Luận án Nghiên cứu cấu trúc của ulvan có hoạt tính sinh học từ rong lục Ulva Lactuca và Ulva Reticulata
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Quách Thị Minh Thu
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA ULVAN CÓ
HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ RONG LỤC ULVA LACTUCA
VÀ ULVA RETICULATA
LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC
Hà Nội - 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Quách Thị Minh Thu
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA ULVAN CÓ
HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ RONG LỤC ULVA LACTUCA
VÀ ULVA RETICULATA
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã sỗ: 62.44.01.19
LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS Thành Thị Thu Thủy
2. PGS.TS Trần Thị Thanh Vân
Hà Nội - 2017
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi dưới
sự hướng dẫn của PGS.TS Thành Thị Thu Thủy và PGS.TS Trần Thị Thanh Vân.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận án
Quách Thị Minh Thu
ii
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới tập thể cán bộ
hướng dẫn khoa học PGS.TS Thành Thị Thu Thủy - Viện Hóa học và PGS.TS Trần
Thị Thanh Vân – Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang - Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Hai PGS là những người Thầy đã chia sẻ
kinh nghiệm, hướng dẫn tôi cách tiếp cận với lĩnh vực khoa học chuyên sâu mà tôi
đang theo đuổi, cũng như các vấn đề khác trong cuộc sống trong suốt thời gian thực
hiện luận án.
Đặc biệt, tôi xin cảm ơn Trung tâm Các phương pháp phổ ứng dụng - Viện
Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa Học và Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện
tốt nhất về thời gian cũng như trang thiết bị nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành
luận án của mình.
Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Yuguchi Yoshiaki– Trường Đại học Điện
-Truyền thông Osaka đã giúp thực hiện phép đo SAXS và tạo mọi điều kiện thuận
lợi để tôi có thể hoàn thành công việc trong thời gian thực tập tại Nhật Bản.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Viện Hóa học, các anh chị
phụ trách Đào tạo sau Đại học - Viện Hóa học và Học viện Khoa học và Công nghệ
đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành các học phần của luận án và mọi
thủ tục cần thiết.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và những
người thân luôn giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
TÁC GIẢ LUẬN ÁN
Quách Thị Minh Thu
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................i
LỜI CẢM ƠN................................................................................................ii
MỤC LỤC ....................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................vi
DANH MỤC HÌNH ....................................................................................viii
DANH MỤC BẢNG...................................................................................... x
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 3
1.1. Rong biển và sulfate polysaccharide từ rong biển...............................3
1.1.1. Phân loài rong biển ............................................................................ 3
1.1.2. Thành phần dinh dưỡng và ứng dụng của rong biển........................... 6
1.1.3. Sulfate polysaccharide từ rong biển ................................................... 7
1.1.3.1. Sulfate polysaccharide từ rong nâu ............................................... 7
1.1.3.2. Sulfate polysaccharide từ rong đỏ................................................. 8
1.1.3.3. Sulfate polysaccharide từ rong lục................................................ 9
1.1.4. Rong lục chi Ulva và ulvan ............................................................ 12
1.1.4.1. Rong lục chi Ulva....................................................................... 12
1.1.4.2. Thành phần và cấu trúc hóa học của ulvan.................................. 12
1.1.4.3. Các tính chất hóa lý của ulvan .................................................... 16
1.1.4.4. Hoạt tính sinh học và ứng dụng của ulvan .................................. 18
1.2. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc polysaccharide ......................22
1.2.1. Phương pháp sắc ký thẩm thấu gel GPC........................................... 22
1.2.2. Phương pháp phổ hồng ngoại IR...................................................... 22
1.2.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR........................... 23
1.2.4. Phương pháp phổ khối lượng MS..................................................... 27
1.2.5. Phương pháp tán xạ tia X góc nhỏ SAXS......................................... 28
1.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước liên quan đến nội
dung nghiên cứu của luận án. .................................................................30
iv
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ..................................................... 30
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................................... 32
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM.................................................................... 38
2.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu ................................................................ 38
2.1.2. Phân tích thành phần hóa học của rong ............................................ 39
2.1.3. Chiết tách và tinh chế ulvan ............................................................. 42
2.1.4. Đánh giá hoạt tính sinh học.............................................................. 44
2.2. Xác định cấu trúc của ulvan.............................................................47
2.2.1. Phân tích thành phần hóa học của ulvan........................................... 47
2.2.2. Phương pháp sắc ký thẩm thấu gel (GPC)........................................ 48
2.2.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) ................................................... 48
2.2.4. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)........................... 48
2.2.5. Phương pháp phổ khối lượng (MS).................................................. 49
2.2.6. Phương pháp tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS) ...................................... 49
2.2.7. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ......................................... 49
2.3. Sulfate hóa và acetyl hóa mẫu ulvan tự nhiên...................................49
2.3.1. Sulfate hóa ....................................................................................... 49
2.3.2. Acetyl hóa........................................................................................ 50
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 52
3.1. Lựa chọn mẫu nghiên cứu................................................................ 52
3.1.1. Kết quả xác định thành phần hóa học của ulvan............................... 52
3.1.2. Kết quả khảo sát hoạt tính sinh học của ulvan.................................. 53
3.2. Xác định cấu trúc của ulvan.............................................................58
3.2.1. Ulvan chiết acid từ rong lục Ulva reticulata (UR-H) ........................ 58
3.2.2. Ulvan chiết nước từ rong lục Ulva reticulata (UR-N)....................... 67
3.2.3. Ulvan chiết nước từ rong lục Ulva lactuca (UL-N)........................... 82
3.2.4. Ulvan chiết acid từ rong lục Ulva lactuca (UL-H)............................ 92
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của sự sulfate hóa và acetyl hóa đến hoạt tính sinh
học của ulvan....................................................................................... 101
v
3.3.1. Ảnh hưởng của sự sulfate hóa ........................................................ 101
3.3.2. Ảnh hưởng của sự acetyl hóa ......................................................... 106
KẾT LUẬN CHUNG................................................................................. 108
KIẾN NGHỊ............................................................................................... 110
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ................................... 111
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 113
PHỤ LỤC .................................................................................................. 131
vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu
Tiếng Anh
Carbon-13 nuclear magnetic
resonance spectroscopy
Diễn giải
13C- NMR
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C
1H- NMR
AOAC
Proton nuclear magnetic resonance Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H
spectroscopy
Association of Official Analytical
Chemist
Correlation spectroscopy
Cell survival %
Hiệp hội hóa học phân tích
COSY
CS%
DA
Phổ tương tác 2 chiều đồng hạt nhân 1H-1H
% tế bào sống sót
Degree of Acetyl
Mức độ acetyl hóa
DPPH
DS
ESI -MS
1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl
Degree of Sulfation
Electron spray ionization mass
spectrometry
1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl
Mức độ sulfate hóa
Phổ khối lượng ion hóa phun mù điện
Gal
Galactose
Galactose
GlcA
GPC
HeLa
Hep-G2
HMBC
Glucuronic acid
Gel Permeation Chromatography
Henrietta lacks
Human hepatocellular carcinoma
Heteronuclear mutiple bond
connectivity
Glucuronic acid
Sắc ký thẩm thấu gel
Dòng tế bào ung thư cổ tử cung
Dòng tế bào ung thư gan người
Phổ tương tác dị hạt nhân qua nhiều liên kết
HSQC
Heteronuclear single-quantum
coherence
Phổ tương tác dị hạt nhân qua 1 liên kết
IC50
IdoA
IR
Inhibitory concentration at 50%
Iduronic acid
Infrared spectroscopy
Nồng độ ức chế 50% đối tượng thử nghiệm
Iduronic acid
Phổ hồng ngoại
MALDI-MS Matrix assisted laser desorption
ionization mass spectrometry
Phổ khối lượng ion hóa khử hấp thụ nền
laze
Man
Mannose
Mannose
MCF-7
MIC
Michigan cancer foundation-7
minimum inhibitory concentration Nồng độ ức chế tối thiểu
Dòng tế bào ung thư vú người
Mn
Mw
NOESY
Number average molecular mass
Weight average molecular mass
Nuclear Overhauser effect
Spectroscopy
Khối lượng phân tử trung bình số
Khối lượng phân tử trung bình khối
Phổ tương tác không gian đồng hạt nhân 1H-
1H
OD
Optical density
Mật độ quang học
Rha
Rhamnose
Rhamnose
SAXS
SEM
Small Angle X-ray scattering
Scanning Electron Microscope
Tán xạ tia X góc nhỏ
Hiển vi điện tử quét
vii
SP
Sulfate polysaccharide
Sulfate polysaccharide
UL-H
UL-K
UL-N
UR-Ac
UR-H
UR-K
UR-N
UR-S
UroA
Xyl
Ulvan chiết acid từ rong lục Ulva lactuca
Ulvan chiết kiềm từ rong lục Ulva lactuca
Ulvan chiết nước từ rong lục Ulva lactuca
Ulvan acetyl hóa từ UR-N
Ulvan chiết acid từ rong lục Ulva reticulata
Ulvan chiết kiềm từ rong lục Ulva reticulata
Ulvan chiết nước từ rong lục Ulva reticulata
Ulvan sulfate hóa từ UR-N
Uronic acid
Xylose
Uronic acid
Xylose
viii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hình ảnh về một số loài rong nâu.............................................................4
Hình 1.2. Hình ảnh về một số loài rong đỏ...............................................................4
Hình 1.3. Hình ảnh về một số loài rong lục..............................................................5
Hình 1.4. Biểu đồ biểu thị sự phân bố các loài rong lục có sulfate polysaccharide
[38]........................................................................................................................11
Hình 1.5. Cấu trúc chuỗi mạch chính trong ulvan [38]..........................................14
Hình 1.6. Cơ chế tạo hydrogel của ulvan qua Ca2+: hoặc a) của borate ester hoặc
một phần của b) carboxylate hoặc một phần của c) sulfate [1, 51] .........................17
Hình 1.7. (a) Phổ 1H-NMR của hỗn hợp liên kết (13)(14)-β-D-glucan; (b) Phổ
13C-NMR của hỗn hợp liên kết (13)(14)-β-D-glucan......................................24
Hình 1.8. Độ dịch chuyển hóa học của các nhóm trong phân tử polysaccharide.....26
Hình 1.9. Cơ chế phân mảnh của carbohydrate [111].............................................28
Hình 1.10. Sơ đồ nguyên lý của một máy đo SAXS...............................................29
Hình 1.11. Cấu trúc hóa học của ulvan từ rong lục Ulva pertusa............................35
Hình 2.1. Hình ảnh của mẫu rong nghiên cứu........................................................38
Hình 2.2. Quy trình chiết tách và tinh chế ulvan từ rong lục ..................................43
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của phần trăm tế bào sống sót.................56
vào nồng độ ulvan UL-N.......................................................................................56
Hình 3.2. Phổ IR của UR-H..................................................................................59
Hình 3.3. Phổ 1H-NMR của UR-H........................................................................60
Hình 3.4. Phổ 13C-NMR của UR-H.......................................................................61
Hình 3.5. Phổ COSY của UR-H ...........................................................................62
Hình 3.6. Phổ HSQC của UR-H ...........................................................................62
Hình 3.7. Phổ HMBC của UR-H ..........................................................................63
Hình 3.8. Phổ ESI-MS của UR-H.........................................................................65
Hình 3.9. Phổ ESI-MS/MS của ion mảnh [RhaSO3]- tại m/z 243.........................66
Hình 3.10. Phổ ESI-MS/MS của ion mảnh [RhaSO3]- tại m/z 419 ........................67
Hình 3.11. Phổ IR của UR-N................................................................................68
Hình 3.12. Phổ 1H-NMR của UR-N......................................................................69
Hình 3.13. Phổ 13C-NMR của UR-N.....................................................................70
Hình 3.14. Phổ COSY của UR-N..........................................................................71
Hình 3.15. Phổ HSQC của UR-N..........................................................................72
ix
Hình 3.16. Phổ HMBC của UR-N.........................................................................73
Hình 3.17. Phổ ESI-MS của UR-N .......................................................................74
Hình 3.18. Phổ ESI-MS/MS của ion mảnh [RhaSO3]- tại m/z 243.........................75
Hình 3.19. Phổ ESI-MS/MS của ion mảnh [RhaUroASO3]- tại m/z 419.............76
Hình 3.20. Sơ đồ phá mảnh của UR-N...................................................................77
Hình 3.21. Cấu trúc ulvan UR-N từ rong lục Ulva reticulata..................................78
Hình 3.22. Biểu đồ Kratky của dung dịch UR-N 1% trong nước............................78
và trong NaCl 0,5 M..............................................................................................78
Hình 3.23. Biểu đồ Guinier của dung dịch UR-N 1% trong nước...........................79
và trong NaCl 0,5 M..............................................................................................79
Hình 3.24. a) Đơn vị cấu trúc để xây dựng mô hình cấu trúc phân tử, b) Mô hình
cấu trúc phân tử của UR-N xây dựng dựa trên cấu trúc hóa học.............................81
Hình 3.25. Biểu đồ Kratky với các đường tán xạ từ thực nghiệm và từ mô hình cấu
trúc phân tử. ..........................................................................................................81
Hình 3.26. Phổ IR của UL-N ................................................................................83
Hình 3.27. Phổ 1H-NMR của UL-N......................................................................84
Hình 3.28. Phổ 13C-NMR của UL-N.....................................................................85
Hình 3.29. Phổ COSY của UL-N..........................................................................86
Hình 3.30. Phổ HSQC của UL-N..........................................................................87
Hình 3.31. Phổ HMBC của UL-N.........................................................................88
Hình 3.32. Phổ ESI-MS của ulvan UL-N..............................................................90
Hình 3.33. Phổ ESI-MS/MS của ion mảnh [RhaSO3]- tại m/z 243.......................91
Hình 3.34. Phổ 1H-NMR của UL-H......................................................................92
Hình 3.35. Phổ 13C-NMR của UL-H.....................................................................93
Hình 3.36. Phổ COSY của UL-H..........................................................................94
Hình 3.37. Phổ HSQC của UL-H..........................................................................95
Hình 3.38. Phổ HMBC của UL-H.........................................................................97
Hình 3.39. Phổ ESI-MS/MS của ion mảnh [RhaSO3]- tại m/z 243........................99
Hình 3.40. Phổ IR của UR-N (a) và UR-S (b).....................................................102
Hình 3.41. Phổ 13C-NMR của UR-N (a) và UR-S (b) ..........................................103
Hình 3.42. Phổ HSQC của UR-N (a) và UR-S (b) ...............................................103
Hình 3.43. Ảnh SEM của UR-N (a) và UR-S (b).................................................104
Hình 3.44. Phổ 1H-NMR a) và 13C-NMR b) của UR-Ac......................................106
Hình 3.45. Ảnh SEM của UR-N (a) và UR-Ac (b)...............................................107
x
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Phân loài rong lục trên thế giới có sulfate polysaccharide [38]...............10
Bảng 1.2. Một số nhóm đặc trưng của phổ IR của polysaccharide từ rong biển......23
Bảng 1.3. Độ chuyển dịch hoá học δ (ppm) từ cơ sở dữ liệu SUGABASE của dạng
glucose và galactose [104].....................................................................................25
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của rong (% trọng lượng rong khô) .......................41
Bảng 2.2. Kết quả hiệu suất chiết tách 6 mẫu ulvan ...............................................44
Bảng 3.1. Kết quả phân tích thành phần hóa học của 6 ulvan.................................52
Bảng 3.2. Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của 6 mẫu ulvan......53
Bảng 3.3. Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của 4 mẫu ulvan ...........................55
Bảng 3.4. Kết quả thử hoạt tính chống oxy hóa của 6 mẫu ulvan..........................57
Bảng 3.5. Kết quả xác định khối lượng phân tử của 4 mẫu ulvan..........................58
Bảng 3.6. Kết quả phân tích phổ IR của UR-H .....................................................59
Bảng 3.7. Kết quả phân tích phổ 1H và 13C-NMR của UR-H ................................64
Bảng 3.8. Kết quả phân tích phổ IR của UR-N .....................................................68
Bảng 3.9. Kết quả phân tích phổ 1H và 13C-NMR của UR-N ................................74
Bảng 3.10. Kết quả phân tích phổ 1H và 13C-NMR của UL-N...............................89
Bảng 3.11. Kết quả phân tích phổ 1H và 13C-NMR của UL-H...............................98
Bảng 3.12. Kết quả thử hoạt tính chống đông tụ máu của UR-N và UR-S ..........105
1
MỞ ĐẦU
Từ lâu con người đã khai thác rong biển làm nguyên liệu cho nhiều ngành
công nghiệp như dệt may, mỹ phẩm, dược phẩm và thực phẩm. Hàng năm, theo ước
tính sản lượng rong biển của thế giới đạt 15 triệu tấn và dự tính khoảng 22 triệu tấn
vào năm 2020. Polysaccharide là các polymer sinh học được tìm thấy trong tự nhiên
trên cả thực vật và động vật, cả trên cạn và dưới nước, trong đó rong biển được xem
là một nguồn cung cấp polysaccharide rất phong phú và đa dạng. Trên thế giới, các
nhà khoa học đã xác định được khoảng 10 000 loài rong biển, chia làm 03 ngành
rong chính dựa trên sắc tố của chúng là rong lục (Chlorophyte), rong nâu
(Pheophyte) và rong đỏ (Rhodophyte).
Rong lục được biết đến như là nguồn nguyên liệu để tách chiết các chất có
hoạt tinh sinh học như lipid, protein, peptide, polysaccharide, carotenoid, hợp chất
phenolic, alkaloid,… trong đó polysaccharide được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất
do khả năng ứng dụng đa dạng của nó [1]. Việt Nam là đất nước có một vùng biển
nhiệt đới rộng với bờ biển dài hơn 3000 km, là nguồn cung cấp các loài rong biển
phong phú và đa dạng, rong lục với trữ lượng rất lớn lên tới 152 loài, chủ yếu thuộc
về các chi Ulva, Caulerpa, Chaetomorpha, Enteromorpha, trong đó chi Ulva gồm
69 loài với hai loài phổ biến nhất là Ulva reticulata và Ulva lactuca.
Rong lục chi Ulva phân bố rộng và mọc tự nhiên ven biển, được đánh giá
giàu ulvan là một loại sulfate polysaccharide có nhiều hoạt tính sinh học như chống
đông máu, chống oxy hóa, hạ mỡ máu, chống ung thư, kháng nấm… Do đó, việc
sản xuất và ứng dụng các sản phẩm từ ulvan phục vụ cho mục đích chữa bệnh đang
được chú ý.
Ulvan là sulfate polysaccharide có trong rong lục chi Ulva và Enteromorpha.
Cũng giống như các sulfate polysaccharide từ rong biển khác, ulvan có cấu trúc rất
phức tạp, nó được cấu tạo bởi các thành phần chủ yếu là các đường rhamnose,
xylose, các acid glucuronic, iduronic và nhóm sulfate. Thành phần hóa học và hoạt
tính sinh học của ulvan phụ thuộc rất lớn vào loài rong, thời điểm thu hái, vị trí địa
lý nơi rong sinh trưởng và điều kiện chiết tách. Do cấu trúc của ulvan từ rong lục rất
phức tạp làm cho việc nghiên cứu cấu trúc gặp nhiều khó khăn, do đó cản trở sự
phát triển của các sản phẩm thuốc chữa bệnh. Mặt khác, đã có nhiều nghiên cứu cho
2
thấy có mối liên hệ chặt chẽ giữa cấu trúc hóa học, cấu trúc không gian với hoạt
tính sinh học của polysaccharide, do vậy việc nghiên cứu một cách tổng thể cấu trúc
của ulvan là rất cần thiết và đòi hỏi phải có sự kết hợp một cách hợp lý của nhiều
phương pháp. Hiện nay, một hướng nghiên cứu đang được quan tâm là điều chế các
dẫn xuất của hợp chất thiên nhiên với mục đích nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu
tố cấu trúc đến hoạt tính sinh học, từ đó có thể tạo ra các chất có hoạt tính sinh học
cao hơn mẫu tự nhiên.
Ở nước ta, polysaccharide chiết tách từ rong đỏ và rong nâu như carrageenan,
alginate và fucoidan đã được nghiên cứu và thu được các kết quả tốt ứng dụng vào
cuộc sống thì cho đến nay chưa có công bố nào về polysaccharide từ các loài thuộc
ngành rong lục nói chung và ulvan từ chi Ulva nói riêng.
Với các lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài "Nghiên cứu cấu trúc của ulvan
có hoạt tính sinh học từ rong lục Ulva lactuca và Ulva reticulata”, để nghiên cứu
cấu trúc của ulvan-một polysaccharide có trong rong lục và tìm hiểu ảnh hưởng của
sự biến tính hóa học đến cấu trúc và hoạt tính sinh học của ulvan nhằm góp phần
hoàn thiện hướng nghiên cứu về polysaccharide từ rong biển và mở rộng khả năng
ứng dụng của nguồn rong biển Việt Nam.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án:
Xác định cấu trúc của các ulvan có hoạt tính sinh học chiết tách từ 2 loài
rong lục Ulva lactuca và Ulva reticulata.
Tìm hiểu ảnh hưởng của sự biến tính hóa học đến cấu trúc và hoạt tính
sinh học của ulvan.
Để đạt được mục tiêu đề ra, nội dung nghiên cứu của luận án gồm:
1. Thu thập 2 loài rong lục phổ biến nhất thuộc chi Ulva ở Việt Nam là Ulva
reticulata và Ulva lactuca
2. Nghiên cứu thành phần hóa học và khảo sát hoạt tính sinh học của ulvan
tách chiết từ 2 loài rong trên.
3. Nghiên cứu cấu trúc của các ulvan có hoạt tính tốt.
4. Nghiên cứu ảnh hưởng của sự biến tính hóa học (sulfate hóa và acetyl
hóa) đến cấu trúc và hoạt tính sinh học của ulvan.
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Rong biển và sulfate polysaccharide từ rong biển
trên các rạn san hô hoặc trên các vách đá, hoặc có thể mọc dưới tầng nước sâu với
điều kiện có ánh sáng mặt trời chiếu tới để quang hợp.
1.1.1. Phân loài rong biển
Trên thế giới, các nhà khoa học đã xác định được khoảng 10 000 loài rong
biển và chia thành 3 ngành có giá trị kinh tế cao dựa vào màu sắc của chúng, bao
gồm: rong đỏ có khoảng 6500 loài; rong nâu với khoảng 1800 loài và rong lục
khoảng 1500 loài [2, 3].
So với các nước vùng Đông Nam Á, nước ta thuộc vào nước có nguồn rong
biển đa dạng và phong phú [4, 5]. Các khảo sát điều tra cho thấy số lượng các loài
rong biển tại các vùng biển như sau: Phú Quốc có 108 loài; Trường Sa 66 loài; Vịnh
Hạ Long 99 loài; Cồn Cỏ 48 loài; Bạch Long Vĩ 46 loài. Riêng vùng Nha Trang có
210 loài. Năm 2003, tác giả Đàm Đức Tiến, Trần Đình Toại và CS cho biết riêng
vùng ven biển Bắc Bộ đã có 259 loài [6, 7].
Với tổng số gần 800 loài rong tìm thấy ở vùng biển Việt Nam, các nhà khoa
học Việt Nam cùng thống nhất xếp chúng vào 3 ngành trong hệ thống phân loại 10
ngành của Gollerbakh năm 1977 [8]:
+ Ngành rong đỏ (Rhodophyta)
+ Ngành rong nâu (Phaeophyta
)
+ Ngành rong lục (Chlorophyta)
Rong nâu: Là loài rong thường có kích thước lớn, loại lớn thường dài
khoảng 20 mét, loài trung bình dài từ 2-4 mét, các loài nhỏ hơn dài từ 30–60 cm [2,
3]. Chúng chứa sắc tố xanthophyll-fucoxanthin cùng với chlorophyll a và c nên cá
thể của rong nâu đều thể hiện màu nâu lục đặc trưng. Rong nâu là loài rong phổ
biến nhất với trữ lượng lớn, khoảng 1800 loài, thường sinh trưởng ở vùng biển đá,
nước biển lạnh thuộc bán cầu Bắc, chúng không chỉ mọc trên đá mà còn trên các
chân đập, cầu cảng, san hô, động vật thân mềm và ngay cả trên các loài rong khác.
4
Rong nâu phân bố nhiều nhất ở Nhật Bản, tiếp đến là Canada, Việt Nam,
Hàn Quốc, Alaska, Ireland, Mỹ, Pháp, Ấn Độ…. Trước đây, rong nâu được sử dụng
để tách iodine và kalium. Trong thời gian gần đây, rong nâu được khai thác rộng rãi
để chiết tách alginate và fucoidan. Hình 1.1 là ảnh của một số loài rong nâu.
Sargassum microcystum
Padina australis
Hình 1.1. Hình ảnh về một số loài rong nâu
Rong đỏ: Là loài rong có kích thước nhỏ hơn rong nâu, thường dài từ vài
centimet đến hàng mét; tuy nhiên rong đỏ không luôn luôn có màu đỏ: thỉnh thoảng
chúng có màu tím, thậm chí là nâu đỏ nhưng chúng vẫn được xếp vào ngành rong
đỏ do những đặc tính khác như màu sắc của chúng là do các hạt sắc tố
phycobilin tạo thành, phycobilin là sắc tố đặc trưng cho rong đỏ. Ngành rong
đỏ có khoảng 6500 loài, gồm 400 chi thuộc nhiều họ. Phần lớn các loài rong đỏ
sống ở biển, có cấu tạo từ nhiều tế bào, trừ một số ít thuộc dạng một tế bào hay
quần thể. Rong đỏ có dạng hình trụ dẹp dài, phiến chia hoặc không chia nhánh,
phần lớn chia nhánh kiểu một trục, một số ít theo kiểu hợp trục [2, 3, 9]. Hình 1.2 là
ảnh của một số loài rong đỏ.
Porphyra Vietnameusis
Acanthophora spicifera
Hình 1.2. Hình ảnh về một số loài rong đỏ
5
Rong đỏ phân bố nhiều ở Việt Nam, Nhật Bản, Hàn Quốc, Chile, Indonesia,
Philippine tiếp đến là Thailand, Brazil, Pháp, Trung Quốc, Hawaii, Ấn Độ, Anh,
Mỹ … Trên thế giới, rong đỏ được sử dụng với khối lượng lớn để phục vụ cuộc
sống con người, một số loài có hàm lượng cao về agar, carageenan, furcellaran được
sử dụng để chế biến keo rong biển và làm phụ gia thực phẩm.
Các loài rong đỏ được chia thành hai nhóm chính [8]:
- Nhóm rong cho agar (Agarophit): Bao gồm các loại như Gelidium,
Gracilaria và Acanthopeltis.
- Nhóm rong cho carrageenan (Carrageenophit): Bao gồm các loại như
Gigartina, Eucheuma, Chondrus, Iridaea và Furcellaria.
Rong lục: Là loài rong có kích thước nhỏ giống như rong đỏ, chúng bao gồm
cả những loài đơn bào và đa bào. Rong lục chứa chlorophylls cả hai dạng a và b.
reticulata, Ulva lactuca, Caulerpa racemosa, … Ngoài ra, rong lục còn phân bố rải
rác ở các nước: Canada, Chile, Pháp, Israel, Italy, Malaysia, Achentina,
Bangladesh… [2, 10]. Hình 1.3 là ảnh của một số loài rong lục.
Hình 1.3. Hình ảnh về một số loài rong lục
6
1.1.2. Thành phần dinh dưỡng và ứng dụng của rong biển
Từ lâu con người đã khai thác rong biển làm nguyên liệu cho rất nhiều ngành
công nghiệp như thực phẩm, dệt may, mỹ phẩm, dược phẩm. Rong còn được dùng
để làm phân bón, cung cấp nhiều K, Ca, P cho đất... [11]. Rong biển được coi là loại
thực phẩm có giá trị cao, cả góc độ ẩm thực và dinh dưỡng.
Tại các nước trong vùng châu Á - Thái Bình Dương, rong biển được tiêu thụ
nhiều nhất, chiếm 80% tổng sản lượng toàn cầu, châu Âu chỉ tiêu thụ 1%, rong biển
được dùng nhiều để nấu súp, làm sushi, trộn salad … [2, 3].
Thành phần hóa học của rong biển bao gồm lipid, protein, peptide,
polysaccharide, carotenoid, các hợp chất phenolic, alkaloid... Trong đó,
polysaccharide là thành phần chính của rong biển, được coi là nguồn đường vô tận
của rong biển, được cho là rất có giá trị về mặt kinh tế và được các nhà khoa học
quan tâm nghiên cứu nhiều nhất cho mục đích y học [3, 10]. Ngoài chức năng là
làm vật liệu tạo nên thành tế tào, các polysaccharide giữ nhiều chức năng quan
trọng khác đối với tế bào như trao đổi chất và bảo vệ tế bào do chúng có độ bền cơ
học cao [12, 13].
Từ rong biển, người ta đã sản xuất ra rất nhiều loại sản phẩm mà tổng giá trị
hàng năm được ước tính đạt cỡ 5,5-6,0 tỷ USD. Trong đó các polysaccharide đóng
góp phần lớn giá trị của rong. Các sản phẩm mỹ phẩm, như kem bôi da, nước hoa
(mỹ phẩm lỏng) mà trong nhãn của nó có chứa các cụm từ “marine extract”,
“extract of alga”, “seaweed extract” hoặc tương tự, thường có nghĩa là nó chứa một
trong số các hydrocolloid được chiết từ rong biển [14].
Các nghiên cứu về giá trị thành phần dinh dưỡng của rong biển [2, 11] cho
thấy rong biển rất giàu dưỡng chất, ngoài thành phần đạm rất cao, rong biển còn
chứa rất nhiều khoáng chất, các yếu tố vi lượng trong đó nổi bật là iodine (yếu tố vi
lượng tối cần thiết cho tuyến giáp), các vitamin (A, E, C, B12 và B1) và chất xơ [1,
11]. Hàm lượng sinh tố A trong rong biển cao gấp 2 - 3 lần so với cà rốt, gấp 10 lần
trong bơ, hàm lượng calcium cao gấp 3 lần so với sữa bò, vitamin B2 cao gấp 4 lần
trong trứng, vitamin C, E cao gấp nhiều lần trong rau quả.
Thực tiễn cho thấy rong biển còn có tiềm năng sử dụng trong xử lý nước
thải. Một số loài rong biển có khả năng hấp thụ các ion kim loại nặng như: Zn và
Cd từ nước bị ô nhiễm [3, 10]. Cũng do khả năng hấp thụ cao mà một số vi lượng
7
có trong rong khá cao nên rong còn được dùng làm thức ăn bổ sung để phòng bệnh
thiếu một số chất như sắt, iodine….[3].
Polysaccharide từ rong biển có tính chất đặc biệt là dễ tạo gel, có độ nhớt cao
rất dễ tạo màng nên chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế như:
công nghệ thực phẩm (chế biến thịt, sữa, làm bánh kẹo), làm thuốc đánh răng, dùng
trong mỹ phẩm…ngoài ra chúng còn là nguồn nguyên liệu để làm dược phẩm [2,
10]. Do tính chất dễ tạo màng, có thể dùng polysaccharide tự nhiên để tạo màng
polymer sinh học, khi sử dụng polysaccharide để làm vật liệu chế tạo màng sinh
học, màng này giữ lại nhiều tính chất tốt của polysaccharide tự nhiên. …Một điều
quan trọng là các phế thải của chúng (màng sau khi sử dụng) không gây ô nhiễm
môi trường, vì các vật liệu này sau khi thải ra môi trường sẽ dần phân hủy bởi các
hệ vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên [1].
Tại Hội nghị Bali về khí hậu trái đất, một nhóm nhà khoa học cho biết rong
và rêu biển có thể là một vũ khí hữu hiệu chống lại sự ấm dần của trái đất do chúng
có khả năng hút khí carbon dioxide trong khí quyển với một tốc độ tương đương với
những cánh rừng nhiệt đới rộng lớn.
Polysaccharide từ rong biển còn có tác dụng hấp thụ cholesterol thải ra ngoài
cơ thể, khiến hàm lượng cholesterol trong máu duy trì ở mức cân bằng. Nhiều
nghiên cứu khoa học trong thời gian gần đây cũng đã xác nhận, rong biển có tác
dụng phòng chống virus và phòng chống ung thư [16, 17].
1.1.3. Sulfate polysaccharide từ rong biển
1.1.3.1. Sulfate polysaccharide từ rong nâu
Fucoidan là sulfate polysaccharide có trong rong nâu, fucoidan chiếm hàm
lượng khoảng 0,6 - 4% trọng lượng rong khô và cấu trúc của nó thay đổi theo loài
nhưng thành phần chính vẫn là đường fucose và nhóm sulfate [18]. Cấu trúc của
fucoidan trong rong biển là vô cùng phức tạp và không giống nhau với những thay
đổi trong liên kết, sự phân nhánh, vị trí nhóm sulfate và các loại đường đơn khác
nhau [19, 20]. Cấu trúc của fucoidan còn phụ thuộc vào nguồn gốc của chúng.
Việc phân tích cấu trúc của các polysaccharide nói chung và fucoidan nói
riêng là một trong những thách thức lớn trong hóa học các chất hữu cơ có gốc
đường. Các fucoidan có cấu trúc phức tạp bao gồm nhiều vấn đề cần làm sáng tỏ
8
như thành phần các đường đơn, các dạng đồng phân của đường, mức độ phân nhánh
và polymer hóa của chúng. Vì vậy, cho tới nay, việc làm sáng tỏ cấu trúc của chúng
vẫn còn là vấn đề khó khăn, ngay cả khi sử dụng các kỹ thuật NMR phân giải cao
mới nhất [21, 22]. Hiện nay phương pháp sử dụng phổ khối ion hóa phun mù điện
(ESI-MS) đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm, ứng dụng trong
nghiên cứu cấu trúc fucoidan [23, 24, 25].
Bằng phương pháp sắc ký, phổ IR và NMR đã cho các thông tin về thành
phần đường, kiểu liên kết của các đường trong phân tử fucoidan, nhưng các thông
tin về trật từ sắp xếp của các đường cũng như vị trí của nhóm sulfate trong phân tử
vẫn chưa được xác định, do đó chưa giải thích được các đặc tính sinh học khác nhau
của các phân đoạn fucoidan một cách rõ ràng và thuyết phục [18, 19].
Fucoidan có hoạt tính sinh học rất phong phú, nhiều hoạt tính sinh học quí
báu như hoạt tính chống khối u, hoạt tính chống oxy hóa, hoạt tính kháng khuẩn,
kháng nấm, chống đông tụ máu và hoạt tính chống lại các virus như HIV [26, 27,
28]. Ngoài ra, fucoidan còn được mô tả có nhiều tác dụng sinh học lý thú khác như
tác dụng hạ cholesterol, giảm mỡ máu, giảm LDL-cholesterol, triglyceride máu,
tăng HDL-cholesterol, ức chế miễn dịch nên có thể sử dụng fucoidan trong các
trường hợp ghép phủ tạng … [29, 30].
1.1.3.2. Sulfate polysaccharide từ rong đỏ
Carrageenan là sulfate polysaccharide mạch thẳng, có khả năng tạo gel và
làm đặc dung dịch. Carrageenan tồn tại trong một số rong đỏ thuộc họ
Rhodophyceae. Hiện nay, carrageenan thường được chiết từ một số loài rong như
Gigartina, Chondrus, Iridaea, Eucheuma [31].
Carrageenan được tạo thành từ các đường galactose mạch thẳng với hàm
lượng sulfate khác nhau (trong khoảng 15%-40%). Các loại carrageenan khác nhau
thì khác nhau về thành phần và cấu dạng, vì thế chúng tạo nên một khoảng biến đổi
rộng các tính chất lưu biến cũng như các tính chất đặc biệt khác [32].
Cũng như các polysaccharide tự nhiên khác, carrageenan cũng không có khối
lượng phân tử xác định. Carrageenan thương mại loại dùng trong ngành chế biến thực
phẩm có khối lượng trung bình nằm trong khoảng 200 000 g/mol. Các tính chất của
Tải về để xem bản đầy đủ
143 trang
20520
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận án Nghiên cứu cấu trúc của ulvan có hoạt tính sinh học từ rong lục Ulva Lactuca và Ulva Reticulata", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- luan_an_nghien_cuu_cau_truc_cua_ulvan_co_hoat_tinh_sinh_hoc.pdf
