Chính điều đó tạo nên tính chất đặc thù của alginate và làm cho nó được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau từ thực phẩm, mỹ phẩm, in vải, giấy.... ngành nghề và lĩnh vực khác nh
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
= = = Sq C 3g3 = = =
LÊ KIỀU TRANG
PHÁT TRIỂN QUY TRÌNH
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ALGINATE
TỪ RONG NÂU YIÊT NAM
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: H óa H ọc H ữu Cơ
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
===£Q ¡03 oa===
LÊ KIỀU TRANG
PHÁT TRIỂN QUY TRÌNH
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ALGINATE
TỪ RONG NÂU VIỆT NAM
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: H óa H ữu Cơ
Người hướng dẫn khoa học
ThS TRẦN QUỐC TOÀN
HÀ NỘI - 2016
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thành tại Trung tâm Nghiên cứu và phát triển các sản phẩm thiên nhiên, Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn ThS Trần Quốc Toàn và các
anh chị hướng dẫn trong Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nhiệt tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô ttong khoa Hóa Học-Trường ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo điều kiện và giúp đỡ, dạy dỗ em trong quá trình học tập tại trường Xin cảm ơn tất cả các bạn bè đã động viên giúp đỡ em trong quá trình học tập và làm khóa luận
Trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp dù cố gắng nhưng em không tránh khỏi những sai sót Vì vậy, em kính mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô và ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên quan tâm
Trang 4MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3
1.1 Giới thiệu chung về rong biển 3
1.2 Tổng quan về rong nâu 4
1.2.1 Tình hình phân bố rong Nâu tại Việt Nam [1] 4
1.2.2 Thành phần hóa học của rong nâu [1] 4
1.3 Tổng quan về Alginate 6
1.3.1 Cấu trúc 7
1.3.2 Phân loại 8
1.3.3 Tính chất 10
1.3.5 ứng dụng 11
1.3.6 Công nghệ sản xuất Alginate từ rong nâu 15
CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20
2.1 Đối tượng 20
2.2 Phương pháp nghiên cứu 20
2.2.1 Xử lý nguyên liệu 20
2.2.2 Nghiên cứu hoàn thiện qui trình công nghệ chiết tách hoạt chất alginate 21
2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HC1 đến quá trình thuỷ phân axit alginic 21
2.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thể tích dung dịch Na2SƠ3 đến quá trình hoà tan axit alginic 21
2.2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thể tích dung dịch CaƠ 2 đến quá trình kết tinh canxi anginate 22
2.2.6 Xác định độ ẩm của chế phẩm (TCVN 4295: 1986) 22
Trang 52.2.7 Xác định hàm lượng tro toàn phàn (QCVN 4-21:2011/BYT) 23
2.2.8 Phương pháp xác định khối lượng hoạt chất chính Axit alginic 24
CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM 26
3.1 Dụng cụ, hóa chất 26
3.1.1 Dụng c ụ 26
3.1.2 Hóa ch ất 26
3.2 Tiến hành thí nghiệm 26
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ 29
4.1 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HC1 đến quá trình thuỷ phân axit alginic 29
4.2 Anh hưởng của nồng độ và thể tích Na2SƠ3 đến quá trình hoà tan axit alginic 30
4.3 Anh hưởng của nồng độ và thể tích dung dịch CaCỈ2 đến quá trình kết tinh canxi anginate 31
4.4 Xác định một số chỉ tiêu chất lượng sản phẩm 35
4.4.1 Độ ẩm 35
4.4.2 Độ tro 35
4.4.3 Hàm lượng axit alginic ừong canxi alginate thu được 36
4.4.4 Chỉ tiêu phân tích canxi và natri trong sản phẩm 37
KẾT LUẬN 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO 39
Trang 6DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Biến động theo tháng của hàm lượng axit alginic (%) trong một số
loài rong Mơ 6
Bảng 4.1: Anh hưởng nồng độ dung dịch HC1 đến quá trình thuỷ phân axit alginic 29
Bảng 4.2: Ảnh hưởng nồng độ và thể tích dung dịch Na2SƠ3 đến quá trình chiết axit alginic 30
Bảng 4.3: Anh hưởng nồng độ và thể tích dung dịch CaCỈ2 đến quá trình kết tinh alginate 31
Bảng 4.4: Độ ẩm của canxi alginate thu được 35
Bảng 4.5: Độ tro của canxi alginate thu được 36
Bảng 4.6: Hàm lượng canxi và natri trong alginate 37
Trang 7DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Công thức cấu tạo của 2 axit cấu tạo nên axit Alginic 7
Hình 1.2: Công thức cấu tạo của axit alginic 8
Hình 1.3: Công thức cấu tạo của alginate natri 8
Hình 1.4: Công thức cấu tạo của alginate canxi 9
Hình 1.5: Công thức cấu tạo của alginate amoni 9
Hình 1.6: Công thức cấu tạo của alginate propylen glycon 10
Hình 1.7: Sơ đồ tổng quát các giai đoạn sản xuất alginate 18
Hình 2.1: Rong nâu Sargasum mcclurei 20
Hình 4.1: Anh hưởng của nồng độ dung dịch HC1 đến quá trình thuỷ phân axit alginic 29
Hình 4.2: Anh hưởng nồng độ dd Na2SƠ3 đến quá trình chiết alginate 31
Hình 4.3: Anh hưởng thể tích dung dịch Na2SƠ3 đến quá trình chiết alginate 31
Hình 4.4: Anh hưởng nồng độ dd CaCỈ2 đến quá trình kết tinh alginate 32
Hình 4.5: Anh hưởng thể tích dd CaCỈ2 đến quá trình kết tinh alginate 32
Hình 4.6: Quy trình nguyên lý sản xuất alginate phòng thí nghiệm 33
Hình 4.7: Canxi alginate thu được 37
Trang 8MỞ ĐẦU
Alginate là một copolyme loại block có cấu tạo từ các gốc p - D - manuronat và a - L - guluronat bằng liên kết 1,4 - glucozit Phân tử alginate được tạo thành bỏi liên kết của 3 loại khác nhau là polyguluronat, polymanuronat và xen kẽ có độ dài ngắn, trình tự sắp xếp khác nhau Chính điều đó tạo nên tính chất đặc thù của alginate và làm cho nó được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau từ thực phẩm, mỹ phẩm, in vải, giấy cho đến dược phẩm và các nghiên cứu nuôi cấy mô động vật có vú Ngày càng có nhiều phát hiện mới về khả năng ứng dụng của alginate và khó mà hình dung được hết các ứng dụng của nó
Alginate chủ yếu được tách từ rong nâu (Phaeophyta) một ngành có phân
bố rộng trên thế giới và cũng là ngành rong được tiêu thụ nhiều nhất vói 2,5 triệu tấn trong năm 1988, chiếm 66,5% tổng sản lượng rong biển các loại Sản lượng alginate trên toàn thế giới khoảng 29000 tấn/năm, tương ứng với khoảng
170000 tấn rong khô Các loài rong được sử dụng phổ biến để sản xuất alginate thuộc các chi: Laminaria, Ascophylum, Macrocystis riêng chi rong nâu Sargassum thuộc họ Sargassacede, bộ Fucales được phân bố dọc bờ biển nước
ta Từ rất lâu, người ta đã biết sử dụng loại rong này làm phân bón, thuốc ngâm
để uống hay thức ăn cho gia súc Từ thập niên 60, các nhà khoa học Việt Nam
đã cố gắng tách chiết alginate và nghiên cứu một số ứng dụng của nó như hồ vải, in hoa, dùng trong y học Các công trình này dựng nên nền tảng ban đàu quan trọng cho việc nghiên cứu alginate từ rong nâu Việt Nam
Hiện nay ở nước ta chưa có những quy trình sản xuất alginate thực sự hiệu quả và chất lượng sản phẩm cao, trong khi tiềm năng về rong nâu ở nước
ta dồi dào Mà nhiều nước trên thế giới đã chế tạo thành công nhiều loại sản phẩm từ alginate tách chiết từ rong nâu để ứng dụng rộng rãi trong nhiều
Trang 9ngành nghề và lĩnh vực khác nhau, trong đó có nhiều ứng dụng trong y học như dùng làm chất điều trị phóng xạ, làm tăng hiệu quả chữa bệnh của penicillin vì khi có mặt alginate natri sẽ làm cho penicillin tồn tại lâu hơn trong máu hay trong công nghệ bào chế thuốc alginte natri được sử dụng làm chất ổn định, nhũ tương hóa hay chất tạo đặc cho dung dịch, làm vỏ bọc thuốc, làm chất thụ gia để chế biến các loại thức ăn kiêng Trong đó các nước đứng đầu về các lĩnh vực này là Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản đã sử dụng làm thực phẩm chức năng hỗ trợ trong việc điều trị bệnh rất hiệu quả.
Với những ý nghĩa nêu trên, chúng tôi tiến hành đề tài “Phát triển quy trình công nghệ sản xuất Alginate từ rong Nâu Việt Nam”
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là:
Cải tiến phương pháp - tạo quy trình tách alginate từ rong nâu Việt Nam
ít sử dụng hóa chất độc hại, thân thiện với môi trường.
Trang 10CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về rong biển
Rong biển hay tảo biển có tên khoa học là marine-algae, marine plant hay seaweed Rong biển là thực vật thuỷ sinh có đời sống gắn liền với nước.Chúng có thể là đơn bào hay đa bào sống thảnh quần thể.Chúng có kích thước hiển vi hoặc có khi dài hàng chục mét.Hình dạng của chứng có thể là hình cầu, hình sợi,hình phiến lá hay hình thù rất đặc biệt Sản lượng hàng năm các đại dương cung cấp cho trái đất hàng 200 tỷ tấn rong.Nhiều nhà khoa học cho rằng ừên 90% carbon tổng họp hàng năm nhờ quang họp ừong môi
trường lỏng, trong đó có 20% do rong biển tổng hợp lên [1].
Theo phân loại của Gollerbakh có 10 ngành rong là:
1 Ngành rong Lục (Chlorophyta)
2 Ngành rong Trần (Englenophyta)
3 Ngành rong Giáp (Pyrophyta)
4 Ngành rong Khuê (Bacillareonphyta)
Trang 111.2 Tổng quan về rong nâu
1.2.1 Tình hình phân bố rong Nâu tại Việt Nam [1]
Theo số liệu nghiên cứu nguồn lợi rong Nâu có giá trị ở vùng biển Quảng Nam, Đà Nang, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Định cho thấy khu vực miền Trung và Nam Trung Bộ trữ lượng rong lớn nhất và cho chất lượng cao Rong Nâu phân bố ở vùng biển Quảng Nam - Đà Nang không nhiều so với vùng biển Khánh Hòa và Ninh Thuận Quảng Nam - Đà Nằng tuy có nhiều triền đá dốc, bãi đá cội, bãi san hô chết nhưng có chiều ngang rất hẹp (1-rlOm) nên diện tích phân bố rất nhỏ, trữ lượng không cao Diện tích rong
Mơ tại chỗ vùng biển Quảng Nam- Đà Nằng khoảng 190000m2 Trữ lượng rong mọc tại chỗ có thể thu được vào tháng 4 khoảng hơn 800 tấn rong tươi Vùng biển Khánh Hòa là vùng có diện tích rong Mơ mọc cao nhất trong các
tỉnh điều tra, tổng diện tích rong lên tới 2.000.000 m2, trữ lượng khai thác
được hàng năm có thể ước tính hơn 11.000 tấn rong tươi Khánh Hòa có nhiều vùng rong như Hòn Chồng, Bãi Tiên, bán đảo Cam Ranh, Hòn Tre và một số đảo khác Trong đó hai vùng Hòn Chồng và Bãi Tiên là tiếp giáp nhau có các điều kiện thuận lọi cho rong mọc vói mật độ khá dày đặc, sinh lượng trung bình khá cao lên tới hơn 5,5 kg/m2
1.2.2 Thành phần hóa học của rong nâu [1]
- Sắc tố : Các sắc tố có trong rong Nâu chủ yếu là chlorophyl, xantophyl,
íucoxanthin và carotene Tùy theo tỷ lệ loại sắc tố mà rong Nâu có màu nâu - vàng nâu - nâu đậm - vàng lục Nhìn chung sắc tố của rong Nâu khá bền
- Carbohydrat
+ Monosacarỉde: Monosacaride quan trọng trong rong Nâu là đường
mannitol được Stenhuods phát hiện vào năm 1884 và được Kylin (1993)
chứng minh thêm Mannitol có công thức tổng quát: HOCH2 - (CHOH)4 - CH2OH mannitol tan được trong alcol, dễ tan trong nước có vị ngọt Hàm
Trang 12lượng từ 14425 % trọng lượng rong khô tùy thuộc vào hoàn cảnh địa lý nơi
sinh sống
+ Polysacarỉde
Alginic: Alginic là một polysacaride tập trung ở giữa vách tế bào, là
thành phần chủ yếu tạo thành tầng bên ngoài tế bào của rong Nâu Hàm lượng alginic trong rong Nâu khoảng 2 4- 4 % so với rong tươi và 13 ^ 15 % so với rong khô Hàm lượng này thụ thuộc vào loài rong và vị trí địa lý môi trường
mà rong sinh sống Hàm lượng alginic trong rong Nâu ở các tỉnh miền Tmng Việt Nam thường cao nhất vào tháng 4 ừong năm
ĩucoidan: là loại muối giữa axit íucoidinic với các kim loại hóa trị khác
nhau như: Ca, Cu, Zn Fucoidin có tính chất gần giống alginic nhưng hàm lượng thấp hơn alginic
Laminarin: laminarin là tinh bột của rong Nâu Laminarin có hàm lượng
từ 10 4- 15 % trọng lượng rong khô tùy thuộc vào loại rong, vị trí địa lý và
môi trường sinh sống của từng loại rong Nâu Thường thì mùa hè hàm lượng laminarin giảm vì phải tiêu hao cho quá trình sinh trưởng và phải tiêu hao cho quá trình sinh trưởng và phát triển của cây rong
Cellulose: là thành phần tạo nên vỏ cây rong Hàm lượng cellulose trong
rong Nâu nhiều hơn rong Đỏ
- Protein
Protein trong rong Nâu không cao lắm nhưng khá hoàn hảo Do vậy rong Nâu có thể sử dụng làm thực phẩm Hàm lượng protein vùng biển Nha Trang dao động từ 8,05 4- 21,11 % so vói trọng lượng rong khô Hàm lượng axit amin cũng đáng kể và có giá trị cao trong protein của rong biển
Trang 13Hàm lượng các loại khoáng của một số loại rong Nâu dao động từ 5.51^-6.30 % thụ thuộc vào mùa vụ và thời kì sinh trưởng Hàm lượng Iod trong một số loài rong Nâu dao động từ 0.05-^0.16 % so với rong khô tuyệt đối.1.3 Tổng quan về Aỉgỉnate
Alginate là một polime khá phong phú trong tự nhiên, tồn tại dưới dạng một thành phần cấu trúc trong rong nâu lên đến 40% khối lượng chất khô; và dưới dạng các polysaccarit vỏ ngoài của vi khuẩn đất Mặc dù gần đây có một số kết quả nghiên cứu theo hướng sản xuất bằng phương pháp lên men vi sinh cũng như bằng phương pháp biến tính polyme hóa phân tử alginate đã được công bố, toàn bộ alginate thương mại hiện nay vẫn còn được tách từ rong biển
Chúng tôi đã thực hiện các phân tích hàm lượng axit alginic của một số loài rong nâu vào các thòi gian khác nhau của năm, kết quả đường trình bày
trong bảng 01.
Bảng 1.1 ỉ Biến động theo tháng của hàm lượng axit alginic (%)
trong một số loài rong Mơ
ừong tháng 5, hàm lượng acit alginic: 35,15% loài s gracỉllimum: 35,37%
trong tháng 4 Trong khi đó loài s mcclureì đạt được trị số cao của hàm
lượng axit alginic (37,62%) trong tháng 5
Trang 14Theo đó chúng tôi thấy đây là loại nguyên liệu thích họp để tiến hành tách chiết alginate.
Các ứng dụng của alginate đều liên quan đến khả năng giữ nước, tạo gel, tạo nhớt và tính chất làm ổn định của nó Hiện nay các ứng dụng đày hứa hẹn trong công nghệ sinh học dựa ttên các hiệu ứng sinh học đặc trưng của bản thân phân tử alginate cũng như dựa trên tính chất độc đáo, êm dịu và hầu như không thụ thuộc vào nhiệt độ của quá trình chuyển hóa sol/gel trong sự có mặt của cation, làm cho alginate rất thích họp để làm chất nền cố định cho tế bào sống
Nói chung, sự đa dạng về cấu trúc đã dẫn đến sự đa dạng về tính chất và điều này đã làm cho alginate được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực
1.3.1 cẩu trúc
Cấu tạo - cấu trúc:
Alginate là muối của acid Alginic cấu tạo hóa học của alginate gồm 2 phân tử ß-D-Mannuroic acid (M) và a- L-Guluronic acid (G) liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucozid Có 3 loại liên kết có thể gặp trong 1 phân tử alginate: (M-M-M), (G-G-G), (M-M-G)
ß - D - Mannuronic Axit a - L - Guluronic Axit
Hình 1.1: Công thức cấu tạo của 2 axỉt cấu tạo nên axitAlginic
Công thức phân tử của Alginic
(C,H9COOH)„ a ^ g ° ạ p KCtHTOiCOOH).
Trang 15Alginic là polime gồm nhiều axit Manuronic và axit Guluronic tạo mạch thẳng không phân nhánh có thể liên kết theo hình phẳng.
Hai gốc phân tử P-D-Mannuroic acid (M) và a- L-Guluronic acid (G) liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucozid phân bố trong mạch Alginate theo 3 loại khối (Block): poly-G (G-G-G-G), poly-M (M-M-M- M) và poly-GM (G-M-G-M) liên kết ngẫu nhiên trong chuỗi mạch
Công thức cấu tạo của acid Alginic: (C6H6Ơ6)n
Hình 1.3: Công thức cấu tạo của alginate natri
•Alginate Kali (tương tự như Alginate Na)
Trang 16• Alginate Canxi:
Công thức phân tử: [(C5H704COO)2Ca]n
ooc
Hình 1.4: Công thức cẩu tạo của alginate canxỉ
• Alginate Magie: [(CsFT/CUCOO^Mg
• Alginate Amoni: (CöHnNOö)!!
Hình 1.5: Công thức cấu tạo cứa alginate amonỉ
Ngoài ra còn có: Alginate Propylen glycon
Công thức phân tử:
Trang 17Hình 1.6: Công thức cẩu tạo của alginate propylen glycon
1.3.3 Tính chất
1.3.3.1 Một sổ tính chất chung
• Là polymer có tính chất acid yếu, không màu, không mùi, không tan trong các dung môi hữu cơ và nước
•Là chất có tính chất hút nước trương nở khi ngâm trong nước
• Alginic hòa tan trong dung dịch kiềm hóa trị I và tạo dung dịch muối kiềm hóa trị I hòa tan có độ nhớt cao
• Muối kiềm hóa trị II không tan
1.3.3.2 Tính chất của alginate với kim loại hóa trị II
• Có độ chắc cao
• Có khả năng tạo màu tùy theo từng kim loại
•Không hòa tan trong nước
• Khi ẩm thì dẻo (Gel Alginate), khi khô có độ cứng cao và khó thấm nước, tỷ trọng thấp
1.3.4.3 Tính chất của alginate với kim loại hóa trị I
• Có độ chắc cao
• Có khả năng tạo màu tùy theo kim loại
• Không hòa tan trong nước
Khi ẩm thì dẻo (Gel Alginate), khi khô có độ cứng cao và khó thấm nước,
Trang 18tỷ ưọng thấp.
1.3.5 ửng dụng
1.3.5.1 Trong công nghiệp thực phẩm
Alginate Natri cũng được sử dụng trong rất nhiều các ngành chế biến thực phẩm khác nhau
Trong sản xuất kem, axit alginic và muối của nó có thể dùng làm chất ổn định trong kem ly, làm cho kem mịn có mùi thơm, chịu nóng tốt, thời gian khuấy trộn lúc sản xuất ngắn
Alginate còn dùng trong sản xuất bơ, bánh kẹo, íòmat, nước giải khát cũng như các mặt hàng đông lạnh
1.3.5.2 ửng dụng trong y học và dược học
Axit alginic và các dẫn xuất của nó mang tính chất trao đổi ion, điều đó
có nghĩa là có hoạt tính hấp thụ những chất khác nhau, ừong đó có các ion kim loại nặng
Thí nghiệm đánh giá hoạt tính liên kết với kim loại của canxi alginate và natri alginate cho thấy ái lực của alginate lên ion các kim loại chì, đồng, thủy ngân, cadium và kẽm ở mức độ cao Các nhà khoa học thực hiện sự so sánh giữa canxi alginate và natri alginate với than hoạt tính và chế bản polyphenan
đã thấy rằng, khả năng hấp thụ của alginate với kim loại nặng cao gấp 1-2 lần
những chế bản đã biết
Dựa vào những số liệu thu được, có thể nói rằng ừong các điều kiện in vivo,
các chế bản từ alginate có khả năng loại bỏ các kim loại nặng ra khỏi cơ thể
1.3.5.3 Hoạt tính liên kết với kim loại của algỉnate in vivo
Những nghiên cứu bằng phương pháp thực nghiệm đã được thực hiện trong phòng thí nghiệm trên động vật mang bệnh, sử dụng các chế phẩm để đánh giá những tác dụng của chúng trong việc điều tri và phòng bệnh
Kết quả các nghiên cứu cho thấy rằng, khi chì axetat vào trong cơ thể sẽ
Trang 19gây ra hiện tượng tăng nồng độ ion chì trong cơ thể và trong xương của chuột thí nghiệm, nhưng nếu đồng thời vói kim loại đưa canxi alginate hoặc natri alginate vào ruột của động vật thí nghiệm thì thấy rằng độ lắng của kim loại
đó trong tim, thận, gan và cả trong xương giảm đi hơn 2 lần, điều đó thể hiện
sự thuyên giảm hấp thụ chì của ruột và tăng sự đào thải chúng Đưa canxi alginate vào với liều lượng cao trong thời gian 3 tuần đã ngăn ngừa hiệu quả
sự tích tụ chì trong các cơ quan Trong khi đó so sánh với những nghiên cứu
về hiệu quả so với than hoạt tính và lignin cho thấy những chế bản này không làm ảnh hưởng đến độc tính của chì lên các cơ quan của động vật thí nghiệm.Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng canxi alginate và natri alginate ức chế
sự hấp thụ các stronsi phóng xạ vào ruột, đặc biệt là natri alginate, vượt trội hơn hẳn các muối canxi, phosphate, tinh bột, pectin, dẫn xuất của axit pectic, dẫn xuất xenlulo, và những chất hấp thụ khác z V Dubrovina và các đồng nghiệp đã đưa ra kết luận rằng, các chế bản từ axit alginic giảm bớt sự hấp thụ
90Sr, 140Ba, 226Ra tói 20-25 làn, và là một trong những phương tiện hiệu quả
nhất đối vơi việc phòng chống sự nhiễm độc phóng xạ
1.3.5.4 Hiệu quả của alginate đổi với bệnh gan
Nguyên nhân phổ biến nhất của viêm gan là do vims (phế cầu, liên cầu khuẩn, rickettsia, xoắn khuẩn và các vi sinh vật khác) Nguyên nhân cao thứ 2
đó là viêm do nhiễm độc và tổn thương thoái hóa - kết quả tác động của các hóa chất độc hại và hiệu ứng của chúng Trong số các chất này có cả các thuốc (như thuốc chống lao, thuốc kháng sinh, sulfonamides, thuốc an thần, thuốc gây ngủ, thuốc chống viêm), các chất độc công nghiệp (benzen, toluen, cloroform, nitrokraski, kim loại nặng ), các chất độc thông thường, nấm độc, thực vật Viêm gan cấp tính có thể chuyển thành mạn tính, thường với
sự tham gia của cơ chế tự miễn dịch
Một trong những phương pháp trong điều trị bệnh gan là chống lại sự
Trang 20nhiễm độc Đối với việc giải độc qua hấp thụ qua đường ruột, người ta đã sử dụng nhiều chế bản khác nhau, trong số đó có than hoạt tính, chất sợi carbon, cellulozo, lignin, pectin và alginate Tuy nhiên than hoạt tính và chất sợi carbon chỉ được sử dụng với liều lượng cao nhất là 50g/ngày, nếu cao hơn sẽ gây ra những tác dụng thụ (như gây nôn mửa), vì thế chúng không thể được
sử dụng đối vói bệnh gan, và đòi hỏi phải tìm ra những chế bản hiệu quả hơn.Những tác dụng bảo vệ gan của alginate được nghiên cứu trên chuột mang bệnh gan gây ra do tetraxlorua carbon Tetraxlorua carbon được coi là một mô hình thí nghiệm thuận lợi để đánh giá về hoạt tính bảo vệ gan của nhiều họp chất khác nhau, bao gồm thuốc và thực phẩm chức năng, vì chúng gây tổn thương các tế bào gan của chuột về hình thái học và sinh thái học tương tự nhiều trạng thái bệnh lý khác nhau, như viêm gan siêu virut, viêm gan độc hại và cả quá trình tự miễn dịch Người ta đưa chế phẩm canxi alginate vào trong dạ dày hàng ngày, liên tục trong vòng 3 tuần, vói liều lượng 10-250mg/kg trọng lượng Kết quả: alginate giảm bớt các dấu hiệu của tổn thương gan Vói liều lượng 250mg/kg sẽ tăng đáng kể tất cả các chỉ số đánh giá (Khotimchenko, Sonina, 2006)
Một số nghiên cứu cho thấy rằng, trong alginate trong ruột già bị lên men bởi các vi khuẩn và tạo ra oligosaccharide và những axit béo mạch ngắn, sản phẩm của quá trình này sẽ được đưa vào máu, các oligosaccharide có hoạt tính liên kết và đẩy nhanh sự loại bỏ qua thận những cấu trúc phân tử đơn giản, trong đó có các họp chất độc hại
Mặc dù cơ chế hoạt động chưa được tìm ra một cách rõ ràng nhưng qua các nghiên cứu đã cho thấy những tác dụng tích cực của việc sử dụng alginate trong điều trị tổn thương gan, và khả năng đưa các hoạt chất này vào chế biến dược phẩm và thực phẩm bổ sung với tác dụng bảo vệ gan
Trang 211.3.5.5 Hiệu quả của alginate đổi với bệnh dạ dày
Một trong những nguyên nhân gây ra bệnh loét dạ dày đó là do các axit tiêu hóa Bệnh loét dạ dày phát triển khi các hoạt động của axit và pepsin chiếm ưu thế hơn sức đề kháng của niêm mạc dạ dày và tá tràng
Mục đích của việc điều tri bệnh là cắt cơn đau và chống loét: giảm tác
động của các axit, loại trừ H pylori, tăng cường sức đề kháng của niêm mạc.
Tác dụng điều trị của các hợp chất có chứa alginate cũng như được thực hiện bởi những ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp Các polysaccarit có khả năng chữa lành những vị trí bị loét nhờ khả năng loại bỏ khỏi bề mặt bị hoại tử và những bã vụn mang theo những vi sinh vật, và hấp thụ những tác nhân hóa học gây bệnh Tác động trực tiếp của gel chống axit vói các mô tạo hạt là những tác động kích thích, thúc đẩy quá trình epithelization Tác dụng gián tiếp là làm giảm nồng độ những chất độc hại trong máu nhờ sự thẩm thấu các chất trao đổi vào ruột, làm giảm bớt sự quá tải cho hệ thống giải độc và thúc đẩy quá trình thục hồi
Thử nghiệm trên động vật cho thấy natri alginate kích thích sự bài tiết của tuyến tụy và lá lách Axit alginic và muối của nó có hiệu quả trong điều tri thực nghiệm đối với bệnh loét dạ dày Các hoạt động thực nghiệm và quan sát lâm sàng đã chứng minh hiệu quả của các hoạt chất này trong điều trị tổn thương dạ dày và tá tràng (Khotimchenko, 2008), canxi alginate ngăn chặn sự hình thành những vết loét mới và làm co hẹp diện tích viêm loét cũ
Tóm lại, tác dụng của alginate trong trường hợp này dựa trên khả năng tạo nên một lớp màng trên bề mặt niêm mạc, đảm bảo cho những hoạt động bảo vệ trước các yếu tố ăn mòn, cũng như dựa trên hoạt tính hấp thụ, liên kết vói sản phẩm độc hại của sự phân hủy mô và làm sạch bề mặt niêm mạc
1.3.5.6 Tác dụng của algỉnate đối với bệnh thận
Sử dụng canxi alginate trong 2 tuần với liều lượng lg/lkg làm tăng sự
Trang 22bài tiết, giảm bớt nồng độ ure và creatin trong máu xuống gàn như ở các cá thể khỏe mạnh Sử dụng canxi alginate giúp bảo vệ thận trước các hiệu ứng có hại của thủy ngân clorua.
1.3.5.7 ửng dụng trong một số lĩnh vực khác
Alginate dùng làm chất tạo đông, với điều kiện nhiệt độ 20°c, dung dịch
alginate nồng độ 1% có độ nhớt 1500(3000 centipoise, trong đó cồn dán (gồm Arabic) có độ nhớt nhỏ hom 30 centipoise
Trong xây dựng tạo cấu trúc xi măng, vữa, làm gỗ không thấm nước, sản xuất que hàn có chất lượng cao, làm ổn định scm
Alginate sử dụng ừong luyện kim, làm cao su và làm sạch nước, làm chất khuếch tán tăng hiệu lực thuốc trừ sâu Dùng trộn lẫn mủ cao su latex để sản xuất cao su dẻo dai, mặt nạ phòng độc, găng tay y học
Dừng làm chất khử tinh thể: Cho alginate vào dung dịch tạo kết tủa nó sẽ làm chất kết tủa giảm kích thước, alginate được dùng trong điện giải kim loại, sản xuất thạch cao xi măng và nhiều loại sơn
Dừng làm chất kết từ và chất kết dính trong công nghiệp sản xuất giấy hoa dán tường, gỗ tổng họp Khi trộn với Gelatin, alginate làm giảm điểm nóng chảy của Gelatin nên nó được dùng làm phim ảnh, kết họp với các ion kim loại cho các sản phẩm có độ bền cao Kết họp với cellulose tạo các chất cách điện, với propylen - glycol tạo các loại sơn chất giữ mùi
1.3.6 Công nghệ sản xuất Alginate từ rong nâu
1.3.6.1 Sản xuất Alginate
Công nghệ chiết tách axit alginỉc từ rong Nâu (chi Sargassum)
Axit alginic được chiết từ rong Nâu (Phaeophyta) và chủ yếu từ chi Sargassum với hơn 150 loài thuộc họ Sargassaceae, bộ Fucales
Hiện nay có hai phương pháp cơ bản để tách chiết alginic Cả hai phương pháp đều giống nhau ở giau đoạn chiết xuất axit alginic, chỉ khác
Trang 23nhau ở giai đoạn kết tinh alginate.
Phương pháp 1: Rong khô hoặc rong tươi được ngâm trong dung dịch axit loãng để loại bỏ các ion kim loại và trương nở hoàn toàn Sau đó rong được thủy phân được hoà tan ttong dung dịch kiềm, tạo ra một dung dịch alginate natri dạng keo Lọc thu dịch và loại bã rong Dịch lọc được làm sạch
và xử lí màu
Tiếp đến là giai đoạn kết tinh canxi alginate Có nhiều phương pháp kết tinh canxi alginate khác nhau Trong giai đoạn này, dung dịch natri alginate tan được cho kết tinh với muối của canxi để tạo ra kết tủa dạng sọi Lọc lấy phần kết tủa thu được canxi alginate thô
Để thu axit alginic, người ta hoà tan canxi alginate với axit để loại bỏ ion canxi và tạo ra axit alginic dạng sợi không tan Axit alginic sau đó được sử dụng để tạo ra hàng loạt các muối alginate khác nhau
Phương pháp thứ 2: kết tủa trực tiếp axit alginic bằng cách sử dụng axit
vô cơ Ưu điểm của phương pháp này là không sử dụng muối canxi và bỏ qua các bước lọc trong quá trình sử dụng canxi làm cho phương pháp ừở nên đơn
giản hơn rất nhiều Đối với một số loài rong nâu Ascophyllum thì không thể
sử dụng phương pháp này do kết tủa axit alginic tạo thành quá mềm và keo rất khỏ để tách nước
Cơ chế thu nhận Algỉnate từ rong Nâu
Người ta thu nhận được Alginate từ các rong nâu to như Laminaria (15- 40% alginate/trọng lượng chất khô); ở Việt Nam đa phần sử dụng Sargassum (29-42% alginate/trọng lượng khô) [Phạm Quốc Long và cộng sự, 2010].Alginic axit trong rong Nâu chủ yếu tồn tại ở dạng muối với các ion Ca,
Mg, N a Bước đầu tiên trong việc sản xuất alginate là chuyển đổi Ca-alginate
và Mg- alginate không tan thành Na- alginate tan dưới điều kiện kiềm
Để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đổi ion tốt hơn cho quá trình xử lý với kiềm và loại bớt ion kim loại trên bề mặt rong, nguyên liệu
Trang 24được xử lý với axit loãng trước khi bước vào kiềm hóa.
M(Alg)2 + 2H+ ► 2HAlg + M2+
HAlg + Na+ ► OH" + NaAlg + H+
Alginate natri thô sau khi được chiết xuất được lọc và kết tủa bởi Ca2+ để tạo thành dạng muối Ca-alginate không tan hoặc các muối khác để tạo các dạng alginate khác nhau
NaAlg + Ca2+ ► Ca(Alg)2 + 2Na+
Đe xử lý rong ban đầu ta có thể xử lý bằng formol, axit hay canxi doma Mục đích của việc xử lý rong ban đầu để nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm Khi xử lý rong như vậy sẽ làm cho rong mềm, khử bỏ các tạp chất, chất bấn bám trên bề mặt rong làm tăng độ sạch của sản phẩm sau này Ngoài
ra còn chuyển các muối alginate không tan về dạng axit alginic làm tăng đáng
kể hiệu suất cũng như chất lượng alginate thu được
Khi tách chiết axit alginic ra khỏi rong ta có thể dùng các dung dịch
kiềm như NaOH, KOH hay Na2C03, Na2SC>3, Na2HPC>4 Thông thường ở đây người ta dùng Na2C03, Na2HPC>4.
Đến công đoạn chuyển về các loại muối của axit alginic thì người ta thường dùng canxi dom a để thu canxi alginate Sở dĩ dùng canxi dom a vì cách làm dễ dàng và sản phẩm thu được dễ bảo quản và chi phí hóa chất hợp lý