Tài liệu Nghiên cứu sử dụng gel alginate làm giá thể thay cho agar - agar trong nuôi cấy mô thực vật

  • Số trang: 100 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 143 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ĐẶNG THỊ SÁU NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG GEL ALGINATE LÀM GIÁ THỂ THAY CHO AGAR-AGAR TRONG NUÔI CẤY MÔ THỰC VẬT LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Công nghệ sau thu hoạch Mã số : 60.54.10 Người hướng dẫn khoa học : PGS-TS Ngô Đăng Nghĩa Nha Trang – Tháng 06 năm 2008 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả trong luận văn hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trên bất cứ công trình nào khác. Tác giả luận văn Đặng Thị Sáu LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Ngô Đăng Nghĩa người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn cô Khúc Thị An, thầy Trang Sỹ Trung và các thầy cô trong bộ môn Chế Biến trường Đại học Nha Trang đã giúp đỡ và có những ý kiến đóng góp rất quý báu cho tôi trong quá trình làm đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Phan Ngọc Hùng trường Đại học Yersin Đà Lạt, thầy Nguyễn Duy Hạng - Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt đã giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báu cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị ở Viện Công Nghệ Sinh Học trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Đặng Thị Sáu MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT...............................................................................1 DANH MỤC CÁC BẢNG ..............................................................................................2 DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ ............................................................................................2 DANH MỤC CÁC HÌNH ...............................................................................................4 MỞ ĐẦU ........................................................................................................................5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 6 1.1. TỔNG QUAN VỀ RONG NÂU VÀ ALGINATE .......................................6 1.1.1. Tổng quan về rong nâu .......................................................................6 1.1.1.1. Một số thành phần hóa học cơ bản của rong nâu ......................7 1.1.1.2. Nguồn lợi rong mơ ở Việt Nam................................................8 1.1.2. Tổng quan về alginate ........................................................................9 1.1.2.1. Cấu trúc alginate .....................................................................9 1.1.2.2. Một số tính chất quan trọng của alginate ................................12 1.1.2.3. Tách chiết alginate .................................................................17 1.2. TỔNG QUAN VỀ NUÔI CẤY MÔ............................................................20 1.2.1. Lịch sử nuôi cấy mô ........................................................................20 1.2.2. Các điều kiện nuôi cấy mô ...............................................................21 1.2.2.1. Điều kiện vật lý......................................................................21 1.2.2.2. Môi trường nuôi cấy mô thực vật ...........................................22 1.2.3. Kỹ thuật vi nhân giống ....................................................................25 1.3. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ..........................................................................................................................27 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ......................................................27 1.3.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước .....................................................27 1.4. TỔNG QUAN VỀ CÂY DÂU TÂY ...........................................................29 1.4.1. Sinh trưởng và phát triển của cây dâu tây..........................................29 1.4.1.1. Nguồn gốc, vị trí phân loại của cây dâu tây .............................29 1.4.1.2. Đặc tính sinh học ....................................................................30 1.4.2. Các phương pháp nhân giống dâu tây tại Đà Lạt ...............................32 1.4.2.1. Phương pháp truyền thống ......................................................32 1.4.2.2. Phương pháp nhân giống bằng nuôi cấy mô ............................32 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............33 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU.........................................................................33 2.1.1. Alginate...........................................................................................33 2.1.2.Các hóa chất dùng trong tạo gel alginate...........................................34 2.1.3. Vật liệu nuôi cấy mô........................................................................35 2.1.4. Môi trường nuôi cấy mô ..................................................................36 2.1.5. Phòng thí nghiệm và các dụng cụ.....................................................37 2.1.6. Điều kiện nuôi cấy...........................................................................38 2.1.7. Điều kiện kỹ thuật ...........................................................................38 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............................................................38 2.2.1. Phương pháp kiểm tra chất lượng của alginate ................................38 2.2.2. Các thí nghiệm kiểm tra tính chất lý hóa của hệ gel alginate ............39 2.2.2.1. Xác định biến đổi pH của hệ gel alginate .................................39 2.2.2.2. Xác định độ bền của hệ gel alginate .......................................40 2.2.3. Nghiên cứu ứng dụng hệ gel alginate trong nuôi cấy mô ...................41 2.2.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ alginate trong môi trường đến tốc độ nhân chồi dâu tây................................................................41 2.2.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ CaCO3 trong môi trường đến tốc độ nhân chồi dâu tây ................................................................42 2.2.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ 6-benzylamino purine (BA) đến tốc độ nhân chồi dâu tây................................................................43 2.2.2.4. So sánh khả năng nhân cụm dâu tây trên giá thể alginate và giá thể agar..........................................................................................44 2.2.2.5. Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ alginate trong môi trường đến khả năng ra rễ của cây dâu tây in vitro ........................................44 2.2.2.6. Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ CaCO3 trong môi trường đến khả năng ra rễ của cây dâu tây in vitro ...........................................46 2.2.2.7. So sánh khả năng ra rễ của cây dâu tây trên giá thể alginate và giá thể agar .......................................................................................46 2.2.3. Phương pháp lấy các chỉ tiêu và xử lý số liệu...................................47 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..............................................49 3.1. Kết quả nghiên cứu về tính chất ban đầu của alginate..................................49 3.2. Kết quả nghiên cứu về đặc tính lý hóa của hệ gel alginate ...........................49 3.2.2. Kết quả xác định pH của hệ gel alginate .............................................49 3.2.3. Kết quả xác định độ bền hệ gel alginate..............................................51 3.3. Kết quả các nghiên cứu về nuôi cấy mô dâu tây trên hệ gel alginate ............53 3.3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ alginate đến công đoạn nhân chồi dâu tây..............................................................................................53 3.3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ CaCO3 trong môi trường đến tốc độ nhân chồi ........................................................................................ 56 3.3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ 6-benzylamino purine (BA) đến tốc độ nhân chồi ................................................................................60 3.3.4. Kết quả so sánh nhân chồi tr ên giá thể alginate và giá thể agar....................64 3.3.5. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ alginate trong môi trường đến khả năng ra rễ của cây dâu tây in vitro........................................................67 3.3.6. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ CaCO3 trong môi trường đến khả năng ra rễ của cây dâu tây in vitro........................................................70 3.3.7. Kết quả so sánh khả năng ra rễ của cây dâu tây trên giá thể agar và giá thể alginate..................................................................................................72 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ....................................................76 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................77 PHỤ LỤC .................................................................................................. 83 1 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT NT : Nghiệm thức KTSTTV : chất kích thích sinh trưởng thực vật. TB ± SE : trung bình ± độ lệch chuẩn GDL : glucono-δ-lactone. NAA : 1- NaphthlAcetic Acid. IAA : Indol- 3- Acetic Acid. IBA : Indol- 3- Butyric Acid. Kinetin : 6-furfuryamino purine. BA : 6-Benzylamino purine MS : Murashige & Skoog, 1962. 2 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 1.1 Tỷ lệ M/G của một số loại rong nâu trên thế giới 12 1.2 Sự biến thiên độ nhớt (tính bằng mPa.s) theo nồng độ của dung 14 dịch alginate natri ở 200C 2.1 Bảng phân tích phương sai 48 3.1 Một số thành phần của alginate và agar nghiên cứu 49 DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ Đồ thị Tên đồ thị Trang 3.1 Biến đổi pH của hệ gel alginate theo nồng độ GDL và CaCO3 50 3.2 Biến đổi độ bền của hệ gel alginate theo nồng độ alginate và 52 CaCO3 3.3a Số lượng chồi trên giá thể alginate với các nồng độ khác nhau 54 3.3b Chiều cao chồi trên giá thể alginate với các nồng độ khá c nhau. 54 3.3c Trọng lượng cụm chồi trên giá thể alginate với các nồng độ 54 khác nhau 3.4a Số chồi trên giá thể alginate với nồng độ CaCO3 khác nhau 57 3.4b Chiều cao chồi trên giá thể alginate với nồng độ CaCO3 khác 57 nhau. 3.4c Trọng lượng cụm chồi trên giá thể alginate với nồng độ CaCO3 57 khác nhau. 3.5a Số lượng chồi tạo thành trên giá thể alginate với nồng độ BA 61 khác nhau. 3.5b Chiều cao chồi tạo thành trên giá thể alginate với nồng độ 61 BA khác nhau. 3.5c Trọng lượng cụm chồi tạo thành trên giá thể alginate với nồng độ BA khác nhau. 62 3 3.6a Kết quả nhân chồi trên giá thể alginate và giá thể agar 65 3.6b So sánh khả năng nhân chồi dâu tây trên giá thể alginate và 66 agar sau 30 ngày nuôi cấy 3.7a Số rễ dâu tây trên giá thể alginate với các nồng độ alginate 68 3.7b Chiều dài rễ trên giá thể alginate với các nồng độ khác nhau 68 3.8a Số lượng rễ trên giá thể alginate với các nồng độ CaCO3 khác 70 nhau sau 30 ngày nuôi cấy 3.8b Chiều dài rễ trên giá thể alginate với các nồng độ CaCO3 71 khác nhau sau 30 ngày nuôi cấy 3.9a Kết quả tái sinh rễ trên giá thể alginate và giá thể agar 73 3.9b So sánh khả năng ra rễ của cây dâu tây trên giá thể alginate 75 và giá thể agar. 4 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Tên hình Trang 1.1 Cấu trúc của β-D- Mannuronic acid ( M) và α- L-Guluronic acid ( G) 10 theo cổ điển. 1.2 Cấu trúc của β-D - Mannuronic acid ( M) và α- L-Guluronic acid ( G) 10 theo hiện đại. 1.3 Mô hình block GGG; MMM và GMGMGM 11 1.4 Sự tạo gel của alginate theo mô hình vĩ trứng 16 1.5 Sơ đồ quy trình chung để sản xuất alginate 19 1.6 Các giai đoạn của quá trình vi nhân giống 26 2.1 Quy trình sản xuất alginate từ rong mơ S. mcclurei. 2.2 Công thức cấu tạo của GDL và gluconic acid 34 3.1 Hình mô phỏng tạo gel alginate khi có mặt của tác nhân GDL 51 33-34 và CaCO3 3.2 Chồi dâu tây trên giá thể alginate ở các nồng độ khác nhau sau 55 30 ngày nuôi cấy 3.3 Chồi dâu tây trên giá thể alginate với các nồng độ CaCO3 khác 58 nhau sau 30 ngày nuôi cấy 3.4 Chồi dâu tây trên giá thể alginate với các nồng độ BA khác 63 nhau sau 30 ngày nuôi cấy. 3.5 Chồi trên giá thể alginate và giá thể agar sau 30 ngày nuôi cấy 64 3.6 Rễ cây dâu tây sau 30 ngày nuôi cấy trên giá thể alginate với 69 các nồng độ khác nhau. 3.7 Rễ dâu tây trên giá thể alginate với các nồng độ CaCO3 khác 71 nhau sau 30 ngày nuôi cấy 3.8 Rễ dâu tây trên giá thể alginate và trên giá thể agar sau 30 ngày nuôi cấy 74 5 MỞ ĐẦU Sự phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực công nghệ sinh học trong những năm gần đây, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ tế bào đã làm tăng nhu cầu và sự tạo mới của nhiều tác nhân gel làm giá thể cho môi trường đặc trong nuôi cấy. Trong suốt thập niên cuối thế kỷ XX các nhà khoa học thế giới đã có nhiều nổ lực trong nghiên cứu và thử nghiệm để tìm ra một số cơ chất mới dùng trong nuôi cấy mô. Một số cơ chất đã được thử nghiệm và sử dụng như: Plantgar13; carragenan; alginate; Isubgol; Xyloglutan; tinh bột; Sago và Isubgol…Trong đó, alginate là tác nhân gel có tính tương thích sinh học cao đã được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu ứng dụng thành công trong nuôi cấy mô thực vật. Nước ta được thiên nhiên ưu đãi về nguồn lợi rong biển, nguồn rong vô cùng phong phú, với sản lượng lớn và chất lượng cao. Mặc dù vậy sự đầu tư phát triển nuôi trồng, chế biến, khai thác, ứng dụng rong biển còn hạn chế và chưa có hiệu quả. Đặc biệt loài rong mơ Sargassum ở các vùng biển Việt Nam, cho alginate có hàm lượng guluronic khá cao, tức là khả năng tạo gel tốt. Do đó việc nghiên cứu để ứng dụng hệ gel alginate từ nguồn rong này vào trong lĩnh vực công nghệ sinh học là một vấn đề có ý nghĩa thực tiễn. Đến nay nước ta chưa có nghiên cứu nào về dùng alginate chiết xuất từ rong nâu ở vùng biển Việt Nam trong nuôi cấy mô. Xuất phát từ những lý do trên tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu sử dụng gel alginate làm giá thể thay cho agar-agar trong nuôi cấy mô thực vật” do PGS.TS Ngô Đăng Nghĩa hướng dẫn. Mục đích của đề tài: - Xác định được các thông số để tạo ra hệ gel alginate đồng thể có độ ổn định cao, có pH phù hợp trong ứng dụng công nghệ nuôi cấy mô thực vật. - Thử nghiệm nuôi cấy mô thực vật trên giá thể gel alginate và so sánh hiệu quả với gel agar chuẩn. Khả năng áp dụng của đề tài: kết quả nghiên cứu thành công của đề tài góp phần làm tăng phạm vi ứng dụng của alginate sản xuất từ rong Sargassum ở Việt Nam trong lĩnh vực nuôi cấy mô thực vật. 6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ RONG NÂU VÀ ALGINATE 1.1.1. Tổng quan về rong nâu. Rong nâu tên gọi chung các loài rong thuộc ngành Phaeophyta, ngành này chỉ có một lớp Phaeophyceae, gồm 265 chi và khoảng 1500 đến 2000 loài. [55] Rong nâu cần có các vật bám nên nó mọc trên đá hoặc trên trên các chân đập, cầu cảng, san hô, động vật thân mềm và ngay cả trên các loài rong khác. Rong nâu cần có đủ ánh sáng để quang hợp nên nó chỉ mọc ở vùng nước trong và ở độ sâu không lớn lắm sao cho ánh sáng có thể xuyên qua được. Một số loài rong nâu quan trọng trong công nghiệp alginate.[38] Phaeophyceae Laminariales Laminariacea Fucales Alariacea Laminaria Ecklonia L. digitata E. maxima Lessoniaceae Fucaceae Macrocystis Ascophyllum Fucus M. pyrifera Sargassaceae Sargassum A . nodosum F.serratus L.hyperborea Loài Laminaria hyperborea được thu hoạch chính ở Pháp, Ireland, Na Uy và Scotland. Loài Laminaria digitata có ở Pháp, Na Uy, Scotland. Trung Quốc là quốc gia thành công nhất trong việc trồng rong Laminaria japonica, sản lượng hàng năm của Trung Quốc lên đến một triệu tấn rong tươi, hai phần ba số đó dùng làm thực phẩm, phần còn lại dành cho sản xuất alginate. Loài Ascophyllum nodosum mọc ở Scotland và Ireland . Ngoài ra nó còn có ở phía bắc Nova Scotia. 7 Loài Durvillaea antarctica mọc ở Chi Lê và loài Durvillaea potatorum ở Úc được dùng để sản xuất alginate tại Anh và Hoa Kỳ. Loài Ecklonia cava mọc ở độ sâu 20 m, phân bố tại Nhật Bản và Hàn Quốc. Các loài thuộc chi Sargassum phân bố ven biển các nước như Trung Quốc, Ấn Độ, Philippines, Việt Nam. 1.1.1.1. Một số thành phần hóa học cơ bản của rong nâu. Rong nâu có chứa các sắc tố fucoxanthin , xanthophyll, -carotene, chlorophyll a, c1 và c2 . Các sắc tố này xuất hiện với tỷ lệ khác nhau tùy theo loài. Chúng còn biến động theo ánh sáng mặt trời, nhiệt độ nước và các nhân tố khác của môi trường làm cho rong nâu có màu sắc khác nhau từ nâu -vàng nâu - nâu đậm vàng lục.[14],[21] Các hợp chất dự trữ khác là mannitol, laminarin và lipid. Hàm lượng manitol dao động trong khoảng 6,24÷ 16,74%, hàm lượng trung bình khoảng 6,78÷ 14%, trong đó loài S. mcclurei có hàm lượng cao hơn cả vào tháng 4 đạt khoảng 15,9 % so với trọng lượng khô. Hàm lượng manitol biến động theo thời gian sinh trưởng trong năm, đạt cực đại vào lúc trưởng thành sau đó giảm dần.[21] Các acid béo ở trong rong rất đa dạng. Aknin đã tìm ra và định danh 40 loại acid béo, 10 loại sterol khác nhau từ 8 loài rong nâu ở vùng biển Senegal [30] Hàm lượng protein trong rong nâu khá hoàn hảo. Hàm lượng protein trong rong nâu ở vùng biển Nha Trang dao động từ 8,05 ÷ 21,11% so với trọng lượng rong khô. Hàm lượng iod trong một số loài rong nâu dao động từ 0,05÷ 0,16% so với rong khô tuyệt đối. Các tháng mùa đông hàm lượng iod trong rong cao hơn trong các tháng mùa hè.[14] Thành phần hóa học quan trọng nhất của rong nâu là alginate. Alginate tồn tại chủ yếu trong vách tế bào ở dạng muối không tan. Alginate còn được tìm thấy trong tế bào chất. Hàm lượng alginate biến đổi theo loài rong, độ trưởng thành, vùng sinh trưởng và vị trí trên cây rong, lớn nhất là trên thân, rồi đến lá, phần ngọn và đế (receptacles). Hàm lượng alginate đạt cực đại lúc cây rong đạt độ phát triển lớn 8 nhất. Các loài rong mơ Việt Nam hàm lượng acid alginic dao động trong khoảng 26,41÷ 47,16%. So với các loài rong nâu trên thế giới, rong mơ Việt Nam có hàm lượng acid alginic khá cao, đây là một nguồn nguyên liệu để sản xuất alginate có ý nghĩa thương mại. Thành phần khoáng trong rong nâu rất đa dạng bao gồm các nguyên tố đa lượng như K, Na, Ca, Mg, S, P, Cl, I và các nguyên tố vi lượng như Sr, Al, B, Fe, Zn, Cu, Mn, Mo,…Rong nâu còn có khả năng tích tụ một số nguyên tố như Sr 90, Cs 137 là những chất liên quan đến các chất thải phóng xạ. Hàm lượng khoáng của các loài rong nâu Nha Trang dao động từ 15,51÷ 46,30% phụ thuộc vào mùa vụ và thời kỳ sinh trưởng.[14] 1.1.1.2. Nguồn lợi rong mơ ở Việt Nam Họ rong mơ (Sargassaceae) tại Việt Nam thuộc bộ rong đuôi ngựa (Fucales), ngành rong nâu (Phaeophyta). Đây là nhóm rong có kích thước cá thể lớn, chiều dài có thể lên đến 8m, sinh lượng có nơi đạt đến 12kg rong tươi trên một mét vuông. Hình dạng của chúng rất giống thực vật bậc cao, sinh sản hữu tính hoặc sinh dưỡng. Rong mơ bám vào vật bám như đá, san hô, nhờ đĩa bám hay hệ thống rễ bò phân nhánh. Thân cây rong gồm một trục chính ngắn, khoảng trên dưới 1cm. Từ đỉnh trục chính sẽ phân ra các nhánh chính, hai bên nhánh chính sẽ mọc ra nhiều nhánh bên. Trên các nhánh có cơ quan sinh dưỡng, tại đó xảy ra sự quang hợp giống như lá của thực vật bậc cao mà người ta gọi là tản hay giả diệp (frond, blade). Rong mơ còn có các nang chứa khí gọi là phao. Khi rong trưởng thành, trên các nhánh bên sẽ mọc ra các nhánh ngắn mang các cơ quan sinh sản đực và cái, được gọi là đế . Đế có kích thước khá nhỏ nên khó nhận ra. Ở miền Bắc, rong mơ tập trung nhiều ở Quảng Ninh, Hải Phòng, Thanh Hóa, Nghệ Tĩnh [4], ở miền Trung, rong mơ phân bố nhiều ở Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Quy Nhơn, Khánh Hòa, Phan Rang, Phan Thiết và Vũng Tàu [7] Theo Nguyễn Hữu Đại [7], sản lượng rong mơ các tỉnh ven biển miền trung ước tính 30.000 tấn rong tươi/năm, trong đó quan trọng nhất là Khánh Hòa, Quảng Ngãi, Ninh Thuận, Qui Nhơn, Quảng Nam, Đà Nẵng. 9 Thời điểm rong đạt mức tăng trưởng cực đại phụ thuộc vào điệu kiện sinh sống. Ở nơi sóng mạnh, nước nông, rong phát triển sớm, còn ở nơi nước sâu, rong mọc chậm hơn. Do đó, thời điểm khai thác sẽ khác nhau. Loài S. Mcclurei tập trung ở ven biển các tỉnh miền trung. Loài rong này dài 1-2m, có khi đến 4m khi mọc ở sâu. Đĩa bám rộng khoảng 1cm, thường mọc liên kết 2-3 đĩa bám chung. Đĩa bám có xẻ thùy nhưng không sâu. Trục chính hình trụ ngắn khoảng 1cm. Nhánh chính nhiều từ 3-5, hình trụ, không có gai, to khoảng 1,5÷ 2mm. Các nhánh bên mọc cách nhau 3÷ 7cm, dài 20cm. Lá hơi dày và dai chắc hình bầu dục, dài 1÷ 3cm, mép lá có răn cưa. Cây có nhiều phao. S. mcclurei thích nghi rộng với các dạng vật bám và điều kiện môi trường khác nhau. Chúng có thể mọc lên cao đến vùng triều thấp hay xuống sâu đến 4÷5m tùy điều kiện môi trường và vật bám nhưng thường bị giới hạn bởi dãi san hô và đá mềm ở độ sâu 2÷ 4m. Chúng có thể mọc trên vách đá dốc đứng hay bãi san hô bằng phẳng. Chu kỳ sống của S. mcclurei là một năm. Kể từ lúc rong bắt đầu mọc (tháng 9 đến tháng 1) S. mcclurei có xu hướng tăng trưởng chậm về chiều dài, giai đoạn này tương ứng với việc rong hình thành giai đoạn phát triển trục chính. Từ tháng 1 trở đi các nhánh chính của rong phát triển nhanh về chiều dài và đạt kích thước tối đa vào tháng 4, giai đoạn này tương ứng với thời kỳ rong phát triển nhanh chóng các nhánh thứ cấp. Sau khi đạt kích thước tối đa, rong sẽ dần tàn lụi vào các tháng sau đó. Do đó để đạt được sản lượng khai thác lớn cũng như bảo tồn được rong, rong nên được khai thác vào cuối tháng 4 đầu tháng 5 [24] 1.1.2. Tổng quan về alginate 1.1.2.1. Cấu trúc của alginate Alginate là tên gọi chung cho các muối của acid alginic. Alginic là một polyme mạch thẳng được cấu tạo từ 2 gốc monome là β-D-Mannuronic acid (M) và α-L-Guluronic acid (G) liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glycosid. Trên phân tử alginic số lượng M và G không theo tỷ lệ 1/1, tỷ lệ này khác nhau tùy thuộc vào từng loại rong, vị trí địa lý, mùa vụ khai thác và vị trí trên thân rong dùng để tách chiết alginate. Tỷ lệ M/G là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến khả năng tạo gel của alginic. 10 Theo công thức cổ điển Haworth thì cấu tạo của 2 monome chỉ khác nhau ở nhóm cacboxyl nằm trên và dưới mặt phẳng của vòng pyranoza.[14],[62] Hình 1.1: Cấu trúc của β-D- Mannuronic acid (M) và α- L-Guluronic acid (G) theo cổ điển. Theo quan niệm hiện đại, hai gốc Uronic đó có cấu tạo dạng ghế nhưng có cấu hình khác nhau, acid Manuronic có cấu hình 4C1 , còn acid Guluronic có cấu hình 1C4 . Như vậy, ở cả hai cấu hình nhóm cacboxyl đều gắn vào vòng pyranoza ở vị trí xích đạo. OH OH COOH OH O OH OH COOH HOOC OH O OH OH Acid -D- mannuronic Acid -L- guluronic Hình 1.2: Cấu trúc của β-D-Mannuronic acid (M) và α-L-guluronic acid (G) theo hiện đại. Sự liên kết giữa 2 uronic này không phải ngẫu nhiên mà tạo thành 3 loại block như sau: Block homopolyguluronic : gồm các gốc acid guluronic nối tiếp với nhau theo dạng GGGG. 11 Block homopolymanuronic: gồm các gốc aicd manuronic liên kết với nhau theo dạng MMMMM. Block luân hợp: (Alternating) gồm các gốc acid guluronic và aicd manuronic liên kết luân phiên với nhau theo dạng MGMGMGMG COO_ COO_ OH OH OH OH O O O O O OH O O O OH OH OH COO- COO_ 0,87 nm G block COO- o O HO COO_ O HO O O O OH COO_ 1,03 nm M block MG block Hình 1.3: Mô hình block GGG; MMM và GMGMGM Cấu trúc các block cho thấy, chuỗi polyG có dạng nếp gấp còn chuỗi polyM có dạng phẳng. Chính đặc thù này sẽ quy định tính chất khác nhau của chúng khi kết hợp với các ion đa hóa trị. 12 Như vậy, alginate được xem là một copolyme block. Độ dài trung bình của mạch phân tử, độ dài của mỗi chuỗi block, tỷ lệ và trình tự kết hợp của chúng khác nhau theo nguồn gốc của alginate. Điều này làm cho alginate có tính chất biến đổi trong một dãi rộng.[45] Để đặc trưng cho thành phần hóa học của alginate, trước đây người ta chỉ dựa vào tỷ lệ mol của 2 gốc monome cấu tạo nên alginate, tức tỷ lệ M/G nhưng tỷ lệ này chưa đủ để mô tả chi tiết sự phức tạp trong cấu tạo alginate. Bảng 1.1 : Tỷ lệ M/G của một số loại rong nâu trên thế giới. [14] Loài rong Tỷ lệ M/G Macrocystis Pyrizera (Mỹ) 1,55 Lamanria Digitata (Nhật) 1,45 Eisenia Bryclis (Nhật) 1,6 Azeophyllum Nodium (Bắc Âu) 1,6 S. Polycystum 1,04 Aldrich 1,5 Để đặc trưng sâu xa hơn cho cấu trúc tinh tế của alginate người ta đưa ra các khái niệm về tần suất các khúc đôi (diad) , khúc ba (triad)…Như vậy, alginate sẽ có 4 khúc đôi đó là MM, GG, MG, GM và 8 khúc ba đó là : MMM, MMG, GMM, GMG, GGG, GGM, MGG, MGM. Bằng kỹ thuật phổ cộng hưởng từ hạt nhân, người ta đã xác định được tần suất của các diad, triad của phân tử alginate. [21],[35] 1.1.2.2. Một số tính chất quan trọng của alginate a. Khối lượng phân tử và độ nhớt của dung dịch alginate. Hầu hết các loại alginate thương mại có khối lượng phân tử trung bình trên 150.000 tương ứng với độ polyme hóa dP khoảng 750. Alginate, giống như các polysaccharid khác là một polyme đa phân tán theo khối lượng phân tử của nó. Về mặt này, nó giống một polyme tổng hợp hơn là một polyme sinh học như protein hay acid nucleic. Do tính chất đa phân tán, khối lượng phân tử của alginate được tính bằng gía trị trung bình của phân bố khối lượng phân tử. 13 Nếu gọi Ni là số phân tử, wi là khối lượng của các phân tử có cùng khối lượng phân tử Mi, thì giá trị trung bình số và giá trị trung bình khối của khối lượng phân tử alginate được tính như sau: Mn = Mw=  NiMi /  Ni  wiMi/  wi =  NiMi2/  NiMi Tỷ số Mw / Mn được gọi là chỉ số đa phân tán PI. Đối với alginate , chỉ số PI nằm trong khoảng từ 1,4 đến 6 tùy theo loài rong và phương pháp tách chiết. Sự phân bố khối lượng phân tử cũng như cấu trúc phân tử có liên quan đến tính chất và ứng dụng của alginate [56] Các đoạn mạch ngắn giàu mannuronic sẽ không tham gia quá trình tạo gel và do đó dễ thất thoát ra khỏi hạt gel. Acid alginic không tan trong nước nhưng nó có khả năng hấp thụ một lượng nước rất lớn, trương nở và tạo thành dạng bột nhão. Ngược lại, alginate natri và các muối K+, NH4+, (CH2OH)3NH+ của alginate tan trong nước và tạo thành dung dịch có độ nhớt cao. Alginate có khối lượng phân tử trung bình càng lớn thì độ nhớt dung dịch của nó càng lớn. Alginate natri với độ nhớt từ 200-400 mPa.s là loại được sử dụng rộng rãi nhất. Khi còn nằm trong vách tế bào, alginate có độ nhớt rất cao nhưng khi tách chiết bằng các phương pháp khác nhau, nó bị giảm độ nhớt. Độ nhớt là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng của alginate. Dung dịch 1% của alginate thương mại có độ nhớt nằm trong khoảng 202000mPa.s. Độ nhớt dung dịch alginate phụ thuộc vào bốn yếu tố chính: - Mức độ polyme hóa tăng làm tăng độ nhớt. - Nồng độ tăng thì độ nhớt tăng - Nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm - Dung dịch trong nước cứng hoặc có mặt của các chất điện ly sẽ ảnh hưởng đến độ nhớt của alginate.[31] 14 Bảng 1.2: Sự biến thiên độ nhớt (tính bằng mPa.s) theo nồng độ của dung dịch alginate natri ở 200C [21], [38] Loại alginate Nồng độ alginate 1% 1,5% 2% 3% 4% Độ nhớt rất thấp 10 20 45 130 350 Độ nhớt thấp 20 60 180 650 2200 Độ nhớt trung bình 350 1800 6000 Không đo được Độ nhớt cao 800 4000 9000 Không đo được Độ nhớt dung dịch alginate phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng độ nhớt giảm khoảng 2,5% cho một độ C. Khi làm nguội, độ nhớt quay về giá trị thấp hơn ban đầu một ít. Tuy nhiên, nếu duy trì nhiệt độ 500C trong nhiều giờ thì sẽ làm alginate cắt mạch và giảm độ nhớt. Trái lại, khi hạ nhiệt độ đến khi đông đặc và rã đông thì không làm giảm độ nhớt của alginate. Độ nhớt của alginate khá ổn định trong khoảng pH =5-11. Khi pH thấp hơn 5 thì các ion -COO- bắt đầu bị proton hóa thành –COOH, do đó lực đẩy tĩnh điện giữa các chuỗi bị giảm, chúng trở nên gần nhau hơn và tạo liên kết hidro, làm độ nhớt tăng. Khi pH giảm sâu hơn khoảng từ 3 đến 4 sẽ tạo thành gel. Nếu alginate có chứa một ít ion Ca2+ thì sự tạo gel xẩy ra sớm hơn, khoảng pH 5. Nếu pH giảm nhanh đến 2 thì kết tủa acid alginnic hình thành. Khi pH trên 11, alginate sẽ bị depolyme hóa từ từ và làm giảm độ nhớt. Liên kết glycosid rất nhạy cảm với cả acid và kiềm, do đó dưới các điều kiện thuân tiện cho việc thủy phân, alginate sẽ bị cắt mạch rất nhanh chóng. Ngoài ra, tác dụng oxi hóa bởi các gốc tự do cũng làm cho dung dịch alginate bị giảm độ nhớt.[56] Độ nhớt của alginate còn phụ thuộc vào trọng lượng phân tử, hàm lượng các ion đa hóa trị trong alginate và nguồn gốc của rong. Một vấn đề cần lưu ý là bột alginate natri khô, ở nhiệt độ thường sẽ bị cắt mạch và giảm khối lượng phân tử chỉ sau vài tháng. Nếu hạ nhiệt độ và bảo quản nơi tối, sẽ duy trì được lâu hơn. Nếu đông sâu có thể bảo quản vài năm mà không
- Xem thêm -