Tài liệu nghiên cứu thu nhận phlorotannin từ rong mơ (sargassum) tại nha trang và thử nghiệm sử dụng trong đồ uống có hoạt tính chống oxy hóa

i MỤC LỤC TRANG MỤC LỤC .................................................................................................................................... I DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................................III DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................................... IV DANH MỤC CÁC HÌNH ...........................................................................................................V MỞ ĐẦU ......................................................................................................................................1 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN ........................................................................................................4 1.1. RONG NÂU ..........................................................................................................................4 1.2. GIỚI THIỆU VỀ PHLOROTANNIN ..................................................................................6 1.3. PHƢƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT VÀ TINH CHẾ PHLOROTANNIN ............................12 1.4. CƠ CHẾ CHỐNG OXY HÓA CỦA PHLOROTANNIN .................................................21 1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ PHLOROTANNIN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM .22 1.6. ỨNG DỤNG SẤY PHUN TẠO BỘT CHỨA HOẠT CHẤT CHỐNG OXY HÓA .......26 1.7. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG PHLOROTANNIN TRONG ĐỒ UỐNG .......................27 1.8. GIỚI THIỆU MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT ĐỒ UỐNG .......................................29 1.9. GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT THANH TRÙNG .............................................................32 CHƢƠNG II - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................34 2.1. ĐỐI TƢỢNG ......................................................................................................................34 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................................................34 2.2.1. Phƣơng pháp phân tích ................................................................................ 34 2.2.2. Phƣơng pháp tinh chế .................................................................................. 36 2.2.3. Phƣơng pháp đánh giá cảm quan ................................................................. 37 2.2.4. Phƣơng pháp định lƣợng vi sinh vật ............................................................ 38 2.2.5. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm .................................................................... 38 2.3. HÓA CHẤT VÀ CÁC THIẾT BỊ CHỦ YẾU ĐÃ SỬ DỤNG .........................................54 i ii 2.4. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU ..................................................................................55 CHƢƠNG III - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN...............................................56 3.1. NGHIÊN CỨU TÁCH CHIẾT PHLOROTANNIN TỪ RONG MƠ S. SERRATUM......56 3.1.1. Xác định dung môi chiết rút phlorotannin ................................................... 56 3.1.2. Xác định nồng độ dung dịch ethanol sử dụng chiết rút phlorotannin ......... 60 3.1.3. Xác định tỷ lệ dung dịch chiết so với nguyên liệu rong .............................. 63 3.1.4. Xác định nhiệt độ chiết ................................................................................ 66 3.1.5. Xác định thời gian chiết ............................................................................... 69 3.1.6. Xác định pH dung dịch chiết ....................................................................... 72 3.2. TỐI ƢU HÓA QUÁ TRÌNH TÁCH CHIẾT PHLOROTANNIN THEO PHƢƠNG PHÁP BOX-BEHNKEN ...........................................................................................................76 3.3. NGHIÊN CỨU CÔ ĐẶC DỊCH CHIẾT PHLOROTANNIN TỪ RONG MƠ S. SERRATUM ....82 3.4. NGHIÊN CỨU TINH CHẾ PHLOROTANNIN BẰNG KỸ THUẬT TÁCH PHÂN ĐOẠN VÀ SẮC KÝ LỌC GEL SEPHADEX LH 20 ..............................................................84 3.5. THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PHLOROTANIN TỪ RONG MƠ S. SERRATUM BẰNG KỸ THUẬT SẤY PHUN ........................................................................95 3.6. ĐÁNH GIÁ ĐỘC TÍNH CỦA CHẾ PHẨM PHLOROTANNIN ................................. 116 3.7. THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG PHLOROTANNIN TRONG SẢN XUẤT ĐỒ UỐNG .... 117 3.8. SẢN XUẤT THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI CHẤT LƢỢNG SẢN PHẨM ĐỒ UỐNG PHLOROTANNIN THEO THỜI GIAN BẢO QUẢN .............. 135 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................ 143 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ............................................ 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 147 PHỤ LỤC .....................................................................................................................................1 ii iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AOAC : Hiệp hội hóa học Mỹ BCC : thông tấn xã của Vƣơng quốc Liên hiệp Anh và Bắc Ireland CQTB : tổng điểm trung bình cảm quan. CAGR : tốc độ tăng trƣởng hàng năm DM:NL : dung môi : nguyên liệu. DMBA : 2,4-dimethoxybenzaldehyde DPPH : hoạt tính bắt gốc tự do. DW : khối lƣợng khô. EtOAC : ethyl acetate EtOH : ethanol HHP : phƣơng pháp sử dụng áp lực thủy tĩnh cao HPLC : sắc ký lỏng cao áp IFIC : Hiệp hội Thông tin thực phẩm quốc tế NM – NM : nấm men - nấm mốc. PVPP : polyvinylpolypyrolidone Phc : hàm lƣợng phlorotannin. RP : hoạt tính khử sắt. SFE : chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (Supercritical fluid extraction). SC-CO2 : carbon dioxide siêu tới hạn. TA : hoạt tính chống oxy hóa tổng. TCVN : tiêu chuẩn Việt Nam TPCN : thực phẩm chức năng UV : tia cực tím (UVC: bƣớc sóng < 280 nm; UVB: 315-280 nm) VSV : vi sinh vật. iii iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Danh mục các loài rong thu mẫu tại Vịnh Nha Trang ................................ 4 Bảng 1.2. Bảng tính chất của một số dung môi phổ biến ......................................... 13 Bảng 1.3. Hoạt tính bắt gốc tự do ở một số loài rong trên thế giới........................... 23 Bảng 1.4. Hoạt tính chống oxh hóa của một số loài rong Sargassum ...................... 23 Bảng 1.5. Hoạt tính chống oxy hóa của các dịch chiết và phân đoạn từ loài ........... 25 Bảng 2.1. Hệ số quan trọng của các chỉ tiêu ............................................................. 37 Bảng 2.2. Bố trí thí nghiệm tối ƣu hóa điều kiện chiết phlorotannin với hoạt tính chống oxy hóa . 45 Bảng 3.1. Thiết kế thí nghiệm biến mã theo mô hình Box-behnken và kết quả ....... 76 Bảng 3.2. Thí nghiệm lặp lại ở điểm tối ƣu và kết quả ............................................. 76 Bảng 3.3. Sự thay đổi một số chỉ tiêu của dịch chiết phlorotannin trƣớc và sau khi cô đặc 82 Bảng 3.4. Tóm tắt quá trình tinh sạch phlorotannin.................................................. 85 Bảng 3.5. Khối lƣợng chuột bạch thí nghiệm sau 7 ngày nuôi ở các chế độ khác nhau.…………..116 Bảng 3.6. Ảnh hƣởng của tỷ lệ xanthan gum - carrageenan đến CQTB của sản phẩm .. 122 Bảng 3.7. Ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian đồng hóa đến độ màu sản phẩm .. 127 Bảng 3.8. Ảnh hƣởng của điều kiện thanh trùng đến kết quả kiểm tra vi sinh ở đồ uống .... 129 Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của thời gian thanh trùng đến độ màu sản phẩm ................. 130 Bảng 3.10. Kết quả kiểm nghiệm cảm quan sản phẩm nƣớc giải khát phlorotannin ... 135 Bảng 3.11. Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu chất lƣợng của đồ uống .................... 135 Bảng 3.12. Kết quả phân tích vi sinh và kim loại nặng trong đồ uống theo thời gian và điều kiện bảo quản .............................................................................................. 137 Bảng 3.13. Kết quả phân tích hàm lƣợng phlorotannin với hoạt tính chống oxy hóa trong đồ uống theo thời gian và điều kiện bảo quản ............................................... 138 Bảng 3.14. Kết quả phân tích độ màu đồ uống theo thời gian và điều kiện bảo quản . 139 Bảng 3.15. Chi phí nguyên vật liệu cho sản phẩm nƣớc giải khát phlorotannin .... 141 iv v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Một số cấu trúc của phlorotannin ................................................................ 9 Hình 1.2. Tái tổ hợp nhóm acetate ............................................................................ 10 Hình 1.3. Sự tạo vòng của chuỗi triketide để hình thành phloroglucinol ................. 11 Hình 1.4. Mô hình phlorotannin liên kết cộng hóa trị với acid alginic của màng tế bào tảo nâu ................................................................................................................ 11 Hình 1.5. Một số sản phẩm giàu phlorotannin trên thị trƣờng thế giới .................... 28 Hình 1.6. Quy trình chung sản xuất nƣớc giải khát có gaz ....................................... 29 Hình 1.7 Sơ đồ quy trình sản xuất nƣớc ép quả không chứa gaz............................. 31 Hình 1.8. Sơ đồ quy trình sản xuất nƣớc giải khát pha chế lên men ........................ 32 Hình 2.1. Vị trí nghiên cứu mùa vụ sinh trƣởng của rong mơ S. serratum tại Nha Trang ..... 31 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát.............................................................. 39 Hình 2.5. Khảo sát ảnh hƣởng của dung môi và phƣơng pháp chiết đến khả năng chiết phlorotannin với hoạt tính chống oxy hóa........................................................ 41 Hình 2.6. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ dung môi đến khả năng chiết phlorotannin với hoạt tính chống oxy hóa ................................................................ 41 Hình 2.7. Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ DM:NL đến khả năng chiết phlorotannin với hoạt tính chống oxy hóa ...................................................................................... 42 Hình 2.8. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng chiết phlorotannin với hoạt tính chống oxy hóa ............................................................................................ 42 Hình 2.9. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng chiết phlorotannin với hoạt tính chống oxy hóa ............................................................................................ 43 Hình 2. 10. Khảo sát ảnh hƣởng của pH dung môi đến khả năng chiết phlorotannin với hoạt tính chống oxy hóa ...................................................................................... 43 Hình 2.11. Khảo sát ảnh hƣởng của số lần chiết đến khả năng chiết phlorotannin với hoạt tính chống oxy hóa ............................................................................................ 44 Hình 2.12. Bố trí thí nghiệm nhiệt độ cô đặc dịch chiết chứa phlorotannin với hoạt tính chống oxy hóa .................................................................................................... 45 v vi Hình 2.13. Bố trí thí nghiệm xác định chất trợ sấy ................................................... 46 Hình 2.14. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ chất trợ sấy ........................................... 47 Hình 2.15. Bố trí thí nghiệm xác định áp suất bơm .................................................. 47 Hình 2.16. Bố trí thí nghiệm xác định tốc độ bơm ................................................... 48 Hình 2.17. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ đầu vào ........................................... 48 Hình 2.18. Sơ đồ quy trình dự kiến sản xuất nƣớc giải khát phlorotannin ............... 49 Hình 2.19. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ đƣờng phối trộn .................................... 50 Hình 2.20. Bố trí thí nghiệm xác định ngƣỡng cảm vị đƣờng bổ sung..................... 50 Hình 2.21. Bố trí thí nghiệm xác định nồng độ acid ascorbic và acid citric kết hợp đƣợc ƣa thích ............................................................................................................. 51 Hình 2.22. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ xanthan gum bổ sung ........................... 51 Hình 2.23. Bố trí thí nghiệm ngƣỡng cảm quan xanthan gum bổ sung .................... 52 Hình 2.24. Bố trí thí nghiệm xác định nồng độ carrageenan và xanthan gum kết hợp đƣợc ƣa thích ............................................................................................................. 52 Hình 2.25. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hàm lƣợng phlorotannin ..................... 53 Hình 2.26. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ và thời gian đồng hóa thích hợp .... 53 Hình 2.27. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thanh trùng thích hợp .................... 54 Hình 3.1. Ảnh hƣởng của dung môi và phƣơng pháp chiết đến hàm lƣợng phlorotannin và hoạt tính chống oxy hóa của chất chiết thu nhận từ rong mơ S. serratum ......................... 56 Hình 3.2. Ảnh hƣởng của dung môi và phƣơng pháp chiết đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của chất chiết thu nhận từ rong mơ S. serratum......................................... 57 Hình 3.3. Ảnh hƣởng của dung môi và phƣơng pháp chiết đến hoạt tính khử sắt của chất chiết thu nhận từ rong mơ S. serratum .............................................................. 57 Hình 3.4. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi chiết đến hàm lƣợng phlorotannin chiết từ rong mơ S. serratum ............................................................................................. 60 Hình 3.5. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi chiết đến hoạt tính oxy hóa tổng của dịch chiết từ rong mơ S. serratum ............................................................................. 60 Hình 3.6. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi chiết đến hoạt tính khử sắt của dịch chiết từ rong mơ S. serratum ..................................................................................... 61 vi vii Hình 3.7. Ảnh hƣởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến hàm lƣợng phlorotannin của dịch chiết thu nhận từ rong mơ S. serratum ....................................................... 63 Hình 3.8. Ảnh hƣởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của dịch chiết thu nhận từ rong mơ S. serratum ............................................... 63 Hình 3.9. Ảnh hƣởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến hoạt tính khử sắt của dịch chiết thu nhận từ rong mơ S. serratum ...................................................................... 64 Hình 3.10. Ảnh hƣởng của nhiệt độ chiết đến hàm lƣợng phlorotannin của dịch chiết thu nhận từ rong mơ S. serratum ...................................................................... 66 Hình 3.11. Ảnh hƣởng của nhiệt độ chiết đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của dịch chiết phlorotannin thu nhận từ rong mơ S. serratum ................................................ 66 Hình 3.12. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính khử sắt của dịch chiết phlorotannin thu nhận từ rong mơ S. serratum ......................................................... 67 Hình 3.13. Ảnh hƣởng thời gian đến hàm lƣợng phlorotannin thu nhận từ rong mơ S. serratum .....................................................................................................................................69 Hình 3.14. Ảnh hƣởng thời gian đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của dịch chiết thu nhận từ rong mơ S. serratum............................................................................... 69 Hình 3.15. Ảnh hƣởng thời gian chiết đến hoạt tính khử sắt của dịch chiết thu nhận từ rong mơ S. serratum ............................................................................................. 70 Hình 3.16. Ảnh hƣởng pH dung môi chiết đến hàm lƣợng phlorotannin thu nhận từ rong mơ S. serratum .................................................................................................. 73 Hình 3.17. Ảnh hƣởng pH dung môi chiết đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của dịch chiết thu nhận từ rong mơ S. serratum .............................................................. 73 Hình 3.18. Ảnh hƣởng pH dung môi chiết đến hoạt tính khử sắt của dịch chiết thu nhận từ rong mơ S. serratum ..................................................................................... 73 Hình 3.19. Mô hình minh họa 3D ............................................................................. 77 Hình 3.20. Ảnh hƣởng của số lần chiết đến hàm lƣợng phlorotannin của dịch chiết ............ 80 Hình 3.21. Ảnh hƣởng của số lần chiết đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của dịch chiết ..... 80 Hình 3.22. Ảnh hƣởng của số lần chiết đến hoạt tính khử sắt của dịch chiết ........... 80 vii viii Hình 3.23. Hàm lƣợng phlorotannin và hoạt tính chống oxy hóa của các phân đoạn dịch cô đặc bằng các dung môi khác nhau ................................................................ 85 Hình 3.24. Sắc ký đồ dịch phlorotannin từ rong mơ S. serratum cô đặc qua cột lọc gel Sephadex LH 20, cột 2x25cm, 10ml/phân đoạn ................................................. 85 Hình 3.25. Dịch chiết ethanol trên sắc ký bản mỏng trƣớc khi phun thuốc thử ....... 88 Hình 3.26. Dịch chiết ethanol trên sắc ký bản mỏng sau khi phun thuốc thử .......... 88 Hình 3.27. Phân đoạn ethyl acetate trên sắc ký bản mỏng sau khi phun thuốc thử .. 88 Hình 3.28. LC/MS của dịch chiết.............................................................................. 89 Hình 3.29. LC/MS của phân đoạn n-hexan ............................................................... 89 Hình 3.30. LC/MS của phân đoạn chloroform.......................................................... 89 Hình 3.31. LC/MS của phân đoạn ............................................................................. 89 Hình 3.32. LC/MS của phân đoạn ............................................................................. 89 Hình 3.33. LC/MS của phân đoạn nƣớc còn lại sau cùng......................................... 90 Hình 3.34. Sơ đồ quy trình tinh chế phlorotannin từ rong mơ S. serratum .............. 93 Hình 3.35. Ảnh hƣởng của chất trợ sấy đến hàm lƣợng phlorotannin có trong chế phẩm sau sấy ............................................................................................................. 95 Hình 3.36. Ảnh hƣởng của chất trợ sấy đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của chế phẩm sau sấy ............................................................................................................. 96 Hình 3.37. Ảnh hƣởng của chất trợ sấy đến hoạt tính khử sắt của chế phẩm sau sấy ........... 96 Hình 3.38. Ảnh hƣởng của tỷ lệ maltodextrin bổ sung đến hàm lƣợng phlorotannin của chế phẩm bột phlorotannin sau sấy .................................................................... 99 Hình 3.39. Ảnh hƣởng của tỷ lệ maltodextrin bổ sung đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của chế phẩm bột phlorotannin sau sấy .......................................................... 100 Hình 3.40. Ảnh hƣởng của tỷ lệ maltodextrin bổ sung đến hoạt tính khử sắt của chế phẩm bột phlorotannin sau sấy................................................................................ 100 Hình 3.41. Ảnh hƣởng của tỷ lệ maltodextrin bổ sung đến hoạt tính khử sắt của chế phẩm bột phlorotannin sau sấy................................................................................ 100 Hình 3.42. Ảnh hƣởng của áp suất bơm đến hàm lƣợng phlorotannin của chế phẩm phlorotannin sau sấy................................................................................................ 104 viii ix Hình 3.43. Ảnh hƣởng của áp suất bơm đến hàm lƣợng phlorotannin của chế phẩm phlorotannin sau sấy................................................................................................ 104 Hình 3.44. Ảnh hƣởng của áp suất bơm đến hoạt tính khử sắt của chế phẩm phlorotannin sau sấy................................................................................................ 105 Hình 3.45. Ảnh hƣởng của áp suất bơm đến hoạt tính bắt gốc tự do của chế phẩm phlorotannin sau sấy................................................................................................ 105 Hình 3.46. Ảnh hƣởng của tốc độ bơm nhập liệu tới hàm lƣợng phlorotannin của chế phẩm phlorotannin sau sấy phun ...................................................................... 107 Hình 3.47. Ảnh hƣởng của tốc độ bơm nhập liệu tới hoạt tính chống oxy hóa của chế phẩm phlorotannin sau sấy phun ...................................................................... 108 Hình 3.48. Ảnh hƣởng của tốc độ bơm nhập liệu tới hoạt tính khử sắt của chế phẩm phlorotannin sau sấy phun ....................................................................................... 108 Hình 3.49. Ảnh hƣởng của tốc độ bơm nhập liệu tới hoạt tính bắt gốc tự do của phlorotannin trong chế phẩm sau sấy phun ............................................................. 108 Hình 3.50. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đầu vào đến hàm lƣợng phlorotannin của bột chế phẩm phlorotannin thu đƣợc sau sấy phun ....................................................... 111 Hình 3.51. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đầu vào đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của bột chế phẩm phlorotannin thu đƣợc sau sấy phun ................................................. 111 Hình 3.52. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đầu vào đến hoạt tính khử sắt của bột chế phẩm phlorotannin thu đƣợc sau sấy phun ....................................................................... 111 Hình 3.53. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đầu vào đến hoạt tính bắt gốc tự do của bột chế phẩm phlorotannin thu đƣợc sau sấy phun.............................................................. 112 Hình 3.54. Quy trình sấy phun thu nhận bột phlorotannin từ dịch chiết rong mơ S. serratum .................................................................................................................. 115 Hình 3.55. Ảnh hƣởng của tỷ lệ acid citric đến tổng điểm cảm quan chung .......... 118 Hình 3.56. Ảnh hƣởng của tỷ lệ đƣờng bổ sung đến tổng điểm cảm quan chung của sản phẩm ... 119 Hình 3.57. Ảnh hƣởng của tỷ lệ hỗn hợp acid citric - acid ascorbic bổ sung đến tổng điểm cảm quan chung của sản phẩm ....................................................................... 120 ix x Hình 3.59. Ảnh hƣởng của tỷ lệ phlorotannin bổ sung đến chất lƣợng cảm quan của sản phẩm đồ uống.................................................................................................... 124 Hình 3.60. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng phlorotannin bổ sung đến hoạt tính chống oxy hóa của sản phẩm đồ uống ............................................................................... 124 Hình 3.61. Ảnh hƣởng của thời gian đồng hóa đến tổng điểm cảm quan chung của sản phẩm .... 126 Hình 3.62. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đồng hóa đến tổng điểm cảm quan chung của sản phẩm ..... 126 Hình 3.63. Ảnh hƣởng của thời gian đồng hóa đến hoạt tính chống oxy hóa của sản phẩm 127 Hình 3.64. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đồng hóa đến hoạt tính chống oxy hóa của sản phẩm . 128 Hình 3.65. Ảnh hƣởng của thời gian thanh trùng đến tổng điểm cảm quan chung của sản phẩm đồ uống.................................................................................................... 129 Hình 3.66. Ảnh hƣởng của thời gian thanh trùng đến hoạt tính chống oxy hóa các mẫu thí nghiệm ........................................................................................................ 130 Hình 3.67. Sơ đồ quy trình sản xuất nƣớc giải khát phlorotannin .......................... 133 x 1 MỞ ĐẦU Rong nâu (Phaeophyta) là loại rong giàu các chất có hoạt tính sinh học nhƣ lamilaran, fucoidan, alginate, phlorotannin, … Các chất này có nhiều hoạt tính sinh học, trong đó đáng chú ý là hoạt tính chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng nấm…. Ngành rong nâu (Phaeophyta) có nhiều họ nhƣ: Alariaceae, Fucaceae và Sargassaceae. Ở Việt Nam, chi rong mơ (Sargassum) thuộc họ rong mơ (Sargassaceae) đƣợc biết là chi rong có sản lƣợng lớn và có giá trị cao, do chi rong này có chứa nhiều hoạt chất sinh học có giá trị nhƣ fucoidan, laminaran, alginate, phlorotannin,…. Trong đó đáng chú ý là phlorotannin - một hợp chất chuyển hóa thứ cấp kiểu hỗn hợp phenolic. Phlorotannin có nhiều hoạt tính sinh học khác nhau nhƣ: hoạt tính chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng nấm, chống khối u, ngừa ung thƣ,… Hoạt tính chống oxy hóa của phlorotannin là một trong những hoạt tính đƣợc nghiên cứu nhiều nhất và phlorotannin đƣợc biết đến là chất chống oxy hóa không độc tính và an toàn với con ngƣời cũng nhƣ có khả năng ngăn ngừa bệnh tim mạch. Ngày nay do sự phát triển của xã hội, con ngƣời ngày càng phải đối mặt với nhiều mối nguy nhƣ ô nhiễm môi trƣờng, stress,… làm phát sinh các gốc tự do trong cơ thể gây ảnh hƣởng không tốt đến sức khỏe. Do vậy, con ngƣời có xu thế tìm kiếm, khai thác và sử dụng các chất tự nhiên có hoạt tính chống oxy hóa, có khả năng hỗ trợ cơ thể đào thải các gốc tự do giúp tăng cƣờng sức khỏe. Do vậy, phlorotannin từ rong mơ đã đƣợc các nhà nghiên cứu quan tâm. Vùng biển Nha Trang có nguồn lợi rong mơ Sargassum phong phú và đa dạng về số lƣợng, chủng loại. Mặt khác, rong mơ ở vùng biển Nha Trang đƣợc cho rằng có chứa các hoạt chất sinh học nhƣ fucoidan, phlorotannin, alginate,…. với hàm lƣợng cao. Do vậy việc nghiên cứu “Nghiên cứu thu nhận phlorotannin từ rong mơ Sargassum serratum tại Nha Trang và thử nghiệm sử dụng trong đồ uống có hoạt tính chống oxy hóa” là cần thiết. Mục tiêu của Luận án: - Nghiên cứu thu nhận phlorotannin có hoạt tính chống oxy hóa từ rong mơ 2 (Sargassum serratum) thu hoạch ở vùng biển Nha Trang, Khánh Hòa. - Thử nghiệm sử dụng phlorotannin trong đồ uống có hoạt tính chống oxy hóa. Nội dung của Luận án: 1) Nghiên cứu tách chiết và tối ưu hóa quá trình thu nhận phlorotannin từ rong mơ (Sargassum serratum) thu hoạch ở vùng biển Nha Trang, Khánh Hòa. 2) Bước đầu phân đoạn và tinh sạch phlorotannin thu nhận từ rong mơ (S. serratum). 3) Nghiên cứu sấy phun để thu nhận bột phlorotannin từ dịch chiết rong mơ S. serratum. 4) Đánh giá độc tính của phlorotannin thu từ rong mơ S. serratum. 5) Thử nghiệm sử dụng phlorotannin trong đồ uống có hoạt tính chống oxy hóa. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học Lần đầu tiên nghiên cứu một cách toàn diện về phlorotannin của rong mơ (Sargassum serratum) thu hoạch ở vùng biển Nha Trang, Khánh Hòa từ nghiên cứu tối ƣu hóa quá trình tách chiết đến tinh sạch, thử nghiệm độc tính trên chuột, nghiên cứu sấy phun để tạo bột chế phẩm phlorotannin có hoạt tính chống oxy hóa cao và thử nghiệm sản xuất đồ uống phlorotannin có hoạt tính chống oxy hóa. Do vậy, kết quả nghiên cứu của Luận án có ý nghĩa khoa học cao. Kết quả này góp phần khẳng định giá trị của nguồn lợi rong biển Việt Nam. Mặt khác, kết quả của luận án còn là tài liệu tham khảo phục vụ cho nghiên cứu và giảng dạy trong lĩnh vực nghiên cứu các chất tự nhiên từ rong biển. Ý nghĩa thực tiễn của luận án Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở để các doanh nghiệp sản xuất thực phẩm phát triển thƣơng mại hóa một số sản phẩm từ phlorotannin thu nhận từ rong mơ (Sargassum serratum) thu hoạch ở vùng biển Nha Trang. Tính mới của luận án - Luận án lần đầu tiên nghiên cứu thu nhận và đánh giá đƣợc hàm lƣợng phlorotannin với hoạt tính chống oxy hóa từ rong mơ (Sargassum serratum) thu 3 hoạch ở vùng biển Nha Trang. - Luận án lần đầu phân đoạn và tinh sạch đƣợc phlorotannin từ rong mơ (Sargassum serratum) với độ tinh sach lên tới 92%. - Luận án lần đầu áp dụng kỹ sấy phun và sử dụng các chất mang trong sấy phun để sản xuất bột chế phẩm phlorotannin từ rong mơ (Sargassum serratum) cũng nhƣ sử dụng chế phẩm phlorotannin thu đƣợc trong sản xuất đồ uống chống oxy hóa. 4 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN 1.1. RONG NÂU Hiện nay, trên thế giới rong nâu đã xác định đƣợc khoảng 6.000 loài, chia làm 03 ngành rong chính là rong lục (Chlorophyta), rong nâu (Phaeophyta) và rong đỏ (Rhodophyta) [64]. Trong các loại rong kể trên thì rong nâu là một trong số các loài thực vật biển có thể tự tái tạo và là nguồn tài nguyên có thể cung cấp các chất có hoạt tính sinh học quý báu nhƣ fucoidan, laminaran, polyuromannan, alginate,… và các chất chuyển hóa thứ cấp nhƣ alkaloid, phlorotannin, acetogenin và terpene. Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới, có điều kiện tự nhiên thuận lợi cho rong biển phát triển. Theo thống kê, nƣớc ta có khoảng 794 loài rong biển, phân bố ở vùng biển phía Bắc 310 loài, miền Nam 484 loài và 156 loài tìm thấy ở cả hai miền [10]. Trong đó, 24 loài đã đƣợc sử dụng cho sản xuất các chế phẩm công nghiệp, 18 loài dùng làm dƣợc liệu, 30 loài làm thực phẩm, 10 loài làm thức ăn gia súc. Các đối tƣợng quan trọng là: rong Câu (Gracilaria), rong mơ (Sargassum), rong Đông (Hypnea), và rong Bún (Enteromorpha). Rong mơ Sargassum đƣợc phân loại: g nh Phaeophyta ớp Phaeophyceae Bộ Fucales Sargassaceae Chi Sargassum Hiện tại ở vùng biển Nha Trang có 20 loài rong nâu Sargassum (bảng 1.1). Bảng 1.1. Danh mục các loài rong thu mẫu tại Vịnh Nha Trang [17] Loài Bãi Tiên Đƣờng Đệ Hòn Chồng Sông Lô Hòn Tre Bãi Cạn Lớn S. angustifolium x S. aemulum x S. binderi S. brevifolium x x x 5 S. crassifolium x x S. cristaefolium x S. denticarpum x S. duplicatum x x x S. feldmanii S. ilicifolium x S. kuetzingii x S. mcclurei x x x S. microcystum x x x S. oligocystum x x x S. polycystum x x x S. sandei x S. serratum x x x S. swartzii x x x S. vietnamenese x Rong nâu Sargassum serratum đƣợc lựa chọn nghiên cứu có đặc điểm phân loại và đặc điểm sinh học nhƣ sau: Sargassum serratum N. H. Dai - Mơ gai. Loài rong này đã đƣợc công bố và định danh bởi Nguyễn Hữu Đại và Nguyễn Hữu Trí (2002) [13], Nguyễn Hữu Đại (2007) [14]. Rong mịn mọc thành bụi cao 40-80 cm trên một đĩa bám hình nón, nhỏ 5-6 mm nhƣng rất chắc. Trụ chính hình trụ, trơn, cao 2-4 mm, mang 3-7 nhánh chính. Nhánh chính hình trụ 0,5-1 mm đƣờng kính. Lá trên thân chính thƣờng dài khoảng 0,7-1,5 mm, rộng 5-7mm. Mép lá có nhiều răng cƣa to, nhọn không đều, gân lá không rõ, huyệt rõ và nằm rải rác. Lá trên các nhánh bên và nhánh chót chỉ dài 0,5-1 cm, rộng 1,5-3 mm, có hình mũi mác, nhiều răng cƣa nhọn. Phao rất nhiều, nhỏ hình xoan, kích thƣớc 1-2 mm, thƣờng mang 1 đến vài gai trên đầu hay cánh nhỏ (Hình 1.1). 6 Rong khác gốc. Cây đực có đế đực hình trụ, có u, phân nhánh, dài 0,5-2 cm. Cây cái có đế ngắn hơn 3-5 mm, hình trụ dẹp, phân nhánh, có gai. Rong khô có màu nâu đậm. Sinh học và sinh thái: Rong mọc thành quần thể dày, trên đá tảng và trên san hô chết từ vùng triều thấp trở xuống, là loài phân bố cao nhất trong các quần thể rong mơ ở các bãi triều đáy cứng. Rong trƣởng thành rất sớm từ tháng 3-4. Khoảng giữa tháng 8 đã thấy xuất hiện cây con. Hình 1.1. Hình dạng rong S. serratum 1.2. GIỚI THIỆU VỀ PHLOROTANNIN 1.2.1. Đặc điểm cấu trúc phlorotannin Phlorotannin đƣợc tìm thấy trong rong nâu có các đơn vị cơ bản là phloroglucinol (1,3,5-trihydroxybenzene) [172], [189]. Kích thƣớc phân tử của chúng dao động trong khoảng 126 Da - 650 kDa [174]. Phlorotannin có khối lƣợng phân tử thấp, trung bình và cao đều chứa các đơn vị phenyl và phenoxy [74], [174]. Theo Singh và cộng sự (2006) các phân tử phlorotannin chứa các đơn vị phloroglucinol với các kiểu liên kết khác nhau và phổ biến ở các loài sinh vật biển, nhất là trong rong nâu và rong đỏ [174]. La Barre S. và cộng sự (2010) cho rằng các kiểu liên kết đặc trƣng xuất hiện trong cấu trúc của phlorotannin nhƣ: liên kết ether, liên kết phenyl, liên kết ether và liên kết phenyl, liên kết dibenzodioxin [104]. 1.2.2. Phân loại Dựa trên đặc điểm liên kết trong cấu trúc của phlorotannin, ngƣời ta chia phlorotannin thành 4 nhóm sau: fuhalol and phlorethol (phlorotannin với liên kết ether), fucol (với liên kết phenyl), fucophloroethol (với liên kết ether và liên kết phenyl) và eckol (với liên kết dibenzodioxin) [104]. 7 * Phlorotannin với liên kết ether Phlorotannin thuộc lớp này chủ yếu bao gồm fuhalol và phlorethol. Ragan và Jamieson sử dụng phƣơng pháp khối phổ để phân tích cấu trúc của phlorotannin và nhận thấy các đơn vị cơ bản của fuhalol và phlorethol đƣợc liên kết với nhau thông qua liên kết ether [146]. Hiện các nhà khoa học đã thu nhận đƣợc một số hợp chất fuhalol, phlorethol và hydroxyphlorethol từ rong nâu Carpophyllum spp. (C. mascalocarpum và C. angustifolium) và Sargassum spp. (S. spinuligerum và S. muticum). Triacetate của phloroglucinol đƣợc phát hiện ở rong nâu Himanthalia elongata [155]. Phlorotannin diphlorethol, mạch thẳng bifuhalol, nhƣ acetate trifuhalol của 2-hydroxyphloroglucinol, A, hydroxytetraphlorethol, hydroxypentaphlorethol và hydroxyhexaphlorethol. Những hợp chất này đã đƣợc tìm thấy từ loài C. mascalocarpum. Diphlorethol và trifuhalol tồn tại ở trong các loài Halidrys siliquosa và Laminaria ochroleuca. Phlorotannin mạch thẳng nhƣ hydroxytrifuhalol A, dihydroxytetraphlorethol A và dihydroxytetraphlorethol B có nguồn gốc từ rong nâu Sargassum spinuligerum [155]. Phlorotannin mạch nhánh chẳng hạn nhƣ các dạng acetate của trifuhalol C, trifuhalol D, trifuhalol A, pentaphlorethol A, hexafuhalol A, deshydroxyheptafuhalol A, heptafuhalol A, octafuhalol A và nonafuhalol A, các hợp chất này đƣợc tìm thấy từ C. mascalocarpum; hydroxypentafuhalol B, hydroxyheptafuhalol A, hydroxytrifuhalol B (596), deshydroxytetrafuhalol B (597), hydroxyheptafuhalol B (598), heptafuhalol B (599), hydroxypentafuhalol A (600), pentafuhalol B (601), deshydroxyfuhalol B (602), nonafuhalol B (603), pentaphlorethol A (604) thu nhận từ loài S. spinuligerum và trifuhalol B thu nhận từ loài S. muticum chứa (615) [155]. Loài Carpophyllum phlorethofuhalol nhƣ mascalocarpum pentafuhalol chứa A, các chất thuộc phlorethopentafuhalol nhóm A, phlorethopentafuhalol B và diphlorethopentafuhalol A. Loài C. angustifolium chứa 8 hỗn hợp trihydroxyphlorethol nhƣ trihydroxyheptaphlorethol A (620), trihydroxyoctaphlorethol A (621) và trihydroxyoctaphlorethol B (622) [155]. Ngoài fuhalol và phlorethol, pseudofuhalol cũng là nhóm hợp chất đƣợc biết. Pseudofuhalol đƣợc tách chiết từ loài S. spinuligerum, đƣợc mô tả nhƣ isomer của fuhalol với nhóm chức khác nhau. Loài Bifurcaria bifurcata có chứa bifuhalol và pentafuhalol. Những phân đoạn dịch chiết của loài Chorda filum đã acetyl hóa đều chứa isofuhalol. Triphlorethol và những chất tƣơng tự đã đƣợc chlorin hóa đều đƣợc xác định có nguồn gốc từ loài Laminaria ochroleuca [155]. * Phlorotannin với liên kết phenyl Phlorotannin có liên kết phenyl chủ yếu là các chất thuộc nhóm fucol. Các đơn vị phloroglucinol của fucol liên kết với nhau thông qua liên kết phenyl. Loài Himanthalia elongata và một số loài rong nâu có chứa difucol (656). Difucol đƣợc sulfat hóa là difucol-2-O-sulfate (657) và difucol-4,4-di-O-sulfate (658), những chất này có nguồn gốc từ Pleurocarpus gardneri. Trifucol (659) và trifucol đã sulfat hóa là trifucol-2-O-sulfate (660) và trifucol-2,2- di-O-sulfate (661), chúng có nguồn gốc ở nhiều loại rong khác nhau, nhƣ Analipus japonicus, Bifurcaria bifurcata, Fucus vesiculosus và Himanthalia elongata. Tetrafucol A (662) và tetrafucol đã halogen hóa là 5-chlorotetrafucol A (663) và 5 - bromotetrafucol A (664), chúng đƣợc phân lập từ Analipus japonicus [155]. * Phlorotannin với liên kết ether và phenyl [155] Các hợp chất phlorotannin chứa liên kết ether và phenyl chủ yếu là fucophlorethol. Các loài Fucus vesiculosus, Cystoseira baccata và Analipus japonicus có chứa fucophlorethol A, fucophlorethol B và fucophlorethol C. Loài Cystoseira baccata có chứa fucodiphlorethol B và fucodiphlorethol D và loài Laminaria ochroleuca chứa fucodiphlorethol C. Fucoheptaphlorethol A và fucopentaphlorethol A có nguồn gốc từ loài Cystoseira granulata. Loài Carpophyllum maschalocarpum có chứa fucophlorethol. Hydroxyfucodiphlorethol, bisfucotriphlorethol, hydroxybisfucotriphlorethol, 9 terfucopentaphlorethol, terfucohexaphlorethol, hydroxyterfucophlorethol, quaterfucononaphlorethol và bisfucopentaphlorethol A đều tồn tại trong loài Himanthalia elongata. * Phlorotannin với liên kết dibenzodioxin [155] Phlorotannin chứa liên kết đặc trƣng dibenzodioxin trong cấu trúc phân tử là các chất thuộc nhóm eckol và carmalol [1], [4]. Loài Eisenia arborea có chứa eckol (681), 4-bromoeckol (682), 4-iodoeckol (683), 7-hydroxyeckol (684), 3-phloroeckol (685), bromo-3- phloroeckol (686) và iodo-3-phloroeckol (687). Hỗn hợp 681 phân lập từ Ecklonia kurome. Loài Eisenia arborea có chứa bieckol nhƣ 9,9-bieckol (688) và 7,7-dihydroxy-7,9-bieckol (689). Loài E. kurome có chứa 2-phloro-6,6 bieckol (690). Những eckol khác bao gồm dioxinodehydroeckol (691), 7,7-bieckol (692), 7,9-bieckol (693), 8,4-dieckol (694), 7,2-bieckol (695) và fucofuroeckols A– C (696–698) có nguồn gốc từ Eisenia arborea. Phloroglucinol Tetrafuhalol A Fucodiphlorethol A Tetraphlorethol B Eckol Tetrafucol A Diphlorethohydroxycarmalol [118] Hình 1.2. Một số cấu trúc của phlorotannin [147] Nhóm hydroxyl của phlorotannin là nguồn cung cấp hydrogen rất lớn cho các phản ứng oxy hóa khử. Hydrogen đƣợc giải phóng từ nhóm hydroxyl của 10 phlorotannin sẽ tƣơng tác với oxygen và nitrogen hoạt động của chất oxy hóa, làm phá vỡ chu trình sản sinh gốc tự do mới. Sự tƣơng tác giữa nhóm hydroxyl của phlorotannin với electron π của vòng benzen tạo ra tính chất đặc trƣng của phân tử phlorotannin 1.2.3. Sinh tổng hợp phlorotannin Phlorotannin đƣợc hình thành bằng cách polyme hóa các đơn vị cơ bản là phloroglucinol (1,3,5-tryhydroxybenzene) thông qua con đƣờng acetate-malonate [172], [189]. Con đƣờng acetate-malonate (polyketide) có thể đƣợc thực hiện do hỗn hợp enzyme sinh tổng hợp kiểu polyketide [40]. Con đƣờng chính xác cho sự sinh tổng hợp phlorotannin hiện chƣa đƣợc biết rõ [35]. Bƣớc đầu tiên của quá trình sinh tổng hợp phlorotannin đƣợc cho là 2 phân tử acetyl coenzyme A kết hợp với carbon dioxide thành malonyl coenzyme A (Hình 1.3). Hình 1.3. Sự sinh tổng hợp nhóm acetate [211] Chuỗi polyketide đƣợc biến đổi bằng cách khép vòng giữa các phân tử và loại bỏ nƣớc để tạo ra hệ thống vòng hexacyclic (Hình 1.4). Triketide là sản phẩm của quá trình tạo vòng nhƣng không ổn định và bị chuyển hóa thành các chất thơm có tính ổn định hơn - phloroglucinol. Phloroglucinol thuộc nhóm phenol và chúng có chứa 3 nhóm hydroxy [211]. Những nhân tố đƣợc sinh ra trong quá trình sinh tổng hợp sau này là chƣa đƣợc biết đến.