.


8

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỎ BIỂN
1.1.1. Giới thiệu và sự phân bố cỏ biển
1.1.1.1. Giới thiệu chung về cỏ biển
Cỏ biển (seagrasses) là nhóm thực vật có hoa duy nhất sống trong mơi
trƣờng biển và nƣớc lợ, thuộc ngành Anthophyta, lớp một lá mầm
Monocotyledoneae, bộ Helobiae. Cũng giống nhƣ các loài thực vật bậc cao
trên cạn, cỏ biển có rễ, thân bị, thân đứng, lá, bẹ lá, cuống lá, hoa, quả và hạt.
Cỏ biển khác các cây trên cạn là có một số cấu trúc thích nghi với môi nƣớc
biển ven bờ, ven đảo. Cùng với các loài sinh vật phù du, rong biển và cây
ngập mặn, cỏ biển đã tạo nên nhóm những lồi thực vật biển rất quan trọng
đối với hệ sinh thái biển nói chung [2].
Thảm cỏ biển cùng với rạn san hơ và rừng ngập mặn tạo thành ba hệ
sinh thái quan trọng bậc nhất vùng bờ. Thảm cỏ biển đƣợc mệnh danh “rừng
mƣa nhiệt đới dƣới biển” vì tính phức tạp về cấu trúc và tính đa dạng sinh học
đi kèm, cũng nhƣ năng suất sinh học rất cao [2].
Hệ sinh thái cỏ biển là một trong những hệ sinh thái biển nhiệt đới điển
hình, đóng vai trị quan trọng trong điều hịa và ổn định mơi trƣờng của vùng
nƣớc biển ven bờ, tạo nguồn thức ăn, nơi cƣ trú và sinh sản cho các loài thủy

sản và là nguồn cung cấp vật chất hữu cơ. Cách đây 100 triệu năm, các nhà
khoa học dựa vào kết quả nghiên cứu hóa thạch đã tìm ra loại cỏ biển đầu
tiên, cho đến nay trên thế giới có khoảng 60 lồi thuộc 4 họ [3]. Do đặc điểm
sống trong mơi trƣờng có độ muối cao, khả năng thẩm thấu mạnh nên cỏ biển
có chứa một số hợp chất chuyển hóa thứ cấp khác so với các thực vật sống ở
nƣớc ngọt và ở trên cạn. Cỏ biển nói riêng và thực vật biển nói chung là
nguồn tạo ra một lƣợng lớn và đa dạng về cấu trúc các chất chuyển hóa có
hoạt tính sinh học cao nhƣ (polyphenol, flavonoid, terpenoid, polysaccharide,
polysaccharide sulfat hóa…). Các hợp chất này có tiềm năng rất lớn để phát
triển thành các sản phẩm hữu ích có giá trị cao trong các lĩnh vực nhƣ: thực
phẩm bổ sung, mỹ phẩm, dƣợc phẩm. Chính nhờ các hợp chất có hoạt tính


9

sinh học tốt mà cỏ biển từ xa xƣa cũng đã đƣợc sử dụng trong những bài
thuốc dân gian để điều trị một số bệnh nhƣ: sốt, các bệnh về da, đau cơ, bỏng,
các vấn đề về dạ dày, thuốc giảm đau cho trẻ con,… [4].
Khi nhắc đến cỏ biển, rong biển và tảo biển, thông thƣờng dễ bị nhầm
lẫn các lồi này với nhau. Tuy nhiên, chúng có rất nhiều điểm khác nhau nhƣ:
cỏ biển thƣờng phát triển thành đồng cỏ rộng lớn nơi chúng mọc. Xét về tiến
hóa thì cỏ biển tiến hóa cao hơn tảo; cỏ biển có hoa, quả và hạt, cịn tảo thì chỉ
có bào tử; tảo có rễ giả nhƣng cỏ biển thì có rễ, lá và thân ngầm; cỏ biển là
thực vật có mạch, hệ thống các mạch có nhiêm vụ dẫn truyền các chất đến
khắp nơi ni dƣỡng cơ thể, cịn tảo chỉ có các quản bào nên khả năng dẫn
truyền kém [4].
Về đặc điểm hình thái, các lồi cỏ biển đã đƣợc nghiên cứu tƣơng đối
đầy đủ. Hầu hết cỏ biển có hình thái ngồi khá giống nhau, bao gồm thân bò
phân đốt, thân đứng, rễ, chồi mang lá, hoa và quả tùy thuộc vào từng thời
điểm sinh trƣởng [5, 6] (Hình 1.1).

Hình 1.1: Hình thái chung của cỏ biển.
(Nguồn: www.seagrasswatch.org)
+ Rễ (root): Rễ thƣờng mọc ra từ các đốt ở phần dƣới của thân bò, hệ
thống rễ phát triển mạnh, rễ của mỗi lồi đều có đặc điểm riêng, phân nhánh
nhƣ ở chi Cymodoceae hoặc ít phát triển, khơng phân nhánh kèm theo nhiều


10

lông mịn nhƣ ở chi Halophila. Số lƣợng rễ ở mỗi đốt có thể là một hay nhiều
tùy vào mỗi lồi.
+ Thân (rhizome): Thân gồm có phần thân bị hoặc thân ngầm và chồi
đứng hoặc thân đứng (shoot). Thân thƣờng có dạng hình trụ trịn hoặc dẹp;
chia nhánh theo kiểu đơn trục hay khơng có qui luật. Trên thân bị có nhiều
đốt, khoảng cách giữa các đốt là lóng (gióng). Tùy lồi mà thân bị mọc ngầm
dƣới lớp bùn (cát) đáy hoặc bò lan trên mặt nền đáy. Từ đốt mọc lên một hay
nhiều chồi đứng, chồi đứng thƣờng mang các lá.
+ Lá – phiến lá (leaf blade): Lá hình thành từ mơ sinh trƣởng ở các mấu
thân; có hình dải dài, ơ van hay trụ trịn. Đây là chỉ tiêu hình thái quan trọng
trong định loại cỏ. Đa phần các lồi cỏ có lá khơng có cuống, ngoại trừ ở một
số chi Halophila. Lá có cuống thƣờng có hình ơ van, cịn các lá khơng cuống
có hình dải dài nhƣ ở chi Cymodoceae. Trên lá có các gân chạy song song hay
gần hình lơng chim, các gân song song đƣợc nối với nhau bằng cách vách
ngăn. Chóp lá trịn nhẵn hay có gai nhọn. Lƣỡi (bìa) lá nhẵn hoặc có răng cƣa
nhỏ.
+ Bẹ lá (sheath): Bẹ lá là phần cuống lá phình ra ơm lấy chồi đứng
(thân đứng) và bọc lấy những lá non đang phát triển. Bẹ lá có dạng lƣỡi nhỏ,
màu trắng do khơng có lục lạp nên khơng có chức năng quang hợp.
+ Sẹo lá (leaf scars): Khi các lá rụng đi sẽ để lại các sẹo trên thân đứng,

sẹo lá mở (nhƣ ở loài Cymodoceae serrulata) hay sẹo lá đóng (nhƣ ở lồi
Cymodoceae rotundata) là tùy vào mỗi loài. Các sẹo lá là một kiểu biểu thị
cách sắp xếp của lá.
+ Hoa, quả và hạt: Hoa, quả và hạt là cơ quan sinh sản hữu tính của
thực vật hạt kín nói chung và của cỏ biển nói riêng. Ở cỏ biển, một số có hoa
đực và hoa cái trên cùng một cây (đơn tính cùng gốc), số khác có hoa đực và
hoa cái riêng biệt trên mỗi cây (đơn tính khác gốc). Quả đƣợc hình thành từ
sự phát triển của bầu sau thụ tinh (giao phấn) và mang các hạt bên trong. Hạt
đƣợc hình thành từ sự phát triển của noãn. Hoa, quả và hạt của mỗi lồi tùy
vào điều kiện sống mà chúng có cấu trúc và hình dạng khác nhau.


11

1.1.1.2. Cỏ biển Enhalus acoroides
Cỏ biển Enhalus acoroides thuộc bộ Trạch tả (Alismatales); họ
Hydrocharitaceae (Hình 1.2).

Hình 1.2: Cỏ biển Enhalus acoroides
E. acoroides là loài cỏ biển lớn nhất, đƣợc phân bố rộng rãi dọc theo bờ
biển Bắc Úc, Đông Nam Á, Tây Nam Bộ, Nam Mỹ và Đông Phi [7].
Ở Thái Lan, lồi này thƣờng đƣợc tìm thấy ở Vịnh Thái Lan và biển
Andaman. E. acoroides đƣợc tìm thấy trong khu vực bãi triều và có sinh khối
cao. Ở Thái Lan, nó đƣợc phát hiện ở các kênh nƣớc lợ xuống các vùng bãi
triều, cát bùn và các rạn san hô ở độ sâu 0,5 - 1,0 m. Tại Indonesia, E.
acoroides phát triển trong nhiều loại trầm tích khác nhau, từ cát đến cát thơ, ở
các khu vực có sự gia tăng sinh học cao. Ở Philippines, nó tập trung các vùng
đồi yên tĩnh và cửa sông. Ở bán đảo Malaysia, nó phổ biến quanh bờ biển và
các khu vực tiếp xúc khi triều thấp [7].
So với các nƣớc trong khu vực thì Việt Nam đứng thứ 3 về đa dạng loài

cỏ biển chỉ sau Australia đứng thứ nhất (20 loài) và Philippines đứng thứ hai
(16 loài) (UNEP, 2004). E. acoroides phân bố đặc trƣng ở Bắc, Trung, Nam
tại các tỉnh Khánh Hịa, Bình Thuận, đảo Phú Quốc… Điều này khơng chỉ thể
hiện ở thành phần lồi, diện tích phân bố mà còn ở cả đặc trƣng sinh học của
cỏ biển, là kết quả của sự tƣơng tác của các quần thể của từng lồi với điều
kiện mơi trƣờng.


12

E. acoroides có đặc điểm: lá dạng dải băng rất dài từ 30 - 150 cm, lá có
đầu cong vào trong, vỏ bọc cuống lá dày, có các rễ và lơng dài màu đen, tìm
thấy ở vùng nƣớc cạn, bãi cát vùng triều và những bãi bùn.
Các cạnh của lá đƣợc cán nhỏ và có các kênh khơng khí trong đó. Lá
dài phát triển để nắm bắt nhiều ánh sáng. Đây là lồi duy nhất giải phóng hạt
phấn lên bề mặt nƣớc trong sinh sản, hạn chế sự phân bố của nó tới vùng bãi
triều cạn. Đây là lồi đang phát triển chậm và sức đề kháng kém [7].
Hoa nâu rất nhỏ (1 cm) và khi chúng nổi trên bề mặt nƣớc, chúng trông
giống nhƣ những miếng polystyrene trắng hoặc dạng xốp cách nhỏ. Các hoa
đực đƣợc tạo ra từ một cụm hoa hình thành dƣới gốc cây. Hoa đực có một đầu
khơng thấm nƣớc, cịn đầu kia lại hấp dẫn nƣớc. Vì vậy, hoa sẽ đứng thẳng
trên mặt nƣớc. Những bơng hoa đực có xu hƣớng hình thành bè.
Hoa cái lớn và đƣợc giữ trên một cuống dài. Nó có ba cánh hoa trắng
gân (2-3 cm), thƣờng rơi rụng một ngày sau khi nở. Khi thủy triều xuống,
những cánh hoa trải dài trên bề mặt nƣớc tiếp xúc với hoa đực nổi. Các cánh
hoa dài của hoa cái là khơng thấm nƣớc, trừ phần trung tâm.
Quả có hình trịn và có đƣờng kính lớn (đƣờng kính 4 - 6 cm) với lớp
lơng dày, có gân. Khi chín, trái cây tách ra nở 6 - 7 hạt trắng. Hạt giống trôi
nổi chỉ khoảng 5 giờ trƣớc khi chúng bắt đầu chìm, do đó chúng khơng đi xa.
Các rễ phát triển nhanh và hạt mọc nhanh. Giống nhƣ các loài cỏ biển khác,

cỏ biển E. acoroides phát tán chủ yếu bằng sự sinh sản sinh dƣỡng.
Ngoài ra hạt của cỏ biển E. acoroides đƣợc những ngƣời dân sống trên
bờ biển của Úc và Philippines dùng làm thức ăn. Khi ăn sống hạt cỏ biển
đƣợc coi là hƣơng vị giống nhƣ hạt dẻ nƣớc. Một chất xơ bền hữu ích và đƣợc
ứng dụng làm lƣới đánh cá [8].
1.1.1.3. Phân bố của hệ sinh thái cỏ biển
Liên Hợp Quốc đã công bố bản đồ đầu tiên về sự phân bố cỏ biển trên
toàn cầu và nhận thấy 15% đã biến mất trong 10 năm qua. Theo Trung tâm
giám sát và bảo vệ môi trƣờng thế giới của Liên Hiệp Quốc tại Cambridge, đã
xác định đƣợc diện tích phân bố của cỏ biển trên toàn cầu là 177.000 km2,


13

bằng 2/3 diện tích nƣớc Anh. Hiện có khoảng 60 loài cỏ biển khác nhau mọc
thành những thảm cỏ lớn ở cả biển nhiệt đới và ôn đới [4]. Trong một vùng cỏ
biển thƣờng chỉ có một hoặc vài lồi chiếm ƣu thế nhƣng cũng có những khu
vực lên đến trên 10 loài. Ở các vùng biển nhiệt đới, cỏ biển thƣờng đa dạng
hơn vùng biển ôn đới.
Các thảm cỏ biển tập trung ở Ấn Độ - Tây Thái Bình Dƣơng, vịnh
Caribbe và vùng Thái Bình Dƣơng thuộc Trung Mỹ. Vùng Đơng Á có hệ cỏ
biển đa dạng nhất thế giới và có thể đây là trung tâm phát tán của cỏ biển.
Chính vì vậy, chúng rất phong phú ở dải ven biển thuộc vùng này [9]. Vịnh
Shark ở Nam Phi tuy khơng phong phú về số lƣợng lồi (12 lồi) nhƣng lại là
một trong những nơi có thảm cỏ biển lớn nhất thế giới. Tại đây thảm cỏ biển
có diện tích khoảng 4000 km2, trong đó lồi chiếm 85% diện tích cỏ biển của
khu vực này là Amphibolis Antarctica.
Cỏ biển cũng nhƣ các sinh vật khác đều chịu nhiều tác động tổng hợp
của các yếu tố môi trƣờng đặc biệt là ánh sáng, vì chúng cần ánh sáng để
quang hợp, do đó cỏ biển chỉ mọc ở tầng nƣớc mà ánh sáng có thể chiếu tới

đƣợc. Cỏ biển cũng không thể tồn tại đƣợc ở khu vực thủy triều quá thấp nơi
chúng dễ bị đốt nóng bởi ánh sáng mặt trời. Cỏ biển đƣợc tìm thấy gần các
rừng ngập mặn, cửa sông, vịnh, đầm, chúng phát triển mạnh ở các bờ biển
cạn, mặc dù vậy có những nơi ngƣời ta tìm thấy chúng ở độ sâu 32 m tới 68m,
đối với một số loài thuộc chi Halophila ở Đại Tây Dƣơng cịn có thể gặp ở độ
sâu lên tới 90m [4].
Hiện nay, Việt Nam có 14 lồi cỏ biển. Theo thống kê chƣa đầy đủ,
diện tích phân bố cỏ biển hiện nay ở Việt Nam khoảng trên 10.000 ha, vùng
ven biển Việt Nam, nơi có nhiều đầm phá và vịnh rất phù hợp cho sự phát
triển của các loài cỏ biển. Các loài cỏ biển ƣu thế là Enhalus acoroides,
Thalassia hemprichii, Cymodocea serrulata, Halodule uninervis, Halophila
ovalis và Zostera japonica, chủ yếu tập trung ở các tỉnh miền Trung và phía
Nam, ven các đảo Phú Q (Bình Thuận), Cơn Sơn (Bà Rịa – Vũng Tàu), Phú
Quốc (Kiên Giang): 10 loài. Trong số các lồi thì cỏ biển lá dừa Enhalus


14

acoroides đƣợc phát hiện có phân bố rộng, mật độ dày trong vùng biển Khánh
Hòa (Phụ lục 1) [4].
Ở nƣớc ta, cỏ biển thƣờng phát triển ở vùng thủy triều ven biển, ven
đảo, các vùng cửa sông, rừng ngập mặn, đầm phá. Các loài cỏ biển phát triển
hầu nhƣ quanh năm, nhƣng tốt nhất là vào mùa xuân và đầu hè, phát triển
kém vào mùa mƣa bão. Chúng phân bố từ vùng thủy triều đến độ sâu 3 –
15m, thậm chí là 28 m (Đảo Bạch Long Vĩ) và thích nghi với độ muối từ 5
đến 34‰, chất đáy là bùn bột nhỏ, bùn cát, cát san hô, cát thô và sỏi (Phụ lục
1).
Hầu nhƣ các nghiên cứu về cỏ biển ở Việt Nam tập trung chủ yếu về
điều tra, phân loại và hệ sinh thái của chúng và chƣa có nghiên cứu nào về các
hoạt chất sinh học đƣợc tìm thấy ở cỏ biển [4].

1.1.2. Một số thành phần hóa học của cỏ biển
1.1.2.1. Thành phần hóa học của cỏ biển
 Polysaccharide
Glucose, galactose và mannose là các loại đƣờng hịa tan thƣờng có
trong các polysaccharide ở cỏ biển. Hàm lƣợng các thành phần khơng hịa tan
của polysaccharide là cao hơn nhiều so với các thành phần tan có trong
polysaccharide. Dữ liệu cho thấy các thành phần chính của thành tế bào
Posidonia là cellulose và lignin (lần lƣợt là 190 – 209 và 145 – 154 g kg-1).
Carbohydrate ở cỏ biển tồn tại khác biệt với thực vật trên cạn. Trong chất
inositols có thể có năm chất đƣợc biết là có trong thực vật nhƣ myo-, 1-chiro,
muco- và O-methyl-muco inositol xuất hiện ở cỏ biển. Lá và thân rễ của một
số loài cỏ biển, đặc biệt là Zosteraceae, chứa một lƣợng tƣơng đối lớn myoinositol, tối đa là 2,2% trọng lƣợng khô Zosteranoltii rhizomes [10].
 Dimethylsulfoniopropionate (DMSP)
Cỏ biển tự sinh ra dimethylsulfonioproponate nhƣ là một chất bảo vệ
thực vật, phần lớn chúng bị phân hủy bởi vi khuẩn biển, đảm bảo vai trị quan
trọng trong chu trình vịng lƣu huỳnh. Trong các loài cỏ biển, nồng độ DMSP
khác nhau đƣợc tìm thấy: Halodule wrightii là 3,3mol g-1 trọng lƣợng tƣơi,


15

Syringodium filiforme là 0,1 mol g-1 trọng lƣợng tƣơi, Thalassia testudinum
trong các lá tế bào biểu mơ và ngồi tế bào biểu mô, nằm ở khoảng giữa 0,18
và 4,0 mol g-1 trọng lƣợng tƣơi và ở thân rễ thì hàm lƣợng thấp. Những kết
quả này chỉ ra rằng mức độ giống nhau cũng nhƣ vai trị chính của cỏ biển với
sự đóng góp tổng hàm lƣợng DMSP [10].
 Protein và peptit
Cỏ biển có khả năng hấp thụ kim loại nặng từ mơi trƣờng xung quanh
và để tích lũy chúng trong các mô với mức độ khác nhau. Sự hấp thụ và tích
tụ của chúng qua trung gian protein và peptit. Các chuỗi peptit gắn kim loại

có chứa glutathione thƣờng có cấu trúc –Gly (11) là các peptit tổng hợp
enzym và đƣợc biết là có ảnh hƣởng đến các kim loại nặng, chủ yếu là Cd và
As, đã đƣợc chứng minh trong thực vật, tảo và một số loại nấm men phát triển
khi ở nồng độ cao. Cho đến nay, không có thành phần chính xác của
phytochelatin (PC) trong cỏ biển hoặc enzym tổng hợp, khi PC đã đƣợc phân
tích trên cỏ biển. Metallothionein (MT) là một nhóm với các protein có khối
lƣợng phân tử thấp và hàm lƣợng cystein cao gắn kết các kim loại nặng và
đƣợc cho là có vai trị trong q trình trao đổi chất và giải độc. Các tiêu chí
xác định protein hoặc peptit nhƣ MT là (i) trọng lƣợng phân tử thấp (<10
KDa) (ii) hàm lƣợng kim loại và lƣu huỳnh cao (>10%), (iii) các đặc tính
quang phổ điển hình của liên kết M – S và (iv) khơng có hoặc ít các acid
amine thơm. Tuy nhiên, khi tất cả các tiêu chí khơng đƣợc hoàn thành, các
protein thƣờng đƣợc gọi là các protein giống nhƣ MT [10].
1.1.2.2. Một số hợp chất có hoạt tính sinh học ở cỏ biển
 Polyphenol
Polyphenol là chất chống oxy hóa đặc biệt quan trọng, với tiềm năng
chống oxy hóa cao, cho phép chúng hoạt động nhƣ các tác nhân khử. Cỏ biển
chứa nhiều chất polyphenol nhƣ acid phenolic, flavonoid, anthocyanidin,
lignin, tannin, catechin, epicatechin, epigallocatechin và acid gallic. Các hợp
chất polyphenolic này đã cho thấy nhiều hoạt tính sinh học có lợi cho sức
khoẻ nhƣ chống oxy hố, chống ung thƣ, thuốc kháng virus, chống viêm và