ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TRẦN VĂN THANH Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỂ TRÍCH LY HOẠT CHẤT FUCOIDAN TRONG RONG MƠ” KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính Quy Chuyên ngành : Công Nghệ Thực Phẩm Khoa : CNSH & CNTP Lớp : 42 - CNTP Khoá học : 2010 – 2014 Giáo viên hướng dẫn : 1. ThS. Nguyễn Đức Tiến 2.ThS. Trần Thị Lý Thái Nguyên, 2014 LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp này được thực hiện tại Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch dưới sự hướng dẫn của Th.S. Nguyễn Đức Tiến – Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch và ThS. Trần Thị Lý – Bộ môn Công nghệ thực phẩm – Khoa Công nghệ sinh học- Công nghệ thực phẩm – Trường Đại học Nông Nông lâm Thái Nguyên. Để hoàn thành được luận văn này, ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ và hướng dẫn của các thầy giáo, cô giáo, gia đình và bè bạn xung quanh. Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS. Nguyễn Đức Tiến – Trưởng Bộ môn Nghiên cứu phụ phẩm và Môi trường nông nghiệp – Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn ThS. Trần Thị Lý – Khoa Công nghệ sinh học - Công nghệ thực phẩm – Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã hướng dẫn, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Đồng thời, tôi xin được cảm ơn các anh, chị ở Bộ môn Nghiên cứu phụ phẩm và Môi trường nông nghiệp – Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Cuối cùng tôi xin gửi tới gia đình và bạn bè đã là nguồn động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu những lời cảm ơn chân thành nhất. Thái nguyên, ngày 6 tháng 6 năm 2014 Sinh viên Trần Văn Thanh MỤC LỤC PHẦN 1.MỞ ĐẦU 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục đích – Yêu cầu 3 1.2.1. Mục đích 3 1.2.2. Yêu cầu 3 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 2.1. Giới thiệu về rong Mơ 4 2.1.1. Nguồn gốc phân bố 4 2.1.2. Đặc điểm thực vật học 4 2.1.3. Phân loại 6 2.1.4. Thành phần hóa học và giá trị của rong Mơ 6 2.1.5. Tình hình khai thác, tiêu thụ rong Mơ 9 2.2. Giới thiệu về Fucoidan 11 2.2.1. Định nghĩa Fucoidan 11 2.2.2. Cấu trúc Fucoidan 11 2.2.3. Ứng dụng của Fucoidan 14 2.3. Trích ly hoạt chất Fucoidan trong rong Mơ 17 2.3.1. Cơ sở của phương pháp trích ly 17 2.3.2. Ứng dụng sóng siêu âm trong trích ly hoạt chất sinh học Fucoidan 17 2.3.3. Các phương pháp trích ly hoạt chất Fucoidan trong rong Mơ 20 2.4. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ Fucoidan trên thế giới và ở Việt Nam 25 2.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam 25 2.4.2. Một số nghiên cứu và sản phẩm 26 PHẦN 3. ĐỐI TƯỢNG – NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 3.1. Đối tượng, vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu 27 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu 27 3.1.2. Vật liệu nghiên cứu 27 3.1.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 27 3.2. Nội dung nghiên cứu 27 3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước rong Mơ nguyên liệu đến hiệu quả trích ly Fucoidan 27 3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan 27 3.2.3. Nghiên cứu xác định các thông số ảnh hưởng đến quá trình trích ly Fucoidan 28 3.2.4. Nghiên cứu được quá trình thu nhận Fucoidan trong rong Mơ. 28 3.2.5. Xây dựng quy trình trích ly Fucoidan từ rong Mơ 28 3.3. Phương pháp nghiên cứu 28 3.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm 28 3.3.2. Phương pháp xác định chỉ tiêu hóa lý 34 PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 4.1. Xác định ảnh hưởng của kích thước rong Mơ nguyên liệu đến hiệu quả trích ly Fucoidan 36 4.2. Xác định ảnh hưởng loại dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan 37 4.3. Xác định ảnh hưởng của hỗn hợp dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan 38 4.4. Xác định ảnh hưởng của các thông số đến hiệu quả trích ly Fucoidan 39 4.4.1. Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hiệu quả trích ly Fucoidan 39 4.4.2. Xác định ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu quả trích ly Fucoidan 41 4.5. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thu nhận Fucoidan từ dịch trích ly 42 4.5.1. Xác định ảnh hưởng của nồng độ cồn đến đến hiệu quả kết tủa hoạt chất Fucoidan 42 4.5.2. Xác định ảnh hưởng của cồn/dịch chiết đến đến hiệu quả kết tủa hoạt chất Fucoidan 43 4.6. Xác định ảnh hưởng của thời gian xử lý sóng siêu âm đến hiệu quả trích ly Fucoidan 44 4.7. Xây dựng quy trình trích ly Fucoidan 46 PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 5.1. Kết luận 48 5.2. Kiến nghị 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC 1 DANH M ỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Thành phần hóa học của một số loài rong Mơ tại Việt Nam [1] 7 Bảng 2.2. Hàm lượng các nguyên tố khoáng trong một số loài rong Mơ vùng Hòn Chồng – Nha Trang[3] 7 Bảng 2.3. Diện tích, năng suất và mùa vụ rong Mơ theo vùng biển một số tỉnh của Việt Nam [2] 10 Bảng 4.1. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu tới hiệu quả trích ly Fucoidan . 36 Bảng 4.2. Ảnh hưởng của loại dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan 37 Bảng 4.3. ảnh hưởng của hỗn hợp dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan trong rong Mơ 38 Bảng 4.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hiệu quả trích ly Fucoidan 40 Bảng 4.5. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu quả trích ly Fucoidan 41 Bảng 4.6. Ảnh hưởng của nồng độ cồn đến hiệu quả kết tủa hoạt chất Fucoidan trong rong Mơ 42 Bảng 4.7. Ảnh hưởng của cồn/dịch đến hiệu quả kết tủa hoạt chất Fucoidan 43 Bảng 4.8. Ảnh hưởng của thời gian xử lý sóng siêu âm đến hiệu quả trích ly Fucoidan 45 DANH M ỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Rong Mơ sargassum polycystum 5 Hình 2.2. Cấu trúc Fucoidan từ Fucus evanescens 12 Hình 2.3. Cấu trúc Fucoidan từ Ascophyllum nodosum 13 Hình 2.4. Cấu trúc của Fucoidan: liên kết (1 → 3) 13 Hình 2.5. Quá trình hình thành, phát triển và nổ vỡ của bọt khí trong môi trường lỏng (Mason, 1998) 19 Hình 2.6. Sơ đồ chiết Fucoidan bằng muối 20 Hình 2.7. Sơ đồ chiết Fucoidan bằng nước 21 Hình 2.8. Sơ đồ chiết Fucoidan bằng acid 22 Hình 2.9. Sơ đồ chiết Fucoidan bằng kiềm 23 Hình 2.10. Chế phẩm và một số sản phẩm chứa Fucoidan 26 Hình 3.1. Trích ly Fucoidan từ rong Mơ 28 Hình 4.1. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hiệu quả trích ly Fucoidan 36 Hình 4.2. Đồ thị ảnh hưởng loại dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan từ rong Mơ 39 Hình 4.3. Đồ thị ảnh hưởng của hỗn hợp dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan trong rong Mơ 39 Hình 4.4. Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả trích ly Fucoidan 40 Hình 4.5. Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả trích ly Fucoidan 41 Hình 4.6. Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ cồn đến hiệu quả kết tủa 43 Hình 4.7. Đồ thị ảnh hưởng của cồn/dịch đến hiệu quả kết tủa hoạt chất Fucoidan 44 Hình 4.8. Đồ thị ảnh hưởng của thời gian xử lý sóng siêu âm đến hiệu quả trích ly 45 Hình 4.9. Sơ đồ quy trình trích ly Fucoidan từ rong Mơ Sargassum polycystum 46 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Tên viết tắt Tên đầy đủ EtOH Ethanol F Fucus S Sargassum AlgCa Alginate-canxium CT Công thức NXB Nhà xuất bản 1 PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, có bờ biển dài hơn 3.200km, là điều kiện thuận lợi cho nghề nuôi trồng và thu hái rong phát triển. Rong biển là loại thực vật có chứa nhiều chất có lợi cho sức khỏe con người như iod, photphas… Trong số các loài rong biển Việt Nam thì loài rong Mơ có ý nghĩa quan trọng hơn cả nếu xét theo khía cạnh giàu các chất có hoạt tính chống oxi hóa. Người ta đã phát hiện ra trong rong biển có chứa một hợp chất hữu cơ quan trọng mang tên Fucoidan. Fucoidan có hoạt tính chống đông cục máu, kháng khuẩn, kháng virus (kể cả HIV), chống nghẽn tĩnh mạch, chống ung thư, chống viêm khớp, chống viêm nhiễm, giảm mỡ máu, hạ cholesterol, ức chế miễn dịch có thể sử dụng cho ghép phủ tạng… Fucoidan không gây độc cho người, đã được FDA cho phép sử dụng làm thực phẩm chức năng vào năm 2001. Fucoidan trong rong Mơ chiếm hàm lượng rất lớn khoảng 4-8% trọng lượng khô. Do vậy trong những năm gần đây Fucoidan được các nhà khoa học trên thế giới liên tục đầu tư nghiên cứu trên mọi lĩnh vực và đã phát hiện thấy Fucoidan có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong phòng và chữa trị các chứng bệnh nan y cũng như sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm. Việt Nam có nguồn tài nguyên rong Mơ rất phong phú, riêng chi Sargassum đã phát hiện được trên 70 loài với sản lượng khai thác ước tính đạt trên 10.000 tấn khô/năm, tương đương với 400 đến 800 tấn Fucoidan thô. Việt Nam là một trong ba nước có nguồn rong Mơ phân bố đa dạng và hoạt tính mạnh nhất thế giới. Đây là nguồn tài nguyên dồi dào cho các nghiên cứu về Fucoidan phục vụ nhu cầu của con người. Việc liên tục xảy ra các làng ung thư ở Việt Nam, đại dịch HIV bùng nổ, cùng với bệnh đốm trắng của tôm làm thiệt hại nặng nề nền kinh tế thuỷ sản nước ta có thể giải quyết bằng cách sử dụng Fucoidan được chiết tách từ rong Mơ. Có nhiều phương pháp chiết xuất Fucoidan từ các phương pháp truyền thống đến các phương pháp hiện đại. Ngày nay siêu âm là một lĩnh vực nghiên cứu đang 2 phát triển nhanh chóng, đặc biệt trong ngành công nghệ thực phẩm để phân tích, trích ly các sản phẩm thực phẩm. Sử dụng sóng siêu âm trong trích ly Fucoidan là một kỹ thuật hiện đại góp phần tăng hiệu quả trích ly hoạt chất Fucoidan trong nguyên liệu. Ứng dụng siêu âm trong thực phẩm là một công nghệ mới, trên thế giới nhiều công trình nghiên cứu đã áp dụng và cho kết quả cao. Hiện nay các công trình nghiên cứu về việc chiết xuất Fucoidan từ các loại rong và đặc biệt từ rong Mơ còn rất mới mẻ. Trước những yêu cầu của thực tiễn, từ nhu cầu hoàn chỉnh thêm những nghiên cứu về Fucoidan nhằm khai thác nguồn tài nguyên rong Mơ dồi dào của Việt Nam để tạo ra những chế phẩm phục vụ chăm sóc sức khỏe cộng đồng tôi tiến hành nghiên cứu “Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm để trích ly hoạt chất Fucoidan trong rong Mơ” [...]... đích Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm để trích ly hoạt chất Fucoidan trong rong Mơ 1.2.2 Yêu cầu - Xác định được ảnh hưởng của loại dung môi, nồng độ dung môi, tỷ lệ dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan từ rong Mơ - Xác định được ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian trích ly đến hiệu quả trích ly Fucoidan trong rong Mơ - Xác định được ảnh hưởng của thời gian xử lý sóng siêu âm đến hiệu quả trích ly Fucoidan. .. hiệu quả trích ly Fucoidan - Ảnh hưởng của loại dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan trong rong Mơ 28 - Ảnh hưởng của hỗn hợp dung môi đến hiệu quả trích ly Fucoidan trong rong Mơ 3.2.3 Nghiên cứu xác định các thông số ảnh hưởng đến quá trình trích ly Fucoidan - Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình trích ly Fucoidan từ rong Mơ - Ảnh hưởng thời gian trích ly đến hiệu quả trích ly Fucoidan từ rong Mơ.. . Fucoidan nằm trong cấu trúc rong mà cấu trúc bên ngoài là lớp cellulose, pectin, polysaccharide không tan Do vậy, cần xử lý nhiệt độ cao để phá vỡ lớp màng, cũng như làm hòa tan các polysaccharide trong đó có Fucoidan 2.3.2 Ứng dụng sóng siêu âm trong trích ly hoạt chất sinh học Fucoidan 2.3.2.1 Khái niệm về sóng siêu âm 18 Siêu âm là sóng cơ học, hình thành do sự lan truyền dao động của các phần tử trong. .. được c Tác dụng của sóng siêu âm đến quá trình trích ly - Ưu điểm của sóng siêu âm làm tăng hiệu suất của quá trình trích ly: + Thời gian trích ly nhanh + Hiệu suất trích ly cao hơn so với một số phương pháp trích ly thông thường + Thiết bị dễ sử dụng, an toàn và bảo vệ môi trường + Sóng siêu âm có tần số lớn hơn 20Khz tức là hơn 20000 dao động trong một giây xung động truyền qua môi trường vật chất (khí,... Fucoidan trong rong Mơ 2.3.1 Cơ sở của phương pháp trích ly Theo các nghiên cứu thì Fucoidan trong rong Mơ thuộc nhóm polysaccharide chứa nhóm (-OH) Polysacharide dễ dàng bị hydrate hóa trong môi trường kiềm và chiếm một lượng khá lớn trong rong Mơ Do vậy khả năng tan của Fucoidan trong môi trường này tốt hơn nên khi chiết rút thu nhận Fucoidan được nhiều hơn và màu sắc của Fucoidan sáng hơn Hơn nữa, Fucoidan. .. thanh, dùng để đo hệ số tốc độ và hấp thụ sóng trong môi trường, dùng trong y học và phân tích hóa học 2.3.2.2 Nguyên lý tác động của sóng siêu âm [11,12] a Hiện tượng xâm thực khí Khi sóng siêu âm được truyền vào môi trường chất lỏng, các chu trình kéo và nén liên tiếp được tạo thành Trong điều kiện bình thường, các phân tử chất lỏng ở rất gần nhau nhờ liên kết hóa học Khi có sóng siêu âm, trong chu... nguồn rong biển của nước ta lại vô cùng đồi dào mà chưa được khai thác và sử dụng hợp lý, có hiệu quả Nguồn rong Mơ thì dồi dào mà Fucoidan lại chưa được biết đến, trong khi đó Fucoidan lại là một chất có rất nhiều tác dụng trong 26 việc chữa bệnh Cho nên cần phải đẩy mạnh nghiên cứu tách chiết các chất quý giá trong rong Mơ, đặc biệt là Fucoidan, nhằm khai thác nguồn tài nguyên biển dồi dào và để tạo... phương pháp trích ly hoạt chất Fucoidan trong rong Mơ Hiện nay trên thế giới việc xác định hoạt chất Fucoidan chưa có phương pháp cụ thể Để xác định hàm lượng Fucoidan phải dùng các phương pháp loại tạp chất và thu hàm lượng Fucoidan rồi đem sấy đến khối lượng không đổi Theo các bản quyền US6573250B2, EP0645143A1 để thu Fucoidan có những cách sau: 2.3.3.1 Phương pháp chiết Fucoidan bằng muối Rong khô... trích ly Fucoidan từ rong Mơ 3.2.4 Nghiên cứu được quá trình thu nhận Fucoidan trong rong Mơ - Ảnh hưởng của nồng độ cồn đến hiệu quả kết tủa hoạt chất Fucoidan - Ảnh hưởng của cồn/ dịch chiết đến hiệu quả kết tủa hoạt chất Fucoidan 3.2.5 Xây dựng quy trình trích ly Fucoidan từ rong Mơ 3.3 Phương pháp nghiên cứu 3.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm Nguyên liệu Xử lý rong mơ nguyên liệu Chọn loại dung... siêu âm đến hiệu quả trích ly Fucoidan trong rong Mơ - Xác định được quá trình thu nhận Fucoidan trong rong Mơ - Xây dựng được quy trình trích ly Fucoidan trong rong Mơ 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu về rong Mơ 2.1.1 Nguồn gốc phân bố Rong mơ Mơ có tên khoa học là Sargassum, được đặt tên bởi các thủy thủ Bồ Đào Nha đã tìm thấy nó trong biển Sargasso [29] Rong Mơ phân bố chủ yếu ở Trung Quốc, . pháp trích ly 17 2.3.2. Ứng dụng sóng siêu âm trong trích ly hoạt chất sinh học Fucoidan 17 2.3.3. Các phương pháp trích ly hoạt chất Fucoidan trong rong Mơ 20 2.4. Tình hình nghiên cứu, sản. nguyên rong Mơ dồi dào của Việt Nam để tạo ra những chế phẩm phục vụ chăm sóc sức khỏe cộng đồng tôi tiến hành nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm để trích ly hoạt chất Fucoidan trong rong. lý sóng siêu âm đến hiệu quả trích ly Fucoidan trong rong Mơ. - Xác định được quá trình thu nhận Fucoidan trong rong Mơ. - Xây dựng được quy trình trích ly Fucoidan trong rong Mơ. 4 PHẦN