Tài liệu Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ thu nhận carrageenanchất lượng cao từ rong sụn

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIEÂN CÖÙU HOAØN THIEÄN COÂNG NGHEÄ THU NHAÄN CARRAGEENAN CHAÁT LÖÔÏNG CAO TÖØ RONG SUÏN Hoïc vieân: Döông Chí Thanh Ngaønh: Coâng ngheä sau thu hoaïch Maõ soá: 60.54.10 Nha Trang, 2007 2 MÔÛ ÑAÀU Rong suïn Kappaphycus alvarezii laø loaïi rong coù giaù trò kinh teá cao. Hieän rong suïn ñöôïc nuoâi troàng chuû yeáu ôû Philippines, Indonesia,… Saûn löôïng rong suïn haøng naêm cuûa Philippines vaøo khoaûng 120 taán rong khoâ/naêm. Trong rong suïn coù nhieàu caùc chaát khoaùng nhö: Mg2+, Mn2+, Fe2+,… Hôn theá nöõa, trong rong suïn coøn coù chöùa carrageenan, moät loaïi polysaccharide ñöôïc öùng duïng nhieàu trong myõ phaåm, coâng nghieäp deät, döôïc phaåm,… ñaëc bieät laø trong coâng ngheä thöïc phaåm. Trong thöïc phaåm carrageenan ñöôïc söû duïng laøm phuï gia ñeå oån ñònh, taêng khaû naêng nhuõ töông cao cho caùc saûn phaåm söõa, ñoà uoáng,… Ngoaøi ra, carrageenan coøn ñöôïc söû duïng ñeå taêng khaû naêng ñoâng tuï, giöõ nöôùc cho nhieàu saûn phaåm töø thòt vaø caù. Hôn nöõa, rong suïn coøn ñöôïc söû duïng nhö laø moät loaïi rau cao caáp trong böõa aên haøng ngaøy cuûa nhieàu ngöôøi AÙ chaâu nhö: Nhaät Baûn, Haøn Quoác,… Töø naêm 1993, rong suïn ñaõ ñöôïc du nhaäp veà nuoâi troàng ôû moät soá tænh ven bieån cuûa Vieät Nam: Bình Ñònh, Phuù Yeân, Khaùnh Hoøa, Ninh Thuaän, Kieân Giang,… Caùc nhaø khoa hoïc cuûa Vieät Nam cuõng chæ môùi quan taâm nghieân cöùu veà rong suïn trong moät vaøi naêm trôû laïi ñaây. Caùc coâng trình nghieân cöùu veà rong suïn môùi chæ taäp trung vaøo nghieân cöùu nuoâi troàng vaø sô boä nghieân cöùu taùch chieát carrageenan töø rong suïn. Tuy vaäy, ñeå coù theå saûn xuaát carrageenan töø rong suïn ñoøi hoûi phaûi coù caùc coâng trình nghieân cöùu raát cuï theå veà coâng ngheä thu nhaän carrageenan töø rong suïn. Do vaäy, ñeà taøi: “Nghieân cöùu hoaøn thieän coâng ngheä thu nhaän carrageenan chaát löôïng cao töø rong suïn Kappaphycus alvarezii” laø raát caàn thieát, laøm cô sôû cho vieäc saûn xuaát carrageenan töø rong suïn, goùp phaàn naâng cao giaù trò rong suïn Vieät Nam. Muïc ñích cuûa ñeà taøi: 3 Ñaùnh giaù möùc ñoä aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá coâng ngheä ñeán thaønh phaàn, chaát löôïng cuûa carrageenan thu nhaän töø rong suïn (Kappaphycus alvarezii). Noäi dung cuûa ñeà taøi: 1. Nghieân cöùu söï bieán ñoåi haøm löôïng carrageenan vaø moät soá khoaùng chaát trong chu kyø soáng vaø phaùt trieån cuûa rong suïn. 2. Nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa caùc loaïi kieàm, acid tôùi chaát löôïng cuûa carrageenan. 3. Nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä, thôøi gian naáu chieát tôùi chaát löôïng cuûa carrageenan. 4. Xaây döïng quy trình hoaøn thieän saûn xuaát carrageenan coù chaát löôïng cao phuïc vuï cho lónh vöïc thöïc phaåm. YÙ nghóa khoa hoïc Keát quaû nghieân cöùu cuûa ñeà taøi coù yù nghóa cao veà khoa hoïc, chöùng minh raèng caùc ñieàu kieän coâng ngheä, cheá ñoä xöû lyù vaø naáu chieát coù theå aûnh höôûng tôùi chaát löôïng cuûa carrageenan thu nhaän töø rong suïn. Keát quaû nghieân cöùu cuûa ñeà taøi seõ laø caùc soá lieäu thöïc teá boå sung cho lyù thuyeát ñeå phuïc vuï cho coâng taùc giaûng daïy taïi Tröôøng Ñaïi hoïc Nha Trang. YÙ nghóa thöïc tieãn Thaønh coâng cuûa ñeà taøi seõ laø cô sôû cho vieäc saûn xuaát carrageenan söû duïngï cho lónh vöïc thöïc phaåm ôû quy moâ lôùn. 4 CHÖÔNG I TOÅNG QUAN VEÀ RONG SUÏN VAØ CARRAGEENAN 1.1. GIÔÙI THIEÄU VEÀ RONG SUÏN Rong suïn coù teân thöông maïi laø cottonii, kyù hieäu laø KA, thuoäc ngaønh hoàng taûo Rhodophyta, lôùp Rhodophyceae, phaân lôùp Florideophycidae, boä Gigartinales, họ Areschougiaceae, gioáng Kappaphycus, loaøi alvarezii (Hình 1.1, 1.2, 1.3). Hình 1.1. Hình aûnh veà rong suïn (Kappaphycus alvarezii) töôi Hình 1.2. Rong suïn khoâ Hình1.3. Rong suïn khoâ Macxxell Doty laø ngöôøi ñaàu tieân tìm thaáy rong suïn ôû vuøng bieån Philippines vaøo naêm 1972. Ngöôøi coù coâng thu maãu cuøng vôùi oâng laø Alvarezii. Do vaäy, Macxxell Doty ñaët teân loaïi rong naøy laø Euchuma alvarezii Doty. Khi phaân tích 5 thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa loaïi rong naøy, Macxxell Doty ñaõ ñoåi teân Euchuma alvarezii Doty thaønh Kappaphycus alvarezii (Doty). Sau ñoù, Macxxell Doty cuøng vôùi moät nhoùm caùc nhaø nghieân cöùu taïi tröôøng Ñaïi hoïc Hawaii baét ñaàu nghieân cöùu phaùt trieån phöông phaùp nuoâi troàng rong suïn ôû Hawaii. Töø ñoù, rong suïn ñöôïc nuoâi troàng vaø phaùt trieån roäng raõi ôû caùc nöôùc Indonesia, Malaysia, Tanzania, AÁn ñoä,… Rong suïn laø loaøi sinh tröôûng phaùt trieån nhanh, töø 100 gram rong gioáng ban ñaàu sau moät naêm nuoâi troàng coù theå taêng tröôûng thaønh buïi rong naëng tôùi 14 – 16 Kg. Thaân rong daïng hình truï troøn, ñöôøng kính thaân chính khi phaùt trieån cöïc ñaïi coù theå ñaït tôùi 20 mm. Thaân chöùa nhaùnh phaân boá khoâng theo quy luaät. Khi ñang sinh tröôûng trong nöôùc bieån thì thaân rong hôi nhôùt, coù maøu xanh naâu, thaân rong gioøn, deã gaãy. Rong suïn töôi thöôøng coù maøu xanh hoaëc maøu ñoû naâu do trong rong coù hai loaïi saéc toá laø phycobline (bao goàm phycocyanine coù maøu xanh tím, phycocythrine coù maøu ñoû) vaø chlorophyll. Sau khi thu hoaïch, phôi khoâ rong suïn thöôøng coù maøu vaøng naâu, theå tích bò giaûm ñeán ¾ so vôùi khi ôû trong nöôùc bieån vaø coù traïng thaùi raén chaéc. Nhieät ñoä thích hôïp nhaát cho söï ñeå sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa rong suïn laø töø 25  280C. Nhieät ñoä cao hôn 300C vaø thaáp hôn 200C seõ aûnh höôûng ñeán sinh tröôûng cuûa rong. Neáu nhieät ñoä thaáp hôn 15  180C thì rong seõ ngöøng phaùt trieån. Rong suïn laø loaøi öa maën, chuùng chæ sinh tröôûng vaø phaùt trieån toát ôû nôi coù ñoä maën cao (28  32 0/00), ôû ñoä maën thaáp (18  200/00) rong suïn chæ coù theå toàn taïi trong thôøi gian ngaén (5  7 ngaøy) vaø neáu keùo daøi nhieàu ngaøy rong seõ ngöøng phaùt trieån, coù hieän töôïng ñöùt gaãy vaø daãn ñeán taøn luïi. Rong suïn thuoäc ngaønh rong ñoû Rhodophyta coù chöùa caùc saéc toá chlorophyll vaø phycobline neân rong suïn chæ thích nghi vôùi aùnh saùng coù böôùc soùng ngaén vôùi cöôøng ñoä aùnh saùng khoâng cao, töø 12.000  50.000 lux, thích hôïp nhaát töø 30.000  50.000 lux. AÙnh saùng quaù thaáp hoaëc quaù cao thì ñeàu aûnh höôûng ñeán quaù trình sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa rong. Rong suïn phaùt trieån toát ôû vuøng nöôùc thöôøng 6 xuyeân trao ñoåi vaø luaân chuyeån (taïo ra do doøng chaûy, doøng trieàu hay soùng beà maët) - ñaây laø yeáu toá cöïc kyø quan troïng aûnh höôûng ñeán toác ñoä sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuõng nhö chaát löôïng cuûa rong suïn. Trong ñieàu kieän nhieät ñoä khoâng quaù cao, nöôùc ñöôïc trao ñoåi thöôøng xuyeân, rong suïn haàu nhö khoâng ñoøi hoûi nhieàu veà caùc chaát dinh döôõng, caùc chaát dinh döôõng coù saün trong nöôùc ñuû cung caáp cho rong suïn phaùt trieån. Chæ trong ñieàu kieän nöôùc tónh, ít ñöôïc trao ñoåi vaø nhieät ñoä nöôùc cao (muøa naéng – noùng, trong caùc thuyû vöïc nöôùc yeân nhö: ao, ñìa nhaân taïo) rong suïn ñoøi hoûi dinh döôõng cung caáp theâm caùc chaát: Amon vaø Phot phat cao hôn cho söï sinh tröôûng. Nhìn chung ôû caùc vuøng coù haøm löôïng caùc chaát dinh döôõng: Amon, Natri, Phot phat cao, toác ñoä sinh tröôûng cuûa rong suïn cao vaø caùc loïai chaát dinh döôõng naøy coøn giuùp rong suïn phaùt trieån bình thöôøng trong caùc ñieàu kieän khoâng thuaän lôïi veà nhieät ñoä, ñoä maën hay nöôùc ít löu chuyeån. Toác ñoä taêng tröôûng cuûa rong suïn cao nhaát vaøo khoaûng tuaàn thöù 2 ñeán tuaàn thöù 4, khi kích thöôùc rong ôû 200  700g/cuïm. Khi rong ñaït bình quaân treân 1000g/cuïm (ôû tuaàn thöù 5 hoaëc thöù 6) toác ñoä sinh tröôûng cuûa rong giaûm daàn, haøm löôïng kappa-carrageenan caøng cao khi keùo daøi thôøi gian troàng. Do ñoù ñeå ñaûm baûo cho vieäc nuoâi troàng rong suïn coù naêng suaát vaø chaát löôïng cao, thôøi gian thu hoaïch rong ít nhaát sau hai thaùng troàng laø hôïp lyù. Nhìn chung, toác ñoä taêng tröôûng cuûa rong suïn töø 5  7%/ngaøy trong muøa maùt vaø töø 1  3% trong muøa noùng. Rong suïn vaø ña soá caùc loaøi rong coù muøi tanh ñaëc tröng, muøi cuûa rong suïn laø yeáu toá phöùc taïp ñöôïc caáu thaønh bôûi nhieàu yeáu toá trong ñoù coù söï tham gia ñaùng keå cuûa bihenic acid, laø loaïi acid do vi khuaån soáng treân thaân caây rong sinh ra. Caùc vi khuaån naøy coù raát nhieàu trong nöôùc bieån. Ñeå khöû muøi cho rong suïn, ngöôøi ta coù theå phôi röûa rong nhieàu laàn baèng nöôùc saïch hoaëc ngaâm trong nöôùc gaïo, daám aên, nöôùc traø,… Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa rong suïn [4]: 7 Thaønh phaàn chính cuûa rong suïn laø carrageenan. Haøm löôïng carrageenan coù theå chieám ñeán 40% troïng löôïng khoâ cuûa rong. Trong ñoù carrageenan tan chieám khoaûng 33% vaø carrageenan khoâng tan chieám 7%. Thaønh phaàn hoùa hoïc cô baûn cuûa rong suïn nguyeân lieäu thu hoaïch ôû bieån, phôi naéng ñeán ñoä aåm khoaûng 20%, röûa saïch baèng nöôùc sinh hoaït vaø saáy khoâ ôû 40  500C ñeå ñaït trôû laïi ñoä aåm 19  20% theå hieän ôû baûng 1.1. Baûng 1.1. Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa rong suïn [4] Haøm Ñôn vò Haøm Ñôn vò löôïng tính löôïng tính Protein 2,40 % Cu 2,30 % Ñöôøng toång 0,00 % S 2,60 % Cellulose 4,00 % SO42- 8,08 ppm AÅm 19,60 % I 23,00 % Tro toång 20,00 % Cl 6,87 % Carrageenan 40,00 % Hg 0,01 % K 2,20 % As 0,02 % Na 2,40 % Pb 0,75 % Ca 0,36 % Cd 0,31 % Fe 0,04 ppm Sb 5,08 % Thaønh phaàn Thaønh phaàn Rong suïn coù chöùa haøm löôïng tro raát ñaùng keå. Khi xöû lyù cheá bieán rong thaønh thöïc phaåm thì haøm löôïng tro coøn laïi so vôùi luùc chöa xöû lyù laø 6/10 (hay ñaït khoaûng 16% chaát khoâ). Nhö vaäy sau khi xöû lyù löôïng khoaùng baùm ôû lôùp beân ngoaøi rong ñaõ bò giaûm ñi khaù nhieàu. Nhöng trong rong suïn sau xöû lyù vaãn chöùa nhieàu loaïi nguyeân toá vi löôïng nhö: Mo, Fe, Cu, Mg, Zn, Ca, Na, K; vaø caùc chaát 8 phi kim loaïi nhö: I, S, P, ñaây laø caùc chaát caàn thieát cho cô theå con ngöôøi. Ngoaøi ra trong rong nuoâi ôû moâi tröôøng oâ nhieãm coù theå chöùa caùc ion kim loaïi naëng nhö: Hg, As, Pb, Cd,… Nhöng nhieàu nghieân cöùu veà rong suï cho thaáy haøm löôïng caùc chaát naøy ñeàu ôû döôùi möùc ñoä cho pheùp cuûa theo tieâu chuaån cuûa Boä Y Teá ngaøy 4/4/1998. Khi ñaõ xöû lyù cheá bieán rong suïn thaønh thöïc phaåm coù haøm löôïng aåm cao tôùi 80  90%, haøm löôïng caùc kim loaïi naëng seõ giaûm xuoáng thaáp hôn. Trong rong suïn coøn chöùa protein. Protein cuûa rong suïn coù giaù trò dinh döôõng cao do coù chöùa 11 amino acid vôùi haøm löôïng khaù cao bao goàm 5 amino acid khoâng thay theá (baûng 1.2). Vì vaäy, coù theå noùi nguyeân lieäu rong suïn laø nguoàn nguyeân lieäu thöïc phaåm giaøu dinh döôõng vaø khoâng gaây ñoäc haïi. Baûng 1.2. Haøm löôïng amino acid cuûa rong suïn [4] Amino acid Haøm löôïng (%) Amino acid Haøm löôïng (%) Leucin 0,080 Alanin 0,140 Methionin 0,070 Glutamin 0,280 Phenylalanin 0,230 Glycin 0,130 Valin 0,070 Prolin 0,230 Tryptophan 0,082 Serin 0,110 tyrosin 0,080 Caùc quaù trình bieán ñoåi cuûa rong nguyeân lieäu sau thu hoaïch [8] Quaù trình phaù vôõ caáu truùc caây rong vaø phaân giaûi caùc hôïp chaát keo rong polymer Glucoside Treân rong bieån thöôøng chöùa 20 loaïi vi sinh vaät khaùc nhau, coù nhieàu loaïi chuyeân phaân huûy keo rong (Agar, Alginic). Caùc loaïi vi sinh vaät naøy raát thích nghi vôùi söï coù maët cuûa caùc muoái coù trong thaønh phaàn nöôùc bieån. Khi caây rong coøn soáng noù taïo ra caùc Antibiotic ñeå choáng laïi hoaït ñoäng cuûa caùc vi khuaån naøy. Khi 9 caây rong ñaõ cheát khoâng coøn khaû naêng treân, vi sinh vaät seõ xaâm nhaäp vaøo thaân caây rong vaø phaù huûy teá baøo cuûa noù, phaân huûy caùc chaát keo rong. Neáu cöù ñeå moâi tröôøng nöôùc bieån baùm treân caây rong thì caøng laøm cho vi sinh vaät nhanh choùng phaù huûy caây rong trong thôøi gian ngaén. Ñoàng thôøi trong rong bieån coøn chöùa caùc enzyme ñaëc hieäu coù khaû naêng thuûy phaân caùc chaát polymer keo rong thaønh caùc thaønh phaàn ñôn giaûn, ñaëc bieät chuùng hoaït ñoäng trong ñieàu kieän ñoä aåm cao vaø laøm cho teá baøo rong bò phaù huûy. Hieän töôïng naøy coøn goïi laø hieän töôïng töï phaân cuûa teá baøo caây rong. O2 CH2 O O O O OH O n O Enzyme VSV Carrageenan H2O O2-SO CH2 O O O O O OH n=3-10 Carrageenan dextrin Hình 1.4. Söï phaân giaûi carrageenan thaønh carrageenan dextrin Taùc haïi cuûa quaù trình bieán ñoåi naøy laø laøm cho chaát löôïng keo rong giaûm, cuï theå laø ñoä nhôùt cuûa keo rong giaûm do kích thöôùc phaân töû keo rong ngaén hôn. Sinh nhieät do hoâ haáp teá baøo Sau khi rong vôùt leân khoûi maët nöôùc, rong bieån vaãn tieáp tuïc hoâ haáp trong moät thôøi gian nöõa. Quaù trình hoâ haáp teá baøo seõ sinh ra löôïng nhieät laøm cho khoái 10 rong noùng leân neáu khoâng chuù yù laøm taûn nhieät cho khoái rong. Khi nhieät toûa ra laøm cho nhieät ñoä taêng leân cao seõ goùp phaàn tích cöïc vaøo quaù trình phaù huûy teá baøo vaø caùc hôïp chaát polymer. Quaù trình thoái röûa Sau quaù trình phaù huûy caáu truùc vaø thuûy phaân caùc hôïp chaát keo rong laø quaù trình phaân huûy caùc chaát coù trong rong bieån nhö Agar, Alginate, cellulose, protein,…. taïo thaønh caùc hôïp chaát phaân huûy thoái röûa. 1.2. GIÔÙI THIEÄU VEÀ CARRAGEENAN Carrageenan laø moät loïai polysaccaride tìm thaáy trong caùc loøai rong ñoû nhö laø: Chondrus, Gigartina, Eucheuma, Furcellaria, Phyllophora,… töø nhöõng naêm 1837. Stanford (1862) ñaõ ñaët teân loaïi polysaccaride ñöôïc chieát baèng nöôùc töø loaøi Chondrus crispus laø “Carrageenin”. Vieäc tinh saïch chuùng baèng phöông phaùp keát tuûa coàn ñaõ ñöôïc thöïc hieän vaøo naêm 1871. Teân goïi “carrageenan” ñöôïc ñeà nghò vaø ñöôïc UÛy Ban Danh phaùp thuaät ngöõ carbohydrate cuûa Hoäi Hoùa hoïc Myõ thoâng qua. Nhöng vieäc saûn xuaát carrageenan chæ thöïc söï ñöôïc quan taâm trong nhöõng thaäp nieân 1930 khi moät soá coâng ty ôû bôø bieån phía Taây nöôùc Myõ phaùt hieän ra carrageenan coù ñoä nhôùt cao vaø coù khaû naêng taïo gel. Hieän nay, caùc nöôùc saûn xuaát carrageenan chuû yeáu laø: Myõ, Ñan Maïch, Phaùp, Nhaät, Taây Ban Nha, Trung Quoác, Haøn Quoác, Brazil, Philippines,… ÔÛ Trung Quoác baét ñaàu vieäc saûn xuaát carrageenan trong thaäp nieân 1970. Ban ñaàu hoï duøng loaïi rong Eucheuma gelatinae coù ôû ñaûo Haûi Nam laøm nguyeân lieäu taùch chieát vaø sau ñoù loaïi rong Hypnea sp ñöôïc duøng nhieàu hôn. Carrageenan coù tính chaát gioáng nhö Agar, ngaøy nay ñöôïc öùng duïng raát roäng raõi trong coâng nghieäp thöïc phaåm. Do khaû naêng öùng duïng cuûa carrageenan trong lónh vöïc cheá bieán söõa vaø coâng ngheä sinh hoïc toát hôn agar neân vieäc saûn xuaát carrageenan taêng leân khaù nhanh vaø gaàn ñaây ñaõ vöôït qua agar. Saûn löôïng carrageenan saûn xuaát haøng naêm treân theá giôùi khoaûng 15.000 taán. Trong ñoù, Trung Quoác chieám khoaûng 600 taán. 11 1.2.1. Caáu taïo vaø phaân loaïi carrageenan Carrageenan laø moät polyme maïch thaúng, chöùa khoaûng 25.000 phaân töû galactose, vôùi lieân keát luaân phieân cuûa  -D-galactose pyranose qua lieân keát 1,3 vaø  -D-galactose pyranose qua lieân keát 1,4 (Hình 1.5). [19], [20], [21]. Hình 1.5. Caáu taïo cuûa carrageenan vôùi caùc lieân keát luaân phieân  -Dgalactose pyranose vaø  -D-galactose pyranose Caáu taïo cuûa carrageenan phuï thuoäc vaøo nguoàn nguyeân lieäu vaø caùc ñieàu kieän taùch chieát. Caùc lieân keát ôû vò trí soá 3 xuaát hieän ôû caùc goác coù sulphate ôû vò trí 2 vaø 4 hoaëc khoâng coù sulphate trong khi lieân keát ôû vò trí soá 4 ôû caùc goác coù sulphate ở vị trí số 2: goác 2,6 disulphate, goác 2,6 anhydro vaø 3,6 anhydro -2sulphate. Người ta không gặp các loại carrageenan coù gốc Sulphate ôû vò trí soá 3ù. Người ta cuõng gaëp goác Pyruvat ôû carrageenan taùch chieát töø rong Gigartina. Caùc loïai carrageenan coù goác pyruvat ñöôïc goïi laø Pi-carrageenan. Nhoùm methoxyl cuõng coù trong caùc polysaccharide sulphate hoùa töø caùc loaøi rong thuoäc gioáng Grateloupiaceae. Trong hai thaäp nieân 60 vaø 70, ñaõ coù caùc coâng trình nghieân cöùu cho thaáy carrageenan coù nhieàu daïng caáu truùc khaùc nhau. Caùc loaïi naøy chæ khaùc nhau ôû möùc ñoä sulphate hoùa, vò trí sulphate hoùa, möùc ñoä hydrate hoùa. Chaúng haïn mu vaø nu ñöôïc xem laø caùc chaát ban ñaàu ñeå toång hôïp neân kappa vaø iota [8], [22]. Do vaäy caùc nhaø nghieân cöùu ñaõ chia carrageenan thaønh caùc loaïi sau: mu, kappa, nu, iota, lambda, theta vaø xi - carrageenan. Moät soá daïng cô baûn cuûa carrageenan nhö sau: -  -carrageenan (Kappa-carrageenan) laø moät loaïi carrageenan ñöôïc duøng thoâng thöôøng nhaát. Nhöõng tính chaát quan troïng nhaát cuûa chuùng laø söùc taïo gel cao 12 vaø töông taùc maïnh vôùi protein söõa. Treân theá giôùi, carrageenan ñöôïc saûn xuaát chuû yeáu laø daïng kappa – carrageenan, daïng naøy chieám khoaûng 70% toång saûn löôïng treân carrageenan theá giôùi. -  -carrageenan laø loïai carrageenan sau khi xöû lyù kieà m thì chuyeån thaønh kappa-carrageenan.  -carrageenan haàu heát ñöôïc taùch chieát töø rong bieån nhieät ñôùi Kappaphycus alvarezii (Kappaphycus alvarezii cuõng ñöôïc goïi laø Eucheuma cottonii) Hình 1.6.  -carrageenan ñöôïc taïo ra töø  -carrageenan - Iota-carrageenan laø moät loaïi carrageenan coù löôïng sunphat naèm trung gian giöõa kappa vaø lambda carrageenan. Iota-carrageenan hình thaønh gel ñaøn hoài vôùi nhöõng tính chaát ñoâng, tan giaù vaø chöõa veát thöông toát.  -carrageenan sau khi ñöôïc xöû lyù kieàm thì ñöôïc chuyeån thaønh iota- carrageenan.  -carrageenan haàu heát ñöôïc taùch chieát töø rong bieån (Eucheuma denticulatum) coù ôû Philippines. 13 Hình 1.7.  -carrageenan ñöôïc taïo ra töø  -carrageenan - Lambda-carrageenan laø moät loaïi carrageenan coù möùc sulphat cao. Lambda-carrageenan khoâng taïo gel. Veà phöông dieän thöông maïi, chuùng ñöôïc taùch chieát töø rong bieån döôùi daïng moät hoãn hôïp kappa/lambda. Lambda-carrageenan (phaàn lôùn ñöôïc taùch chieát töø Gigartina pistillata hoaëc Chondrus crispus) sau khi xöû lyù kieàm thì ñöôïc chuyeån thaønh  -carrageenan (theta-carrageenan), nhöng ôû moät toác ñoä chaäm hôn so vôùi nhöõng nguyeân nhaân taïo ra  -carrageenan vaø  -carrageenan. Hình 1.8.  -carrageenan chuyeån thaønh  -carrageenan 1.2.2. Moät soá tính chaát cuûa carrageenan 14 Tính chaát hoùa hoïc cuûa carrageenan tröôùc laø do caùc nhoùm sulphate taïo neân, ñaây laø caùc anion maïnh, coù theå so saùnh vôùi sulfuric acid veà ñoä phaân ly. Caùc carrageenan chöùa goác acid töï do thöôøng khoâng beàn vaø do vaäy caùc carrageenan thöông maïi thöôøng ôû daïng muoái cuûa K+, Ca2+ hoaëc laø hoãn hôïp cuûa caû hai muoái naøy. Caùc cation gaén vaøo caùc nhoùm sulphate trong maïch polyme, coù aûnh höôûng raát lôùn ñeán tính chaát vaät lyù cuûa carrageenan. [33] Taát caû caùc loaïi carrageenan ñeàu coù khaû naêng töông taùc vôùi protein. Haàu heát chuùng ñeàu coù töông taùc ion – ion giöõa nhoùm sulphate cuûa carrageenan vaø nhoùm mang ñieän cuûa protein. Khaû naêng töông taùc giöõa protein - carrageenan phuï thuoäc vaøo tyû leä ñieän tích cuûa protein so vôùi carrageenan. Nhö vaäy töông taùc naøy phuï thuoäc vaøo möùc ñoä tích ñieän cuûa protein, pH cuûa dung dòch vaø tyû leä khoái löôïng cuûa carrageenan so vôùi protein. Maët khaùc, carrageenan coøn coù theå lieân keát töø ñoù laøm keát tuûa caùc ñaïi phaân töû mang ñieän tích döông nhö: xanh metylen, safranine, mauvine, caùc loaïi phaåm maøu azo vaø thiazo khaùc; tính chaát naøy gioáng nhö moät vaøi alkaloid vaø protein. [31] Treân ñieåm ñaúng ñieän (pI) NH2 CO2- NH2 CO2- NH2 CO2- Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ SO4- SO4- SO4- SO4- SO4- NH3 + CO2 - SO4- + + CO2- NH3 SO4- SO4- NH3 CO2- NH2 CO2 - NH2 CO2- NH3+ CO2- NH3+ SO4- SO4- Döôùi ñieåm ñaúng ñieän (PI) CO2- NH3+ CO2- NH3+ CO2- NH3+ CO2- SO4- SO4- SO4- NH3+ SO4- CO2- NH3+ SO4- 15 Ngoaøi ra, carrageenan coøn bò keát tuûa trong coàn (coàn ñoùng vai troø laø taùc nhaân dehydrate hoùa). Moät tính chaát khoâng mong muoán cuûa carrageenan laø deã bò depolyme hoùa do bò thuyû phaân döôùi taùc ñoäng cuûa acid. Ñieàu naøy coù lieân quan ñeán nhoùm 3,6-anhydro trong carrageenan. Carrageenan ôû traïng thaùi gel beàn vôùi acid hôn ôû traïng thaùi dung dòch. ÔÛ moâi tröôøng kieàm, carrageenan töông ñoái beàn, khoâng bò thuûy phaân. Vôùi pH thaáp cuøng vôùi söï taùc duïng cuûa nhieät ñoä thì söï thuûy phaân xaûy ra nhanh hôn. Khi thuûy phaân carrageenan taïo thaønh caùc saûn phaåm nhö: glucose, fructose, pentose, ketogluconic acid,… [37] Carrageenan maø ñaëc bieät laø phaân ñoaïn kappa vaø lambda-carrageenan seõ bò thuûy phaân bôûi enzyme Pseudomonate Carrageenovora hay kappa- Carrageenovora. Khi kappa, lambda-carrageenan bò thuûy phaân bôûi enzyme naøy thì ñoä nhôùt cuûa dung dòch giaûm raát nhieàu vaø laøm taêng khaû naêng khöû, taïo ra caùc saûn phaåm thuoäc daõy ñoàng ñaúng cuûa Oligosaccharide sulphate. Carrageenan bò metylen hoùa taïo ra caùc daãn xuaát metyl nhö 2, 3, 4, 6 tetrametyl-D(L)-Galactose hoaëc 2,4,6-tri-o-metyl-D(L)-Galactose vaø döïa vaøo ñaëc tính naøy ngöôøi ta ñaõ xaùc ñònh ñöôïc thaønh phaàn vaø caáu truùc cuûa noù. Cuõng nhö caùc polysaccharide töï nhieân khaùc, carrageenan cuõng khoâng coù khoái löôïng phaân töû xaùc ñònh. carrageenan thöông maïi loaïi thöïc phaåm coù khoái löôïng trung bình naèm trong khoaûng 200.000 Dalton. Caùc tính chaát ñaëc thuø cuûa carrageenan phuï thuoäc raát lôùn vaøo khoái löôïng phaân töû cuûa noù vaø caùc tính chaát naøy gaàn nhö maát ñi neáu khoái löôïng phaân töû nhoû hôn 100.000 Dalton. [33] Carrageenan laø moät polysaccharide mang ñieän aâm, ñöôïc hình thaønh do quaù trình ñoàng truøng hôïp. Khi theâm vaøo dung dòch carrageenan nhöõng chaát ñieän phaân thì dung dòch keùm beàn (ñoä nhôùt giaûm), thaäm chí chæ vôùi nhöõng veát chaát ñieän phaân. 16 Carrageenan huùt nöôùc maïnh, söï huùt nöôùc keøm theo söï tröông phoàng ñaùng keå taïo thaønh gel theo thôøi gian khi noù tieáp xuùc vôùi dung moâi. Carrageenan laø cao phaân töû (polysaccharide) coù cöïc neân tröông nôû trong dung moâi coù cöïc (nöôùc). Carrageenan tan trong anhydrous hydrazine, ít tan trong formaldehyd vaø methyl sulfoxide, khoâng tan trong daàu vaø dung moâi höõu cô. carrageenan tan trong nöôùc, ñaëc bieät laø nöôùc noùng, tuy nhieân tính tan cuûa noù coøn phuï thuoäc vaøo loaïi carrageenan. [27] Baûng 1.3. Tính tan cuûa carrageenan trong caùc moâi tröôøng khaùc nhau Moâi tröôøng  -carrageenan -carrageenan  -carrageenan Nöôùc noùng Tan treân 700C Tan treân 700C Tan Nöôùc laïnh Tan trong muoái Na+, tan haïn cheá trong muoái Ca2+, NH4+, K+ Tan trong muoái Tan trong taát caû Na+, tan trong caùc muoái muoái Ca2+ cho söï phaân taùn sol-gel thuaän nghòch Söõa noùng Tan Tan Tan Söõa laïnh Khoâng tan Khoâng tan Laøm phaân taùn ñoä ñoâng ñaëc Söõa laïnh Ñoâng ñaëc (tetranatri taïo gel pyrophosphate) hoaëc Ñoâng ñaëc taïo gel Dung dòch ñöôøng Tan trong coù noàng ñoä cao dòch noùng dung Khoù tan Dung dòch muoái Khoâng tan trong Tan trong coù noàng ñoä cao dung dòch noùng vaø dòch noùng laïnh Caùc dung moâi coù Tan trong dung Gioáng nhö laãn nöôùc moâi coù noàng ñoä carrageenan khoaûng 30% Caùc dung moâi höõu Khoâng tan cô Khoâng tan hoaëc Taêng khaû taïo gel naêng Tan trong dòch noùng dung dung Tan trong dòch noùng dung  - Gioáng nhö carrageenan Khoâng tan - 17 Nhieät ñoä noùng chaûy cuûa gel carrageenan thaáp hôn nhieàu so vôùi gel Agar. Khaû naêng keo hoùa cuûa carrageenan naèm trung gian giöõa Agar, Alginate vaø gaàn gioáng vôùi Aginate hôn. Söï hình thaønh gel cuûa dung dòch carrageenan laø moät quaù trình nhieät thuaän nghòch. Khi nhieät ñoä cao hôn giaù trò nhieät ñoä taïo gel thì gel seõ tan chaûy (caân baèng bò phaù vôõ). Tuy nhieân khoaûng caùch nhieät töø traïng thaùi taïo gel ñeán tan chaûy laø moät giaù trò khoâng ñoåi, giaù trò naøy khoaûng 5  220F (-15  -5,550C). Khaû naêng hình thaønh gel cuûa carrageenan phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä vaø noàng ñoä dung dòch. Noàng ñoä dung dòch taïo gel vaø nhieät ñoä taïo gel laïi phuï thuoäc vaøo loaïi vaø soá löôïng muoái coù maët trong dung dòch. Ngoaøi ra, tính chaát taïo gel coøn phuï thuoäc chuû yeáu vaøo loaïi rong, ñoä nhôùt vaø phuï thuoäc raát lôùn vaøo coâng ngheä taùch chieát, phuï thuoäc vaøo söï hình thaønh vaø phaân boá cuûa goác galactose trong maïch polymer. Baûng 1.4. Tính chaát gel cuûa caùc loaïi carrageenan khaùc nhau [21] Söï taïo gel (Gelation) Kappa Iota Vôùi K+ Vôùi Ca2+ Caáu truùc gel Gioøn, deã vôõ Ñaøn hoài (Gel texture) (Brittle) (Elastic) Coù Khoâng Khoâng Coù Khoâng Khoâng Khoâng Coù Khoâng Gel chaéc nhaát (Strongest gels) Ñoâng tuï laïi sau khi keùo (Regelating after shear) Söï ñoâng ñaëc (söï taùch nöôùc do co) (Syneresic) Lambda Khoâng taïo gel Khoâng taïo gel Tính oån ñònh khi laøm ñoâng/tan giaù (Freeze/thaw stability) 18 Dung dòch carrageenan coù khaû naêng haáp thuï tia hoàng ngoaïi ôû moät böôùc soùng nhaát ñònh phuï thuoäc vaøo loaïi vaø thaønh phaàn cuûa carrageenan. Döïa vaøo tính chaát naøy ngöôøi ta coù theå phaân bieät ñöôïc carrageenan thuoäc loaïi: kappa, iota, hay lambda,… Caùc loaïi polysaccharide thöôøng coù khaû naêng haáp thuï aùnh saùng vôùi böôùc soùng ôû vuøng hoàng ngoaïi trong khoaûng 1000 – 1100 cm-1. Caùc loaïi carrageenan taïo gel thì ñænh haáp thu cöïc ñaïi ôû böôùc soùng 1065 cm-1, loaïi khoâng taïo gel coù ñænh haáp thu ôû vuøng 1020 cm-1. Dung dòch carrageenan ít bò phaân huûy ôû moâi tröôøng coù pH=9. ÔÛ moâi tröôøng coù pH=7, dung dòch muoái Natri Carrageenate bò thoaùi hoùa do phaân töû carrageenan bò ñöùt lieân keát 3,6-anhydro glactose. Ñoä nhôùt cuûa dung dòch carrageenan phuï thuoäc raát lôùn vaøo ñoä daøi cuûa maïch polymer vaø caùc yeáu toá aûnh höôûng ñaëc bieät laø söï coù maët cuûa caùc muoái trong dung dòch. Ñoä nhôùt cuûa dung dòch tyû leä thuaän vôùi noàng ñoä dung dòch vaø tyû leä nghòch vôùi nhieät ñoä. carrageenan cho 3 phaûn öùng maøu ñaëc tröng: orein, carbazol, diphenylamin. Do carrageenan mang ñieän tích aâm cuûa goác OSO3- neân coù khaû naêng lieân keát vôùi protein qua goác amin mang ñieän tích döông khi pH naèm döôùi ñieåm ñaúng ñieän. Chính nhôø ñaëc ñieåm ñoù, treân 50% toång saûn löôïng carrageenan ñöôïc söû duïng trong coâng nghieäp söõa. Vai troø carrageenan laø laøm cho caùc saûn phaåm söõa coù ñoä oån ñònh nhuõ raát cao. Cuõng döïa vaøo ñaëc tính naøy, ngöôøi ta ñieàu cheá thuoác chöõa loeùt daï daøy vaø ñöôøng ruoät: khi thaønh daï daøy bò loeùt, men pepsin (men thuûy phaân protein) cuõng seõ taán coâng caùc protein taïi choã loeùt laøm cho ñoä acid taêng leân, daãn tôùi veát loeùt caøng naëng hôn. carrageenan töông taùc vôùi pepsin vaø öùc cheá taùc duïng cuûa noù. Carrageenan coù tính chaát taïo gel ñoâng gioán g nhö agar nhöng söùc ñoân g keù m hôn vì aûnh höôûn g bôûi löïc tónh ñieän cuûa caùc nhoù m –SO3. Tuy nhieân trong moâi tröôøng coù canxi thì söùc ñoâng taêng leân raát lôùn (1000g/cm 2) do coù söï taïo thaønh caàu 19 noái lieân keát canxisulphate giöõa caùc phaân töû carrageenan trong dung dòch (Hình 1.9). Hình 1.9. Hình aûnh veà quaù trình taïo gel ñoâng cuûa carrageenan Ghi chuù: a) Carrageenan ôû theå dung dòch, phaân töû hoøa tan ôû daïng caáu truùc baäc I, voâ ñònh hình. b) Khi nhieät ñoä baét ñaàu haï xuoáng, caùc sôïi ñôn leû hình thaønh xoaén keùp vôùi nhau nhôø lieân keát hydro cuûa oxy ôû C6, taïo caáu truùc baäc II, III, luùc naøy trong dung dòch coù söï saép xeáp voâ traät töï caùc phaân töû vöøa coù caáu truùc baäc I, vöøa coù caáu truùc baäc II, taïo dung dòch coù caáu truùc baäc III. c) Khi nhieät ñoä laïi tieáp tuïc haï xuoáng, ñoä nhôùt cuûa dung dòch taêng cao, caùc xoaén keùp laïi coù xu theá ñònh höôùng lieân keát vôùi nhau qua caùc nhoùm –OH maïch beân, taïo neân traïng thaùi oån ñònh, traät töï vaø ôû traïng thaùi gel ñoâng. Tröôøng hôïp coù maët Ca2+ gel ñoâng beàn vöõng do taïo thaønh caùc caàu lieân keát canxi photphat giöõa hai phaân töû carrageenan hoaëc giöõa caùc caëp xoaén keùp. Trong moâi tröôøng acid yeáu, carrageenan chuyeån thaønh carrageenic acid ROSO3H. 20 Trong moâi tröôøng kieàm, carrageenan bò khöû caùc goác –SO3 vaø hình thaønh lieân keát anhydro. 1.3. TOÅNG QUAN COÂNG TRÌNH NGHIEÂN CÖÙU TRONG VAØ NGOAØI NÖÔÙC VEÀ RONG SUÏN VAØ CARRAGEENAN Caùc coâng trình nghieân cöùu trong nöôùc Naêm 1993, taùc giaû Huyønh Quang Naêng, phaân vieän phoù Phaân vieän Khoa hoïc Vaät lieäu Nha Trang laø ngöôøi coù coâng ñaàu trong vieäc nghieân cöùu vaø di troàng loaïi Kappaphycus alvarezii ôû vuøng ven bieån, ñaûo phía nam nöôùc ta. Döïa vaøo ñaëc ñieåm thaân meàm vaø gioøn nhö xöông suïn, oâng ñaõ ñaët teân Vieät Nam cho caây laø rong suïn. Töø cuoái naêm 1999 ñeán nay, Phaân vieän Khoa hoïc Vaät lieäu Nha Trang ñaõ phoái hôïp vôùi Trung taâm Khuyeán ngö tænh Kieân Giang trieån khai thaønh coâng moâ hình thöû nghieäm troàng rong suïn ôû vuøng baõi ngang bieån ven bôø bieån ñaûo Phuù Quoác. Caùc nhaø khoa hoïc thuoäc Phaân vieän Khoa hoïc Vaät lieäu taïi Nha Trang cuõng ñaõ nghieân cöùu vaø xaùc ñònh ñöôïc trong rong raát giaøu caùc chaát khoaùng coù theå söû duïng ñeå cheá bieán caùc loaïi thöïc phaåm cöùc naêng phoøng vaø chöõa beänh böôùu coå, suy dinh döôõng, ngaên ngöøa vaø phoøng choáng moät soá beänh nan y nhö: rong möùt coù taùc duïng öùc cheá söï sinh tröôûng cuûa Sarcoma-180 phoøng ngöøa caùc beänh u böôùu, ung thö; rong Caâu Cöôùc coù taùc duïng toát ñeán hoaït ñoäng cuûa heä tieâu hoùa (nhuaän tröôøng); caùc loaøi rong mô coù taùc duïng haïn cheá möùc ñoä cholesterol trong maùu, choáng ñoâng maùu vaø môõ cao trong maùu. Ñoáng Thò Anh Ñaøo (1999) ñaõ nghieân cöùu thu nhaän carrageenan töø rong suïn Kappaphycus alvarezii nuoâi troàng ôû Ninh Thuaän. Keát quaû cho thaáy, haøm löôïng carrageenan trong rong suïn chieám ñeán 40% toång soá caùc thaønh phaàn. Ngoaøi ra, taùc giaû coøn tìm thaáy trong thaønh phaàn protein cuûa rong suïn coøn coù chöùa 11 acid amin vôùi haøm löôïng khaù cao, trong ñoù coù 5 acid amin khoâng thay theá. [4]