595-595-1-PB

Số 12(90) năm 2016 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM CHIẾT XUẤT ALGINATE TỪ RONG NÂU (SARGASSUM POLICYSTUM) BẰNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU LÊ ĐỨC GIANG* , LÊ THỊ THỦY** TÓM TẮT Sodium alginate chiết xuất tinh chế từ rong nâu (Sargassum policystum) thu hái vùng biển Thanh Hóa theo phương pháp khác Kết so sánh cho thấy hiệu suất chiết xuất tốt với phương pháp sử dụng CaCl2/EDTA Cấu trúc hóa học sodium alginate xác định phổ hồng ngoại (FTIR) phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H- 13C-NMR) Độ bền nhiệt sodium alginate khảo sát phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) Kết cho thấy phân hủy sodium alginate xảy khoảng nhiệt độ từ 200 550 ºC Từ khóa: sodium alginate, rong nâu, Sargassum policystum, chiết xuất alginate ABSTRACT Extraction of alginate from brown seaweeds (Sargassum polycystum) by different methods Sodium alginate was extracted by six different methods from brown seaweeds (Sargassum polycystum) that were collected from Thanh Hoa seacoast The comparison of the yield of extraction obtained from the six processes showed that the extraction using CaCl2/EDTA was the best result The chemical structure of sodium alginate was determined by FTIR and 1H- and 13C-NMR spectroscopic analysis The thermal stability was investigated by thermal gravimetric analysis (TGA) The results showed that the decomposition of the sample took place in the temperature range of 200550 ºC Keywords: sodium alginate, brown seaweeds, Sargassum polycystum, extraction of alginate Mở đầu Alginate copolimer khối cấu tạo từ gốc β-D-mannuronate α-Lguluronate liên kết 1,4 glucoside Alginate có khả phân hủy sinh học hoàn toàn an toàn thử nghiệm người động vật Mặt khác, sodium alginate polimer tan nước tạo dung dịch có độ nhớt cao có khả tạo gel với cation kim loại hóa trị Ca2+, đó, alginate ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác công nghiệp dệt nhuộm, thực phẩm, dược * ** PGS TS, Trường Đại học Vinh; Email: leducgiang@gmail.com ThS, Trường Cao đẳng Y tế Thanh Hóa 52 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Lê Đức Giang tgk _ phẩm [3,4] Sodium alginate sử dụng làm hợp chất chữa trị cho người bị nhiễm phóng xạ, làm tăng hiệu kháng sinh penicillin sodium alginate giúp cho penicillin tồn lâu máu Trong công nghệ bào chế thuốc, alginate sử dụng làm chất ổn định, nhũ tương hóa hay chất tạo đặc cho dung dịch, làm vỏ bọc thuốc [6,7] Rong nâu loại rong biển (rong lục, rong nâu rong đỏ) phân bố nhiều Việt Nam có giá trị kinh tế cao Rong nâu chứa thành phần có giá trị cao mặt dinh dưỡng dược liệu bao gồm amino acid, acid béo nhiều nối đơi, vitamin khống chất, poliphenol, hợp chất chứa iodine, laminarane, fucoidane, alginate [5] Có nhiều phương pháp chiết xuất tinh chế alginate từ nhiều lồi rong nâu cơng bố [1,2,4]; nhiên, chưa có cơng trình nghiên cứu chiết xuất alginate từ lồi Sargassum policystum Việt Nam Thơng thường việc chiết xuất tinh chế alginate dựa sở chuyển hóa từ dạng tan thành tế bào thành muối sodium tan nước; đó, phổ biến phương pháp sử dụng dung dịch HCl, ethanol H2SO4 [1,2] Trong cơng trình chúng tơi chiết xuất tinh chế alginate từ rong nâu (Sargassum policystum) theo phương pháp: sử dụng CaCl2, CaCl2/EDTA, dung dịch HCl, dung dịch HCl/EDTA, dung dịch H2SO4 dung dịch H2SO4/EDTA Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 2.1 Nguyên liệu hóa chất Rong nâu (Sargassum policystum) thu hái vùng biển Sầm Sơn, Thanh Hóa Dung dịch CaCl2 2%, dung dịch HCHO 40%, dung dịch Na2CO3 M, dung dịch HCl 0,1 N, dung dịch H2SO4 1%, tinh thể EDTA, dung dịch NaOH, ethanol, acetone 2.2 Chiết xuất tinh chế alginate từ rong nâu Mẫu tươi sau lấy rửa sạch, phơi khơ nghiền nhỏ cho vào bao poliethylene (PE), gói kín bảo quản tủ lạnh Mỗi loại thí nghiệm thực hành 2,0 g rong nâu (Mẫu kí hiệu M0) Mẫu ngâm dung dịch HCHO 40% rửa nước cất Sau đó, mẫu xử lí theo phương pháp sau: + Phương pháp sử dụng CaCl2 Thêm dung dịch CaCl2 2% vào mẫu M0, ngâm tiếp 24 Mẫu rửa lần nước cất Sau ngâm mẫu 48 dung dịch Na2CO3 M Lọc lấy dịch lọc, cho kết tủa ethanol Kết tủa tách cách li tâm, rửa nhiều lần nước cất sấy khô 60 oC tủ sấy chân không đến khối lượng không đổi + Phương pháp sử dụng CaCl2/EDTA Thêm dung dịch CaCl2 2% vào mẫu M0, ngâm tiếp 24 Mẫu rửa 53 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 12(90) năm 2016 lần nước cất Sau ngâm dung dịch Na2CO3 M, thêm tiếp 0,5 gam EDTA (điều chỉnh pH = 11) 48 Lọc lấy dịch lọc, cho kết tủa ethanol Kết tủa tách cách li tâm, rửa nhiều lần nước cất sấy khô 60 oC tủ sấy chân không đến khối lượng không đổi + Phương pháp sử dụng HCl Thêm dung dịch HCl 0,1 N vào mẫu M0, ngâm tiếp 24 Rửa nước cất Sau ngâm mẫu 48 dung dịch Na2CO3 M Lọc lấy dịch lọc, cho kết tủa ethanol Kết tủa tách cách li tâm, rửa nhiều lần nước cất sấy khô 60 oC tủ sấy chân không đến khối lượng không đổi + Phương pháp sử dụng HCl/EDTA Thêm dung dịch HCl 0,1 N vào mẫu M0, ngâm tiếp 24 Rửa nước cất Sau ngâm mẫu dung dịch Na2CO3 M, thêm tiếp 0,5 gam EDTA (điều chỉnh pH = 11) 48 Lọc lấy dịch lọc, cho kết tủa ethanol Kết tủa tách cách li tâm, rửa nhiều lần nước cất sấy khô 60 oC tủ sấy chân không đến khối lượng không đổi + Phương pháp sử dụng H2SO4 Thêm dung dịch H2SO4 1% vào mẫu M0, ngâm tiếp 24 Rửa nước cất Sau ngâm mẫu dung dịch Na2CO3 M 48 Lọc lấy dịch lọc, cho kết tủa ethanol Kết tủa tách cách li tâm, rửa nhiều lần nước cất sấy khô 60 oC tủ sấy chân không đến khối lượng không đổi + Phương pháp sử dụng H2SO4/EDTA Thêm dung dịch H2SO4 1% vào mẫu M0, ngâm tiếp 24 Rửa nước cất Sau ngâm mẫu dung dịch Na2CO3 M, thêm tiếp 0,5 gam EDTA (điều chỉnh pH = 11) 48 Lọc lấy dịch lọc, cho kết tủa ethanol Kết tủa tách cách li tâm, rửa nhiều lần nước cất sấy khô 60 oC tủ sấy chân không đến khối lượng không đổi Tinh chế sodium alginate: Thêm ethanol vào dung dịch sodium alginate vừa thu với tỉ lệ 1:1 (v:v), khuấy Tách phần không tan chiết kĩ thuật Soxhlet với acetone 48 Sản phẩm sấy khô tủ sấy chân không đến khối lượng không đổi Hiệu suất chiết xuất alginate xác định theo công thức sau: H= m x100 % m0 Trong đó: m khối lượng sodium alginate thu được; m0 khối lượng rong khô ban đầu ( m0 = 2,0 g) 54 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Lê Đức Giang tgk _ 2.3 Phương pháp khảo sát cấu trúc hóa học độ bền nhiệt Phổ hồng ngoại đo máy Shimadzu Irprestige-21 (Nhật Bản) phương pháp ép viên KBr Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H- 13C-NMR đo dung môi D2O máy ADVANCE 125 MHz ADVANCE 500 MHz (Bruker, Đức) Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam Độ bền nhiệt sodium alginate khảo sát phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) máy Shimazdu DTG 60H (Nhật Bản) Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Kết nghiên cứu thảo luận 3.1 So sánh hiệu suất phương pháp chiết xuất Hiệu suất chiết xuất alginate từ rong nâu thu hái vùng biển Thanh Hóa theo phương pháp khác thể Hình Kết cho hiệu suất đạt giá trị cao phương pháp pháp sử dụng CaCl2 đạt giá trị thấp phương pháp sử dụng acid Hiệu suất chiết xuất dao động từ khoảng 1219% phương pháp acid khoảng 3036% phương pháp CaCl2 Kết cao 5,8% so với kết nghiên cứu chiết xuất alginate từ loài Sargassum sp Ali Mohammad Latifi cộng [1] Hình Hiệu suất chiết suất alginate theo phương pháp khác Các phương pháp sử dụng acid có hiệu suất thấp sử dụng acid trình khử khoáng Ca2+, Mg2+ nhanh hiệu Tuy nhiên, q trình khử khống dễ làm vỡ thành tế bào rong nâu, hệ lượng alginic acid bị chuyển ngồi hao hụt q trình rửa Mặt khác, sử dụng CaCl2 khả khử khoáng nhẹ nhàng bảo vệ keo rong tốt 55 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 12(90) năm 2016 Ngoài ra, phương pháp sử dụng thêm EDTA, hiệu suất tăng khoảng từ 45% Trong phương pháp, EDTA cho hiệu suất chiết xuất cao so với phương pháp không sử dụng EDTA (phương pháp CaCl2 cao 5,46%, phương pháp HCl cao 4,19% phương pháp H2SO4 cao 4,91%) Sự tăng hiệu suất sử dụng thêm EDTA EDTA có khả tạo phức với ion Ca2+, Mg2+, làm giảm lượng muối Ca2+ Mg2+ tạo thành trình tách chiết, tăng khả khử khống, từ tăng khả tạo muối sodium alginate 3.2 Khảo sát cấu trúc hóa học alginate Phổ FTIR sodium alginate (Hình 2) cho thấy, đỉnh đặc trưng alginate xuất 3475 cm-1; 1612 cm-1 1423 cm-1, tương ứng với dao động nối hóa trị (OH), carbonyl (C=O) carboxylate (COO) Một đỉnh đặc trưng xuất vùng 1029–1091cm-1 nhóm chức ether COC liên kết glucoside Hình Phổ FTIR sodium alginate chiết xuất từ rong nâu Phổ 1H-NMR sodium alginate (Hình 3) cho thấy tín hiệu cộng hưởng H 5,52 5,14 proron C-1 đơn vị guluronate (H-1-G) mannuronate (H-1-M); tín hiệu cộng hưởng H 4,93 4,20 tương ứng với proton C-5 đơn vị guluronate (H-5-G) mannuronate (H5-M) Trong H-5 đơn vị guluronate khối GG (H-5-GG) cho tín hiệu cộng hưởng H 4,37 tín hiệu cộng hưởng H 4,45 4,68 H-1 đơn vị mannuronate H5 đơn vị guluronate đơn vị thuộc khối GM (H-1-M+ H-5-GM) Kết hoàn toàn phù hợp với cơng trình cơng bố [1,2] 56 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Lê Đức Giang tgk _ Hình Phổ 1H- 13C-NMR sodium alginate chiết xuất từ rong nâu Phổ 13C-NMR sodiumi alginate (Hình 3) cho tín hiệu cộng hưởng C 175,7 khoảng 100–102 C6 (nhóm carboxylate) C1 Cịn tín hiệu cộng hưởng C 76–81 C4 C5, C 65–73 C2 C3 3.3 Khảo sát độ bền nhiệt Giản đồ TGA sodium alginate (Hình 4) cho thấy vùng nhiệt độ khảo sát có xảy q trình giảm khối lượng liên tiếp khoảng 100200 oC, 200550 oC 550650 oC tương ứng với độ giảm khối lượng 12,35%; 49,25% 16,84% 57 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 12(90) năm 2016 Hình Giản đồ TGA sodiumi alginate Trong khoảng từ 100200 oC xảy trình giảm nhẹ khối lượng kèm theo trình thu nhiệt 115 oC q trình nước có mẫu với tốc độ 0,00258 mg/giây Trong khoảng từ 200550 oC xảy trình giảm mạnh khối lượng kèm theo trình tỏa nhiệt nhiệt độ 261,7 oC với tốc độ 0,018710 mg/giây, giai đoạn phân hủy sodium alginate Khoảng từ 550650 oC trình giảm khối lượng với tỉ lệ hụt khối lượng khoảng 16,84% Giai đoạn giai đoạn alginate bị phân hủy nhanh nhất, với tốc độ phân hủy 0,006701 mg/giây 599,8 oC Kết luận Đã tiến hành thử nghiệm quy trình chiết xuất tinh chế sodium alginate từ rong nâu (Sargassum policystum) thu hái vùng biển Thanh Hóa theo phương pháp khác Kết cho thấy phương pháp sử dụng CaCl2/EDTA phương pháp có hiệu suất chiết xuất cao (35,87%) cao khoảng 5,8% so với kết nghiên cứu chiết xuất alginate từ loài Sargassum sp Ali Mohammad Latifi cộng [1] Cấu trúc hóa học sodium alginate xác định phổ hồng ngoại (FTIR) phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H- 13C-NMR) Độ bền nhiệt sodium alginate khảo sát phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) Kết cho thấy phân hủy sodium alginate xảy khoảng nhiệt độ 200550 oC 58 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Lê Đức Giang tgk _ TÀI LIỆU THAM KHẢO Ali, M L., Ehsan, S N., Hamid, B (2015), “Comparison of extraction different methods of sodium alginate from brown alga Sargassum sp localized in the Southern of Iran”, Journal of Applied Biotechnology Reports, 2(2), 251255 Cesar, G G., Maria, V., Perez, L., Jorge, E L., Marguerite, R., Marcelo, A V (2009), “Influence of the extraction–purification conditions on final properties of alginates obtained from brown algae (Macrocystis pyrifera)”, International Journal of Biological Macromolecules, 44(4), 365–371 Dawczynski, C., Schubert, R., Jahreis, G (2007), “Amino acids, fatty acids, a dietary fibre in edible seaweed products”, Food Chemistry, 103(3), 891–899 Gustavo, H C., Dennis, J M., Dora, L A., Elizabeth, R M (1998), “Pilot plant scale extraction of alginate from Macrocystis pyrifera Effect of pre-extraction treatments on yield and quality of alginate”, Journal of Applied Phycology, 10(6), 507–513 Brownlee, I A., Allen A., Pearson, J P., Dettmar, P W., Havler, M E., Atherton, M R., Onsoyen, E (2005), “Alginate as a source of dietary fiber”, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 45(6), 497510 Shyamala, V and Thangaraju, N (2014), “Extraction of sodium alginate from selected seaweeds and their physiochemical and biochemical properties”, International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 3(2), 1099811003 Sirlei, J K., Frederico, G., Caroline, B., Meuris, G C S (2013), “Extraction of alginate biopolimer present in marine alga Sargassum filipendula and bioadsorption of metallic ions”, Materials Research, 16(2), 481488 (Ngày Tòa soạn nhận bài: 01-10-2016; ngày phản biện đánh giá: 14-10-2016; ngày chấp nhận đăng: 16-12-2016) 59