THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT ALGINATE NATRI TỪ RONG MƠ (Sargassum spp)

TÓM TẮT Đề tài “Thử nghiệm sản xuất alginate natri từ rong Mơ Sargassum spp” được tiến hành trong thời gian từ tháng 04/2010 đến 07/2010 với mục đích khảo sát các điều kiện tối ưu cho q

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA THỦY SẢN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT ALGINATE NATRI TỪ RONG MƠ

THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT ALGINATE NATRI TỪ RONG MƠ Sargassum spp

Tháng 07 năm 2010

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn:

Ban giám hiệu Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt thời gian theo học tại trường

Ban chủ nhiệm khoa, các thầy cô trong Khoa Thủy Sản, cùng các thầy cô đã tận tụy truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt bốn năm qua

PGS.TS Lê Thanh Hùng và Th.S Trương Quang Bình đã tận tình hướng dẫn và động viên em trong thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp

Công ty XNK HÀNG XANH đã hỗ trợ chi phí cho quá trình thực hiện đề tài Cùng tất cả bạn bè trong và ngoài lớp đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian làm đề tài

Thành kính ghi ơn ba mẹ cùng những người thân trong gia đình đã tin tưởng, luôn tạo mọi điều kiện và động viên con trong suốt chặng đường học tập và nhất là thời gian thực hiện đề tài

TÓM TẮT

Đề tài “Thử nghiệm sản xuất alginate natri từ rong Mơ Sargassum spp” được tiến

hành trong thời gian từ tháng 04/2010 đến 07/2010 với mục đích khảo sát các điều kiện tối ưu cho quy trình chiết xuất để nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng thành phẩm

Qua kết quả nghiên cứu chúng tôi đưa ra kết luận như sau:

Có hai bước chính trong công nghệ sản xuất alginate natri đó là: bước tách chiết alginic và bước phối hợp với Na+ để sản xuất keo rong alginate natri

Quá trình xử lý hóa học cho rong nâu để tách chiết alginic axit:

Xử lý rong với dung dịch formol hàm lượng 1 % trong 16 giờ

Xử lý rong với dung dịch axit HCl hàm lượng 0,3 % trong 4 giờ

Quá trình nấu tách alginic: nấu tách trong môi trường Na2CO3 1 % với thể tích

MỤC LỤC

Trang tựa i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH – BIỂU ĐỒ ix

Chương 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

Chương 2.TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Rong nâu 3

2.1.1 Giới thiệu chung 3

2.1.2 Phân loại 3

2.1.3 Phân bố 4

2.1.4 Đặc điểm sinh học 5

2.1.5 Thành phần rong Mơ và các quá trình biến đổi của rong nguyên liệu sau thu hoạch 6

2.2 Alginic acid và keo alginate 12

2.2.1 Giới thiệu chung về alginate và các loại keo alginate 12

2.2.2 Đặc điểm, cấu tạo 13

2.2.3 Tính chất 16

2.2.4 Độ nhớt dung dịch sodium alginate 18

2.3 Các quá trình xử lý trong quy trình sản xuất tham khảo 19

2.3.1 Quá trình xử lí hóa học 19

2.3.2 Quá trình nấu tách alginic 20

2.3.3 Tách tạp chất và tinh chế alginic 21

2.4 Công dụng của alginate 22

2.4.1 Ứng dụng trong công nghiệp dệt 22

2.4.2 Ứng dụng trong tơ nhân tạo: 23

2.4.3 Ứng dụng trong công nghiệp giấy 23

2.4.4 Ứng dụng trong y học và dược học 23

2.4.5 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm 23

2.4.6 Ứng dụng trong công nghệ mỹ phẩm 24

2.4.7 Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất cao su 24

2.4.8 Ứng dụng trong một số lĩnh vực khác 24

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

3.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu 26

3.2 Vật liệu và dụng cụ 26

3.2.1 Vật liệu 26

3.2.2 Dụng cụ, thiết bị, hóa chất 26

3.3 Phương pháp thí nghiệm 27

3.4 Nội dung nghiên cứu 28

3.4.1 Thí nghiệm 1: khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian ngâm rong trong dung dịch formol 1% .28

3.4.2 Thí nghiệm 2: khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HCl 28

3.4.3 Thí nghiệm 3: khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian ngâm rong trong dung dịch HCl 0,3 %

29 3.4.4 Thí nghiệm 4: khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Na2CO3 trong quá trình chiết rút .29

3.4.5 Thí nghiệm 5: khảo sát sự ảnh hưởng của lượng dung dịch Javen 5 % 29

3.4.6 Các chỉ tiêu khảo sát hiệu quả của quy trình sản xuất 30

3.4.7 Phương pháp xử lí số liệu 31

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

4.1 Kết quả khảo sát thời gian ngâm rong trong dung dịch formol (HCHO) 1% 32

4.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HCl ngâm rong 34

4.3 Kết quả khảo sát thời gian ngâm rong trong dung dịch axit chlohydride (HCl) 0,3% .36

4.4 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Na2CO3 trong quá trình

chiết rút

37 4.5 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của thể tích dung dịch Javen 5 % 39

4.6 Quy trình sản xuất thử nghiệm 42

4.7 Chi phí sản xuất 47

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 48

5.1 Kết luận 48

5.2 Đề nghị 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

PHỤ LỤC xi

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: hàm lượng acid alginic trong một số loại rong Mơ ven biển Miền Trung Việt Nam (tính theo % trọng lượng rong khô) 8 Bảng 2.2: biến đổi của độ nhớt và hiệu suất thu alginate của nguyên liệu theo phương pháp làm khô và chậm làm khô 12 Bảng 2.3: sự biến thiên độ nhớt (tính bằng mP.s) theo nồng độ dung dịch alginate natri

ở 200C .18 Bảng 4.1: ảnh hưởng của thời gian ngâm rong trong dung dịch formol 1% đến hiệu suất chiết xuất và độ nhớt của alginate natri .32 Bảng 4.2: ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HCl đến hiệu suất chiết xuất và độ nhớt của dung dịch alginate natri 34 Bảng 4.3: ảnh hưởng của thời gian ngâm rong trong dụng dịch axit HCl 0,3% đến hiệu suất chiết suất và độ nhớt của alginate 36 Bảng 4.4: ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Na2CO3 trong quá trình chiết rút đến hiệu suất chiết xuất và độ nhớt alginate natri 38 Bảng 4.5: ảnh hưởng của thể tích dung dịch Javen 5 % đến hiệu suất chiết xuất và độ nhớt alginate natri thu được 40 Bảng 4.6: chi phí nguyên liệu cho chiết xuất 1 kg rong khô 47

DANH SÁCH CÁC HÌNH – BIỂU ĐỒ

Hình 2.1: rong nâu 3

Hình 2.2: công thức cấu tạo acid alginic 14

Hình 2.3: công thức cấu tạo alginate natri. 15

Hình 2.4: công thức cấu tạo alginate canxi. 15

Hình 2.5: công thức cấu tạo alginate amonium 15

Hình 2.6: công thức cấu tạo 16

Hình 2.7: các phân tử alginate tự do cấu trúc mạng lưới gel alginate canxi, dạng vỉ trứng. 17

Hình 2.8: mô hình tạo gel canxi alginate. 18

Hình 4.1: rong nguyên liệu khô 43

Hình 4.2: rong nguyên liệu sau khi ngâm, rửa 43

Hình 4.3: rong sau khi nấu chiết 44

Hình 4.4: dung dịch alginate natri thô 44

Hình 4.5: alginate canxi kết tủa 45

Hình 4.6: alginic acid 45

Hình 4.7: alginate natri dạng sệt 46

Hình 4.8: alginate natri thành phẩm 46

Hình 4.9: alginate natri dạng màng mỏng 46

Biểu đồ 4.1: ảnh hưởng của thời gian ngâm rong trong dung dịch formol 1% đến hiệu suất chiết xuất alginate natri 32

Biểu đồ 4.2: ảnh hưởng của thời gian ngâm rong trong dung dịch formal 1% đến độ nhớt của alginate natri 32

Biểu đồ 4.3: ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HCl đến hiệu suất chiết xuất dung dịch alginate natri 34

Biểu đồ 4.4 : ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HCl đến độ nhớt dung dịch alginate natri 34

Biểu đồ 4.5: ảnh hưởng của thời gian ngâm rong trong dung dịch HCl 0,3% đến hiệu

Biểu đồ 4.6: ảnh hưởng của thời gian ngâm rong trong dung dịch HCl 0,3% đến độ nhớt alginate natri 36

Biểu đồ 4.7: ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Na2CO3 đến hiệu suất chiết xuất

alginate natri 38

Biểu đồ 4.8: ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Na2CO3 đến độ nhớt alginate natri 38

Biểu đồ 4.9: ảnh hưởng của thể tích dung dịch Javen đến hiệu suất chiết xuất alginate natri. 40

Biểu đồ 4.10: ảnh hưởng của thể tích dung dịch Javen 5 % đến độ nhớt alginate natri

40

xỉ 4 triệu tấn rong tươi Rong nâu có kích thước lớn và có truyền thống được khai thác

tự nhiên nhiều hơn rong đỏ và rong lục được nghiên cứu nuôi trồng Hội nghị quốc tế

về nguồn lợi hải sản kết luận: nguồn lợi của hải sản sau tôm cá là rong biển, rong biển được gọi là “kho hóa chất độc đáo” (Tạp chí ngoại thương, 1990)

Vách tế bào rong nâu có chứa acid alginic là một loại polysaccharit có giá trị cao

và được sử dụng rộng rãi trong nhiều nhành công nghiệp như dệt, giấy…đặc biệt chúng tạo nên nhũ tương mịn và bền nên được dùng nhiều trong công nghiệp sơn, cao su, phim ảnh, mỹ phẩm, công nghiệp, thực phẩm…Năm 1914 – 1915, Đức dùng rong nâu

để điều chế KCl, than hoạt tính Năm 1930 công nghệ chế biến các chất như: alginate, manitol, agar phát triển mạnh và ngày càng ứng dụng nhiều trong thực tế Từ đó đến nay chế biến rong biển vẫn trong thời kỳ phát triển mạnh, đặc biệt là các nước Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc

Từ rong nâu có thể chiết xuất được : alginic, alginate, laminarin Các sản phẩm của alginate được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như: ngành dệt –

50%, thực phẩm – 30%, giấy – 6%, que hàn – 5%, y dược phẩm – 5%, công nghệ sinh học và các lĩnh vực khác – 4% Alginate là một phụ gia không thể thiếu được trong kỹ thuật in màu trên vải Trên thị trường lưu hành 3 loại sản phẩm alginate có độ sạch khác nhau: loại dược phẩm (13÷16 USD/Kg), loại thực phẩm (7÷11 USD/Kg), và loại

kỹ thuật (6÷8 USD/Kg) (Ohno, 1997) Tổng giá trị sản lượng alginate toàn cầu được đánh giá vào khoảng 350 triệu USD Do nhu cầu sử dụng alginate ngày càng tăng, chẳng hạn năm 1970 nhu cầu toàn thế giới là 13.000 tấn thì năm 1986 là 22.000 tấn và đến nay nhu cầu tăng hơn rất nhiều Nên giá trị của alginate cũng tăng rất nhanh

Để đáp ứng nhu cầu sử dụng alginate ngày càng tăng cần có những quy trình sản xuất quy mô và hiệu quả, để nâng cao hiệu quả sản xuất, trong thực tế cần phải tiến hành những nghiên cứu nhỏ trước khi đưa ra sản xuất lớn đó là yêu cầu khá cấp thiết hiện nay cho ngành công nghiệp chế biến rong biển Việt Nam, do đó chúng tôi thực

hiện đề tài “Thử nghiệm sản xuất alginate natri từ rong Mơ Sargassum spp”

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Tiến hành khảo sát các điều kiện tối ưu để chiết xuất alginate từ rong Mơ

Sargassum spp nhằm nâng cao hiệu suất chiết xuất và chất lượng thành phẩm

1.3 Nội dung nghiên cứu

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt, màu sắc và hiệu suất chiết xuất của alginate natri như: thời gian ngâm rong nguyên liệu trong formol, thời gian ngâm rong trong dung dịch HCl, nồng độ HCl thích hợp để ngâm rong, nồng độ dung dịch Na2CO3

trong quá trình nấu chiết và thể tích dung dịch Javen dùng để tẩy màu

Xây dựng quy trình sản xuất thử nghiệm để đưa vào sản xuất trong thực tế

Chương 2

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Rong nâu

2.1.1 Giới thiệu chung

Rong nâu sống ở biển, hấp thụ một lượng thức ăn phong phú chảy trôi dạt từ lục địa ra, rong có nhiều tính chất không giống thực vật sống trên cạn Một số yếu tố sinh thái đối với thực vật sống trên cạn là rất quan trọng như độ ẩm của không khí, lượng mưa song đối với rong nâu lại không quan trọng, nhưng các yếu tố sinh thái biển có ảnh hưởng đến đời sống của rong như: địa bàn sinh trưởng, nhiệt độ, ánh sáng, độ muối, độ

pH, muối dinh dưỡng, khí hòa tan, mức triều, sóng, gió, hải lưu

Rong nâu có khả năng điều tiết tác dụng trao đổi chất dưới điều kiện ánh sáng và nhiệt độ ở các mùa vụ khác nhau Rong nâu có thể tiến hành quang hợp dưới điều kiện nhiệt độ thấp và ánh sáng yếu Trong tất cả các ngành rong chỉ có rong nâu chứa acid

alginic như một thành phần tế bào Hàm lượng acid alginic trong rong Mơ Sagassum từ

10 ÷ 40 % so với trọng lượng rong khô

(Phaeophyta), đây là nhóm rong có kích thước cá thể rất lớn, có cây dài 6÷8 m, sinh

lượng có thể hơn 12 kg rong tươi/m2, hình dạng rất giống thực vật bậc cao… chúng có khả năng phân bố rộng, mọc trên tất cả các bờ biển đá hay san hô chết, đá vôi…thích hợp nhất trong khoảng từ phía trên của mực triều thấp cho đến vài ba mét sâu, nhưng nếu gặp nơi có điều kiện thích hợp chúng có thể xuống sâu đến 5÷10 m, mọc thành các quần xã rong biển quan trọng có thể so sánh được với các quần xã rong vùng ôn đới Chu kỳ sống của rong Mơ là tiêu biểu cho bộ Fucales, cây rong là cây đơn bội

(Haplobiont), sinh sản hữu tính hoặc dinh dưỡng, các loài sống trôi nổi trong biển như

rong Mơ (Sargassaceae) có thể sinh sản dinh dưỡng bằng cách đoạn nhánh

2.1.3 Phân bố

Trên thế giới nguồn lợi rong nâu chủ yếu tập trung ở các nước châu Âu và Bắc

Mỹ Canada tập trung hơn 75% khối lượng rong nguyên liệu sản xuất alginate, trong khi đó khối lượng rong nâu châu Á chỉ khoảng 5% Theo FAO ước tính mỗi năm trên thế giới rong nâu được khai thác khoảng 1,3 triệu tấn, sản lượng này có thể tăng lên 12 lần nếu tiếp tục khai thác dọc từ Đại Tây Dương và Địa Trung Hải

Ở nước ta có khoảng 794 loài rong biển, phân bố ở vùng biển miền bắc 310 loài, miền nam 484 loài, 156 loài tìm thấy cả hai miền (Nguyễn Hữu Dinh, 1993) Trong đó có các đối tượng quan trọng là: rong Câu (Gracilaria), rong Mơ (Sargassum), rong Sụn (Kappaphycus)

Diện tích rong Mơ mọc tại vùng biển Quảng Nam – Đà Nẵng khoảng 19.000 m2, trữ lượng rong mọc tại chỗ có thể thu được vào tháng 4 khoảng hơn 800 tấn rong tươi

Diện tích có rong mọc tại chỗ của tỉnh Bình Định khoảng hơn 40.000 m2, trữ lượng rong tươi ước tính hơn 100 tấn/năm Sinh lượng cao nhất vào cuối tháng 4 và đầu tháng 5 Sinh lượng trung bình khoảng 2.5 kg/m2

Vùng biển Khánh Hòa là vùng có diện tích rong Mơ mọc cao nhất trong các tỉnh điều tra, tổng diện tích có rong lên tới 2.000.000 m2, trữ lượng có thể 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

Đối với tỉnh Ninh Thuận rong Mơ phân bố ở các vùng Sơn Hải, Cà Ná, Mỹ Tân thành các bãi rong mọc khá dày đặc Vùng Sơn Hải là vựa rong lớn nhất của Ninh Thuận, với điều kiện rất thuận lợi là có bãi đá và san hô chết rộng 20 m, có nơi rộng

hơn 50 m chạy dài liên tục dọc bờ biển gần 7 km Tổng diện tích có rong khoảng 1.500.000 m2 Trữ lượng khai thác được ước tính hơn 7.000 tấn rong tươi/năm

Sinh lượng rong mọc tại chỗ đo được đều có xu hướng giảm dần từ tháng 3 đến tháng 5 Nhưng về độ trưởng thành thì ngược lại Vào tháng 3 rong hãy còn non, thể hiện ở kích thước còn bé Chưa phóng thích các bào tử, thành phần các chất tích lũy được mà quan trọng nhất là axit alginic vẫn còn thấp Đa phần các loài rong trưởng thành vào tháng 4 và những tháng sau đó, phóng thích các giao tử để sinh sản nhằm duy trì và bảo vệ nguồn lợi rong cho những năm sau Sở dĩ có tình trạng vào tháng 3 rong chưa trưởng thành nhưng có sinh lượng mọc tại chỗ cao nhất là vì vào tháng 4 trở

đi cây rong đã trưởng thành, kích thước lá lớn, có nhiều phao mọc trên mình, rong bị sóng gió nhổ đứt trôi dạt vào bờ, làm trữ lượng rong mọc tại chỗ giảm đi đáng kể

Rong lá Mơ là những loài rong mọc ở vùng biển nóng ấm, trên nền đá vôi, san

hô chết, nơi sóng mạnh và nước trong, nhất là ven các đảo Chúng mọc từ phía trên của mức nước trung bình thấp của con nước thường đến độ sâu 2÷4 m Sinh lượng trung bình từ 2.000÷4.000 g/m2, có nơi đến 7.000 g/m2 như ở Hòn Chồng, Nha Trang

Rong Mơ là loài có kích thước cá thể lớn và trữ lượng cao nhất trong các loài rong biển Việt Nam Mùa vụ rong Mơ có sự sai khác chút ít tùy thuộc từng loài, nơi phân bố, tùy các điều kiện môi trường sống…nhưng nhìn chung quy luật về mùa vụ khá rõ rệt Chúng tăng trưởng rất mạnh từ tháng 2 đến tháng 3, đa số các loài có kích thước tối đa vào tháng 3, 4 và hình thành các cơ quan sinh sản, sau đó sẽ bị sóng nhổ tấp vào bờ và tàn lụi Đến tháng 7 hầu hết các bãi rong đều trơ trụi, một số loài lên cao

hoặc phân bố lên cao (vùng triều thấp) như S.kjellmanianum, S.meelurei, S.polystum

phát triển và tàn lụi sớm (tháng 4) Trong khi đó các loài mọc vùng dưới triều như

S.binderi, S.microcystum…mọc chậm hơn, đến tháng 6, 7 vài nơi vẫn còn quần thể

rong này Một vài loài thích nghi trong các vũng, vịnh yên sóng có thể tồn tại và phát

triển tốt vào tháng 7 như S.polystum, S.longgicaulis

Rong trưởng thành và phóng thích giao tử vào các tháng 3, 4, 5 thời điểm này kích thước của rong đạt đến tối đa và sinh lượng cao nhất Mặt khác hàm lượng acid alginic cũng cao nhất Các đặc điểm này rất quan trọng, phù hợp và có lợi cho việc khai thác nguồn lợi từ tháng 4 trở đi Việc khai thác đúng mùa vụ hoàn toàn có khả năng bảo

vệ nguồn giống tự nhiên, giúp cho rong tái phát triển lại vào mùa sau Ngoài ra cách khai thác bằng cách cắt gốc rong từ 10 cm giúp cho một số nhánh còn sót lại vẫn tiếp tục phát triển tạo ra các cơ quan sinh sản

Các bãi rong Mơ mọc trên thềm san hô chết có diện tích rộng lớn, mật độ dày Sinh lượng cao (trên 12 kg rong tươi/m2) rất quan trọng đối với nguồn lợi, tìm thấy ở các tỉnh Quảng Ninh, Quảng Ngãi, Bình Định, Khánh Hòa, Ninh Thuận và Bình Thuận Các bãi rong rộng lớn nằm gần trục giao thông rất thuận lợi cho việc khai thác và vận chuyển

2.1.5 Thành phần rong Mơ và các quá trình biến đổi của rong nguyên liệu sau thu hoạch

¾ Thành phần rong Mơ

a Sắc tố

Sắc tố rong nâu là diệp lục tố (Chlorophyll) chiếm khoảng 0,46%, diệp hoàng tố (Xantophyl), sắc tố màu nâu (Fucoxanthin), sắc tố đỏ (Carotene), các hợp chất Phenolic Tùy theo tỷ lệ các loại sắc tố mà rong có màu từ nâu – vàng nâu – nâu đậm – vàng lục Nhìn chung sắc tố rong nâu khá bền

b Glucid

- Monosaccharide: monosaccharide quan trọng trong rong nâu là đường manitol Manitol có công thức tổng quát: HOCH2 – (CHOH)4 – CH2OH Manitol có rất nhiều công dụng trong công nghiệp như: chất để tổng hợp các chất hữu cơ, làm thuốc nổ và diêm, trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm…trong các tài liệu về y dược, các dẫn xuất từ manitol được dùng để điều trị bệnh mạch vành, trị ung thư Manitol tan được trong alcol Hàm lượng từ 14÷25 % trọng lượng rong khô tùy thuộc hoàn cảnh địa lý sinh sống

- Polysaccharide:

• Alginic: alginic là một polysacheride tập trung ở giữa vách tế bào, là thành phần chủ yếu tạo thành tầng bên ngoài của màng tế bào rong Mơ (thuộc ngành rong nâu)

Hiện nay giá trị kinh tế của rong Mơ thể hiện trước hết ở hàm lượng và chất lượng acid alginic chứa trong nó Thế nhưng hai thông số này lại biến động rất lớn tùy loài, tuổi của cây và nơi phân bố Lượng acid alginic tăng theo độ tuổi và đạt giá trị cực đại lúc rong trưởng thành và phóng thích giao tử Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc hướng dẫn khai thác hợp lý nguồn lợi rong Mơ để có thể bảo vệ và tái phát triển vào mùa sau

Bảng 2.1: hàm lượng acid alginic trong một số loại rong Mơ ven biển Miền Trung Việt

Nam (tính theo % trọng lượng rong khô)

(Nguồn: Nguyễn Hữu Dinh, 1993)

Alginic và các muối của nó có nhiều công dụng trong ngành công nghiệp, y học, nông học, thực phẩm…

Hàm lượng alginic trong rong nâu ở các tỉnh miền trung Việt Nam khá cao và thường cao nhất vào tháng 4 trong năm Hàm lượng dao động khoảng 12,3÷35,9% so

Tên loài Thời gian Địa điểm Hàm lượng

acid alginic Nguồn tài liệu

S.meelurei

5/1978 4/1979 4/1980 4/1995

Sơn Hải (Ninh Thuận) Hòn Chồng (Nha Trang) Hòn Chồng Hòn Chồng

40,6 30,36 32,82 35,5

Sơn Hải Sơn Hải Hòn Chồng Hòn Chồng

28,56 29,75 31,00 35,2

Sơn Hải Sơn Hải Hòn Chồng Hòn Chồng

28,43 22,47 20,16 24,2

19,32 20,26

24,06 24,86

với trọng lượng rong khô tuyệt đối, tùy thuộc vào loài và vùng địa lý Trong đó loài

rong S.meelurei và Turbinaria ornatacos hàm lượng alginic cao nhất khoảng

35,9÷39,4% rong khô tuyệt đối

• Acid fucxinic: có tính chất gần giống acid alginic Axit fucxinic có tác dụng với axit Sunfuric tạo hợp chất có màu

Nhờ có tính chất này mà axit fucxinic được ứng dụng vào sản xuất tơ sợi màu và phim ảnh màu

• Fuccoidin (4 % so với trọng lượng rong khô): là loại muối giữa axit fucxinic với các kim loại hóa trị khác nhau như Ca, Cu, Zn Fuccodin có tính chất gần giống với alginic, nhưng hàm lượng thấp hơn alginic

• Laminarin: là tinh bột của rong nâu, laminarin thường ở dạng bột không màu, không mùi và có hai loại: hòa tan và không hòa tan trong nước Laminarin có hàm lượng từ 10÷15 % trọng lượng rong khô tùy thuộc vào loại rong, vị trí địa lí và môi trường sinh sống của rong nâu Công dụng của laminarin: dùng cho thực phẩm và chăn nuôi

• Cellulose: là thành phần tạo nên vỏ cây rong Hàm lượng Cellulose trong rong nâu nhiều hơn rong đỏ

c Protein

Axit fucxinic

H2SO4 0,1% : cho sản phẩm màu xanh

H2SO4 10% : cho sản phẩm màu xanh tím

H2SO4 25% : cho sản phẩm màu tím

H2SO4 50% : cho sản phẩm màu đỏ

H2SO4 > 50% : cho sản phẩm mất màu

- So với rong đỏ, hàm lượng protein trong rong Mơ không cao nhưng khá đầy đủ các axit amin thiết yếu Do vậy rong nâu có thể sử dụng làm thực phẩm

- Hàm lượng protein của rong Mơ ở vùng biển Nha Trang dao động từ 8÷21 % so với trọng lượng rong khô

d Khoáng

- Hàm lượng các nguyên tố khoáng trong rong nâu thường lớn hơn nước biển ví

dụ như: I2 của rong nâu lớn hơn nước biển từ 80÷90% lần, hàm lượng Ba lớn hơn trong nước biển 1800 lần

- Hàm lượng khoáng của các loài rong nâu Nha Trang dao động từ 15,51÷46,30%, phụ thuộc vào mùa vụ, thời kỳ sinh trưởng

- Đã tìm thấy 23 nguyên tố hóa học trong rong Mơ là: Al, Si, Mg, Ca, Sr, Ba, Fe,

V, Mn, Ti, Co, Ni, Cr, Sn, As, Bi, Cu, Pb, Zn, Ga, Be, Na, và K

(Theo Bùi Minh Lý và cộng sự, 1985)

g Hàm lượng Iod

- Hàm lượng Iod trong một số loài rong nâu dao động 0,05÷0,16% so với rong khô tuyệt đối

¾ Các quá trình biến đổi của rong nguyên liệu sau thu hoạch

a Quá trình phá vỡ cấu trúc cây rong và phân giải các hợp chất keo rong polymer glucozide

Trên rong biển thường chứa khoảng 20 loại vi sinh vật khác nhau, có nhiều loại chuyên phân hủy keo rong (agar, alginic) Các loại vi sinh vật này rất thích nghi với sự

có mặt của các muối có trong thành phần nước biển Khi cây rong còn sống nó tạo ra các chất kháng khuẩn để chống lại các hoạt động của các vi khuẩn này Khi cây rong đã chết không còn khả năng trên, vi sinh vật sẽ xâm nhập vào thân cây rong và phá hủy tế bào của nó, phân hủy các chất keo rong Nếu cứ để môi trường nước biển bám trên cây rong thì càng làm cho vi sinh vật phá hủy cây rong trong thời gian ngắn Đồng thời

trong rong biển có chứa các enzyme đặc hiệu có khả năng thủy phân các chất polymer keo rong thành các thành phần đơn giản, đặc biệt chúng hoạt động trong điều kiện độ

ẩm cao và làm cho tế bào rong bị phá hủy Hiện tượng này gọi là hiện tượng tự phân của tế bào cây rong

b Sinh nhiệt do hô hấp tế bào

Sau khi rong vớt lên khỏi mặt nước, rong biển vẫn tiếp tục hô hấp trong một thời gian ngắn nữa Quá trình hô hấp tế bào sẽ sinh ra nhiệt lượng làm cho khối rong nóng lên nếu không chú ý làm tản nhiệt cho khối rong Khi nhiệt tỏa ra làm cho nhiệt tăng cao sẽ góp phần tích cực vào quá trình phá hủy tế bào và các hợp chất polymer

c Quá trình thối rữa

Sau quá trình phá hủy cấu trúc và thủy phân các hợp chất keo rong là quá trình phân hủy tiếp tục các chất có trong rong biển như agar, alginate, cellulose, protein… tạo thành các hợp chất thối rữa

d Ảnh hưởng của phương pháp làm khô và chậm làm khô rong biển

Sau thu hoạch rong phải được sơ chế kịp thời, nếu để chậm làm khô rong sẽ bị

hư hỏng Rong được xử lý ngay (rửa ngay, phơi ngay) sẽ hạn chế hoạt động của enzyme nội tại, giảm cường độ hô hấp của tế bào Đồng thời hạn chế được sự phát triển của vi sinh vật ngoại có khả năng phá hủy các chất keo rong Chẳng hạn khi rong được rửa và làm khô ngay có độ nhớt của alginate là 595 cp, trong khi đó rong chậm xử lý sau 3 ngày chỉ đạt 379 cp Phương pháp sấy cho độ nhớt là 540 cp còn phương pháp phơi cho độ nhớt 595 cp

Bảng 2.2: biến đổi của độ nhớt và hiệu suất thu alginate của nguyên liệu theo phương

pháp làm khô và chậm làm khô

(Nguồn: Trần Thị Luyến và cộng sự, 2004)

• Phương pháp phơi: phơi là một phương pháp làm khô cổ truyền sử dụng năng lượng của ánh sáng mặt trời để làm khô nên phương pháp này không tiêu tốn năng lượng, không cần thiết bị mà lại rất đơn giản, dễ thực hiện ở mọi nơi Trong quá trình phơi, rong được làm khô đều do quá trình quá trình trao đổi nhiệt với môi trường diễn ra thuận lợi, điều này còn thể hiện rõ nếu rong được phơi ở trạng thái treo Mặt khác, dưới tác dụng của tia sáng mặt trời, một số sắc tố có trong rong sẽ bị mất màu làm tăng độ trắng và chất lượng của keo alginate natri thành phẩm

• Phương pháp sấy: trong phương pháp sấy ta phải tiêu tốn một nhiệt lượng và cần phải có thiết bị để làm khô rong Trong quá trình sấy mặc dù nhiệt độ đã được điều chỉnh nhưng rất khó kiểm soát Mặc dù rong được sấy trên các khay nên sẽ trao đổi nhiệt bằng đối lưu với không khí Đồng thời nhiệt độ của các tầng dưới cao hơn các tầng trên Điều này dẫn đến quá trình làm khô rong không đều Do đó độ nhớt và hiệu suất giảm đi đáng

kể dưới tác dụng của nhiệt độ Để hạn chế được điều đó ta cần phải đảo đều rong trong suốt quá trình sấy, thao tác này khi thực hiện không được thuận lợi và nếu khối lượng rong đem vào sấy lớn thì thao tác càng khó khăn hơn (Trần Thị Luyến và cộng sự, 2004)

2.2 Alginic acid và keo alginate

2.2.1 Giới thiệu chung về alginate và các loại keo alginate

Trong rong nâu có chứa một hợp chất quan trọng là alginic Alginic là polysaccharide có tính axit, loại axit này rất khó hòa tan Từ alginic sẽ thông qua các

phản ứng với kiềm sẽ tạo nên một số hợp chất từ alginic Sau khi tạo muối sẽ làm thay đổi tính tan và tạo nhiều công dụng hơn

Alginate natri là muối của alginic với natri, khi cho alginic tương tác với kiềm hóa trị I như NaOH, Na2CO3 hoặcNa2HPO4, Na2SO3…

Alginate canxi là muối của alginic với Ca++ khi cho alginic tương tác với CaCl2, CaCO3, Ca(OH)2…

Alginate amonium là muối của alginic với NH4 khi cho alginic tương tác với

NH4OH hoặc kiềm amonium khác

Hợp chất muối alginate amonium có nhiều công dụng trong quốc phòng và y tế Alginate propylene glycol là dạng ester tạo thành khi hóa hợp alginic với propylene glycol có nhiều ứng dụng trong công nghệ nước hoa, làm chất giữ mùi cho các sản phẩm tạo mùi thơm

Alginic axit được phát hiện đầu tiên bởi Stanford (1881) Năm 1975, Booth đã viết về lịch sử công nghiệp alginte dựa theo các kết quả nghiên cứu của Stanford Therley đã tiến hành chiết rút alginate thô ở Orkney vào năm 1923 và bắt đầu hình thành công nghệ sản xuất alginate Năm 1927, Therley đã chuyển sang San Diego và công ty của ông ta đã sản xuất alginate cho đồ hộp rau quả Sau đó công ty đã đặt tên là Kelp Products Corp và đến năm 1929 được tái thành lập có tên là công ty Kelco (Kelco company) Tại Anh, alginate được sản xuất mạnh mẽ và sớm nhất những năm 1934-1939 Còn ở Na Uy, alginate được sản xuất sau chiến tranh thế giới thứ hai Đến năm 1981 sản xuất alginate lan sang nhiều nước trên thế giới, đã có 17 nhà máy ở 9 nước khác nhau sản xuất alginate (Na Uy, Pháp, Nhật, Mỹ, Canada, Tây Ban Nha, Chi

Lê, Liên Xô Cũ, Ấn Độ) Hai công ty sản xuất alginate lớn nhất thế giới là Kelco Company ở mỹ và công ty công nghiệp sản xuất alginate ở UK, với sản lượng 70 % mức sản lượng của thế giới Tiếp theo là đến công ty Proten A/S của Na Uy, và các công ty của Nhật, Pháp, sản lượng trung bình đạt 7.000÷8.000 tấn/ năm

2.2.2 Đặc điểm, cấu tạo

¾ Đặc điểm, cấu tạo Alginic

Alginic thuộc polysaccharide nhưng chứa nhóm carboxyl (-COOH) trong phân

tử cho nên thường gọi là axit alginic hay polysaccharide có tính axit

Theo NiWa (1940) cho rằng đơn vị cấu trúc của alginic là Uronic có công thức phân tử là (C24H30O23) Chapman thì cho rằng alginic là dạng trùng hợp thoát nước của

D – manuronic có công thức (C5H9O5COOH) và công thức hóa học tương đương của alginic là (C6H8O6)n Hai thuyết tương tự nhau, n = 80÷83 do vậy có sự trùng hợp rất lớn

Hình 2.2: công thức cấu tạo acid alginic

Hình 2.3: công thức cấu tạo alginate natri

(Nguồn:http://www.google.com.vn/#q=g%C3%ADa+b%C3%A1n+alginate+natri&hl=vi&rlz=1)

• Alginate canxi

Công thức phân tử: [(C5H7O4COO)2Ca]n

Hình 2.4: công thức cấu tạo alginate canxi

(Nguồn:http://www.fao.org/docrep/006/y4765e/y4765e08.htm)

• Alginate amonium

Công thức phân tử: (C5H7O4COONH4)3

Hình 2.5: công thức cấu tạo alginate amonium

(Nguồn: Trần Thị Luyến và cộng sự, 2004)

Công thức phân tử: C5H7O4COOCH2-CH(OH)-CH3

Hình 2.6: công thức cấu tạo alginate propylen glycol

(Nguồn: cellulose-sodium-chlorite-sodium-diacetate-sodium-erythobate-sodium-

Alginic hòa tan trong dung dịch kiềm hóa trị I và tạo dung dịch muối kiềm có độ nhớt cao Chẳng hạn alginic hòa tan trong dung dịch hydroxit natri và tạo thành dung dịch alginate natri có độ nhớt cao: alginic + Hydroxit natri = muối kiềm hòa tan

Khi cho axit mạnh tác dụng với muối kiềm thì alginic được tách ra kết tủa nổi lên bề mặt dung dịch: Muối kiềm + axit vô cơ = alginic

Tính chất này rất quan trọng được ứng dụng trong quy trình chiết suất alginic

¾ Tính chất muối alginate

a Muối alginate kim loại hóa trị I (alginate natri): dễ hòa tan trong nước, tạo dung dịch keo nhớt, có độ dính, độ nhớt cao, khi làm lạnh không đông, khi khô trong suốt có tính đàn hồi

b Muối alginate hóa trị II (alginate canxi, alginate magiê…): không hòa tan trong nước, tùy theo kim loại mà có màu khác nhau Khi muối ẩm thì dẻo dễ uốn hình, khi khô rất cứng, rất khó thấm nước, nhờ có tính chất này mà alginate có rất nhiều công dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

c Bột alginate rất dễ bị giảm độ nhớt nếu không được bảo quản ở nhiệt độ thấp

Độ nhớt của dung dịch alginate 5 % sẽ bị giảm đi một nửa ngay cả khi bảo quản ở nhiệt

độ 300C trong thời gian từ 5÷10 ngày Có thể dùng các chất bảo quản như: axit benzoic, axit sorbic, axit dehydro acetic cho các alginate dùng cho thực phẩm Còn nếu alginate dùng cho kỹ thuật có thể dùng formol hoặc Pentaclorophenol để bảo quản

d Khác với agar khi giảm nhiệt độ thì dung dịch alginate cũng không đông lại, ngay cả khi làm lạnh và tan giá thì độ nhớt và bề ngoài cũng thay đổi

e Khả năng gắn với các kim loại bằng liên kết tĩnh điện: alginic có khả năng gắn với các ion kim loại tạo ra các loại muối khác nhau

¾ Khả năng tạo gel của alginic

Alginic có khả năng tạo gel với ion kim loại hóa trị II, đặc biệt tạo gel bền với Ca++(kể cả canxi phosphate, canxi carbonate, canxi clorua, canxi citrate) trong điều kiện nhiệt độ phòng và pH= 4÷10 Tham gia tạo gel trong trường hợp này do tương tác tĩnh điện qua cầu canxi, vì thế gel này không thuận nghịch với nhiệt và ít đàn hồi Trong cơ chế tạo gel, hai nhóm carborxyl ở trên hai đoạn tương tự kề nhau trong các phân tử alginate sẽ tương tác chéo ngang với ion Ca, tạo ra lỗ hổng “ nhốt” canxi vào giữa và hình thành cấu trúc mạng lưới gel, gọi là kiểu liên kết “vỉ trứng” (Egg – box)

Hình 2.7: các phân tử alginate cấu trúc mạng lưới gel alginate canxi, dạng vỉ

trứng

(Nguồn:http://www.fao.org/docrep/006/y4765e/y4765e08.htm)

Hình 2.8: mô hình tạo gel canxi alginate

(Nguồn: Trần Thị Luyến và cộng sự, 2004)

2.2.4 Độ nhớt dung dịch sodium alginate

Alginate natri có độ nhớt cao ngay cả ở nồng độ thấp Độ nhớt của nó tăng lên theo nồng độ alginate natri hòa tan và giảm theo chiều tăng của nhiệt độ Khi còn nằm trong vách tế bào, alginate natri có độ nhớt rất cao, nhưng khi tách chiết độ nhớt giảm

đi đáng kể Độ nhớt của alginate natri phụ thuộc rất nhiều yếu tố:

- Khối lượng phân tử trung bình càng lớn thì độ nhớt dung dịch càng cao

- Nồng độ dung dịch alginate natri càng lớn, độ nhớt càng cao

Bảng 2.3: sự biến thiên độ nhớt (tính bằng mP.s) theo nồng độ dung dịch alginate natri

- Nhiệt độ: khi tăng nhiệt độ, độ nhớt giảm 2,5% cho 10C Khi đun nóng rồi làm nguội thì độ nhớt của dung dịch alginate natri quay về giá trị thấp hơn giá trị ban đầu một ít Ngược lại khi hạ thấp nhiệt độ đến điểm đông đặc, rã đông sau đó thì không làm giảm độ nhớt của chúng

- Độ nhớt của alginate natri còn phụ thuộc vào pH, ở pH < 5, nhóm COO- bắt đầu

bị proton hóa thành COOH, làm cho lực đẩy tĩnh điện giữa các chuỗi bị giảm, chúng trở nên gần nhau và tạo liên kết hydro làm tăng độ nhớt Nếu tiếp tục giảm pH xuống 3÷4 thì chúng sẽ tạo gel Độ nhớt của alginate natri không bị ảnh hưởng trong khoảng

pH = 5÷11, nhưng khi pH > 11 thì alginate natri bị depolymer hóa từ từ làm giảm độ nhớt (do liên kết glucozid dễ bị phân hủy trong môi trường kiềm)

- Ngoài ra độ nhớt của dung dịch alginate natri còn phụ thuộc vào loài rong, khu vực sinh trưởng của rong, độ trưởng thành, các bộ phận khác nhau của rong, phương pháp tách chiết và quá trình bảo quản

Độ nhớt của alginate là một thông số quan trọng để đánh giá chất lượng của acid alginic Để xác định chỉ tiêu này, người ta đo độ nhớt của dung dịch 1% alginate trong nước

2.3 Các quá trình xử lý trong quy trình sản xuất tham khảo

2.3.1 Quá trình xử lí hóa học

¾ Xử lí formol

Vai trò của formol

- Tăng khả năng khử màu

- Hạn chế vi sinh vật làm hư hỏng keo rong trong chế biến và bảo quản

- Hạn chế protein trong dịch chiết

¾ Xử lí acid

Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy alginic axit tồn tại trong tế bào cây rong ở dạng muối Ca++, Mg++, K+, Na+, nhưng chủ yếu là dạng alginate canxi bền vững nên rất khó tách khỏi tế bào Các chuyên gia Nhật Bản cho rằng lượng canxi nếu trước khi nấu tách ra càng nhiều thì hiệu suất thu hồi alginate natri càng cao

Vì thế cần xử lí trong môi tường axit trước khi nấu tách alginate natri để nhằm

- Tách ion kim loại II bền vững (Ca++, Mg++)

- Làm mềm cellulose, làm yếu thành tế bào để tạo điều kiện cho quá trình nấu chiết

2.3.2 Quá trình nấu tách alginic

¾ Môi trường nấu

a Bản chất môi trường nấu

Alginic axit có thể tương tác với kiềm I để tạo muối kiềm alginate hòa tan và tách ra khỏi tế bào rong nâu

Về nguyên tắc có thể dùng dạng hydroxit, carbonat của kiềm hóa trị I như: natri, kali, amonium hoặc dạng muối Na2SO3, Na2HPO4 (Noburu Suzuki, 1953) khi đó phản ứng tổng quát xảy ra giữa alginic axit và kiềm hóa trị I như sau:

Alg – COOH + MA = Alg – COOM + HA

Ca – Alg + MA = Alg – COOM + CaA

Trong đó:

MA: dung dịch hydroxyt hoặc carbonat của kiềm hóa trị I; HA: axit tạo thành sau phản ứng

Alg –COOH: alginic

M: kim loại hóa trị I

A: OH hay CO3, SO3, HPO4

Phản ứng hóa học diễn ra khi nấu chiết trong một số môi trường cụ thể như sau: Nấu bằng dung dịch Na2CO3:

2(C5H7O4COOH)n + nNa2CO3 = 2(C5H7O4Na)n + nH2O + nCO2

alginic(không hòa tan) alginate natri (hòa tan)

b Hàm lượng và nồng độ kiềm trong dung dịch nấu

Hàm lượng kiềm, nồng độ kiềm cần đạt mức hợp lý vừa nhanh chóng phá vỡ cấu trúc tế bào và tác dụng triệt để với alginic tạo thành alginate natri nhưng phải ít làm ảnh hưởng đến liên kết glucosit của alginic Nếu liên kết glucosit của alginic bị phá hủy

sẽ làm cho tính keo nhớt bị giảm đi, chất lượng kém công dụng giảm

¾ Nhiệt độ và thời gian nấu

Trong quá trình nấu chiết alginic cần nâng nhiệt độ cao hợp lí để nhằm mục đích:

Phá vỡ nhanh tế bào cây rong trong thời gian hợp lí

Thực hiện nhanh và triệt để phản ứng giữa alginic với kiềm tạo alginate natri hòa tan

Tạo điều kiện cho quá trình hòa tan alginate natri trong dung dịch nấu Nhiệt độ quá cao trong môi trường kiềm sẽ làm cho các phân tử alginic cắt mạch làm giảm độ nhớt của chúng

Thời gian nấu phụ thuộc nhiều yếu tố:

Loại rong, thời gian thu hoạch

Nồng độ dung dịch kiềm và lượng kiềm

Modun thủy áp (tỷ lệ dung dịch nấu/ rong khô)

Nhiệt độ và thiết bị nấu

Trong từng trường hợp phải xác định thời gian nấu phù hợp để nhằm phá vỡ triệt

để các tế bào cây rong nhằm tạo phản ứng giữa alginic với kiềm tạo alginate natri hòa tan được xảy ra hoàn toàn thì hiệu suất chiết cao Tuy nhiên thời gian quá dài cũng làm cho mạch polymer của alginic bị cắt và giảm độ nhớt của nó

¾ Lượng nước nấu (Modun thủy áp)

Lượng nước nấu cần hợp lí Nếu lượng nước nấu thấp quá làm cho nồng độ chất keo cao dẫn đến khả năng hòa tan keo rong từ nguyên liệu ra dung dịch giảm, độ nhớt tăng gây cản trở cho khâu lọc dẫn đến hiệu suất quy trình giảm Nếu lượng nước nấu quá cao: sẽ gây cồng kềnh cho sản xuất, giảm năng suất dây chuyền, khả năng cắt mạch glucosit lớn gây giảm chất lượng của alginate

2.3.3 Tách tạp chất và tinh chế alginic

¾ Tách tạp chất cơ học

- Sử dụng các phương pháp lọc như: ly tâm, lắng đọng, lọc ép v.v… để tăng cường tốc độ lọc, cần duy trì nhiệt độ hỗn hợp ở 700C để giảm độ nhớt lọc sẽ dễ dàng hơn

- Nếu dịch lọc quá đặc cần pha loãng bằng nước nóng để dễ lọc hơn Lượng nước nóng cần dùng sao cho tổng thể tích dịch lọc V < 40 lit/1 kg rong khô

¾ Tách tạp chất hòa tan

Sau khi lọc thu được dung dịch alginate thô còn chứa nhiều các hợp chất hòa tan

Từ đặc điểm này có thể dùng các phương pháp như: phương pháp dùng alcol, phương pháp axit hóa, phương pháp canxi hóa

- phương pháp canxi hóa

Dùng CaCl2 bổ sung vào dịch lọc, tạo alginate canxi kết tủa

Ưu điểm:

• Dùng phương này khi có nhu cầu sản xuất alginate canxi…

• Dễ loại nước và tạp chất

• Alginate canxi chứa ít tạp chất

Nhược điểm: muốn sản xuất alginic phải qua bước axit hóa

Các phản ứng xảy ra:

2(C5H7O4COONa)n + nCaCl2 = [(C5H7O4COO)2Ca]n + 2n NaCl

[(C5H7O4COO)2Ca]n + nH2SO4 = (C5H7O4COOH)n + nCaSO4

¾ Tẩy màu, tinh chế alginic

Các chất màu của rong nâu thường là các hợp chất của phenol, poly phenol khá bền vững Trong một số trường hợp theo yêu cầu sử dụng cần phải tẩy màu cho keo rong nâu

Có thể dùng H2O2, NaOCl VÀ KMnO4 để tẩy màu cho keo rong nâu

2.4 Công dụng của alginate

Algin là một chất có nhiều giá trị Nó có nhiều công dụng do có tính chất nhầy, tính nhũ tương hóa và tính làm bền nhũ tương

2.4.1 Ứng dụng trong công nghiệp dệt

- Alginate có độ nhớt cao, tính mao dẫn kém, khi khô trong suốt, bóng và có tính đàn hồi tốt Vì thế người ta dùng hồ vải cho sợi bền và chịu được cọ sát, giảm bớt tỉ lệ sợi đứt và nâng cao hiệu suất dệt, sợi và vải hồ alginate sẽ bền hơn Khi hồ alginate lên vải, làm khô rồi nhúng vải vào muối kim loại như Fe2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+…thì vải sẽ có màu sắc tự nhiên và khả năng chống thấm nước

- Trong công nghiệp in hoa alginate natri là chất tạo cho thuốc nhuộm có độ dính cao đáng kể Ngoài ra còn dùng làm vải không thấm nước Alginate cho vào phẩm in làm cho phẩm in có độ bám dính tốt, khả năng gắn màu cao dùng để in rất tốt, đặc biệt dùng để in các loại vải hoa thì hoa không bị nhòe in rất rõ nét

2.4.2 Ứng dụng trong tơ nhân tạo:

Dung dịch alginate nếu phun qua những lỗ nhỏ vào muối kim loại hóa trị II hay axit thì hình thành sợi tơ Qua nghiên cứu người ta thấy rằng tơ nhân tạo alginate tương đối bền Trong sản xuất tơ nhân tạo và các sản phẩm không cần nhuộm màu alginate được ứng dụng rất hiệu quả Ngoài ra phun dung dịch keo sodium alginate qua các lỗ nhỏ, sấy khô rồi cho vào các muối kim loại hóa trị II trở lên ta được sợi tơ có màu sắc không cần nhuộm Tơ này chịu được nhiệt độ nên để làm các mặt hàng chịu lửa

2.4.3 Ứng dụng trong công nghiệp giấy

Alginate hồ lên giấy làm cho giấy bóng, dai, không gãy, mức độ khô nhanh, viết trơn, giấy hồ alginate natri còn làm tăng tính chịu nóng, do đó còn làm nguyên liệu để chế giấy chống cháy

Alginate được dung làm chất trị bệnh nhiễm phóng xạ vì khi người bệnh ăn alginate natri thì nó kết hợp với stronti rồi thải ra ngoài Trong công nghệ bào chế thuốc alginate natri được sử dụng làm chất ổn định, nhũ tương hóa hay chất tạo đặc cho dung dịch, làm vỏ bọc thuốc, làm chất phụ gia chế các loại thức ăn kiêng

2.4.5 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

Khi làm kem, algin được dùng để ổn định kem, tạo sự mịn màng và ngăn cản sự tạo thành tinh thể đá to

Alginate cũng được làm chất ổn định, tăng độ đặc trong chế biến chocolate, sữa đặc…

Trong sản xuất rượu bia, nước giải khát cũng như trong việc xử lí nước sinh hoạt alginate natri được dùng để làm trong và làm sạch nước Một hợp chất của axit alginic

Lamizell tạo ra được một độ nhớt đặc biệt và có khả năng kích thích ăn ngon miệng, do

đó rất được quan tâm trong sản xuất thực phẩm

Alginate natri cũng được dùng trong một số thực phẩm ăn kiêng vì: 1 g alginate natri chỉ cung cấp 1,4 Kcal

Với những thực phẩm có độ axit cao không thể dùng alginate natri được thì propylene – glycol alginate là chất thay thế rất tốt vì nó bền được cả trong vùng pH = 0÷3

2.4.6 Ứng dụng trong công nghệ mỹ phẩm

Alginate rất quan trọng, nó được dùng trong thuốc nhuộm, thuốc xoa tóc, dầu gội đầu, son, phấn, kem đánh răng…xà phòng có magnesium alginate có thể dùng với nước lợ hay nước biển

Cho alginate vào hỗn hợp nước và mỡ, nó sẽ làm nước và mỡ trộn đều một cách

ổn định như kem đánh răng gồm glycerin xà phòng, bột mùi…được trộn thành dạng nhũ tương ổn định

Alginate là chất làm nền cho phấn, sáp, nước hoa, xà phòng để giữ mùi thơm cho các sản phẩm này

2.4.7 Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất cao su

Alginate natri dùng làm chất tạo sự đông đặc cao su

2.4.8 Ứng dụng trong một số lĩnh vực khác

Alginate natri được tẩm vào gỗ làm cho gỗ lâu mục Alginate natri được khảo cứu để làm sợi may trong việc phẫu thuật Alginate natri cũng được dùng để lắng trong nước chiết củ cải đường trong việc sản xuất đường Alginate natri còn được dùng làm môi trường nuôi cấy vi khuẩn

Alginate dùng làm chất tạo đông, Ở nhiệt độ 200C, dung dịch Alginate nồng độ

1 % có độ nhớt 1.500÷3.000 cp, trong đó cồn dán (gồm arabic) có độ nhớt nhỏ hơn 30

dai, mặt nạ phòng độc, găng tay y học Alginate còn được sử dụng làm chất mang trong

kỹ thuật cố định tế bào, làm môi trường cố định enzyme

Khi trộn với gelatin, alginate làm giảm điểm nóng chảy của gelatin nên nó được dùng làm phim ảnh, kết hợp với các ion kim loại cho các sẩm có độ bền cao Kết hợp với cellulose tạo các chất cách điện, với propylene – glycol tạo các loại sơn, chất giữ mùi Dùng làm chất thuộc da

Alginate là thành phần không thể thiếu được trong thuốc hàn răng

Chương 3

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu

Rong Mơ Sargassum spp được cung cấp bởi công ty XNK HÀNG XANH Rong

có nguồn gốc từ Nha Trang với đặc tính: rong khô, sạch sẽ, không mốc, không thối, không giòn gãy và được bảo quản ở 100C

Trước khi đưa vào sản xuất rong được ngâm rửa trong nước ngọt từ 1,5÷2 giờ cho sạch tạp chất và muối còn lại

CaCl 2 10%

Ly tâm

Để đánh giá kết quả thí nghiệm, chúng tôi tiến hành xét dựa trên các chỉ tiêu sau:

- Hiệu suất chiết xuất

- Độ nhớt của alginate natri thu được: đây là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng sản phẩm

- Màu sắc sản phẩm

Qua phân tích thống kê chúng tôi chọn các thông số tối ưu ở từng giai đoạn và đưa vào quy trình

3.4 Nội dung nghiên cứu

3.4.1 Thí nghiệm 1: khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian ngâm rong trong dung dịch formol 1%

Rong nguyên liệu (20 g) sau khi rửa sạch được xử lí với dung dịch formol 1% ở mức tỷ lệ trọng lượng nguyên liệu (g) ÷ thể tích dung dịch formol (ml) là: W÷V = 1÷20 với thời gian ngâm xử lí khác nhau như sau: 5 giờ, 10 giờ, 16 giờ, 20 giờ, 22 giờ

Nguyên liệu rong sau khi được xử lí với thời gian ngâm formol như trên sẽ được vớt ra rửa sạch với nước ngọt và được tiến hành các giai đoạn tiếp theo như quy trình đã nêu

Sau khi thực hiện chiết rút thu được dung dịch alginate natri, rồi lọc thô, lọc tinh sau đó tiến hành đo độ nhớt và quan sát màu sắc alginate natri thu được Sau mỗi thí nghiệm sẽ tính hiệu suất chiết xuất của alginate natri thành phẩm Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố và các nghiệm thức được lặp lại 3 lần

3.4.2 Thí nghiệm 2: khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HCl

Rong nguyên liệu (20 g) rửa sạch rồi xử lí trong dung dịch formol với thông số tối ưu đã chọn ở thí nghiệm 1, rong tiếp tục được xử lí trong dung dịch axit HCl với mức tỷ lệ trọng lượng nguyên liệu (g) ÷ thể tích dung dịch axit (ml) là: W÷V = 1÷20 với các mức nồng độ khác nhau như sau: 0,1%; 0,3%; 0,5%; 0,7% Nguyên liệu rong sau khi đựơc xử lí bằng formol và axit với các thông số tối ưu đã chọn sẽ được vớt ra rửa thật sạch với nước ngọt và được tiến hành các giai đoạn tiếp theo như quy trình đã nêu

Sau khi thực hiện chiết rút thu được dung dịch alginate Natri, rồi lọc thô, lọc tinh sau đó tiến hành đo độ nhớt và quan sát màu sắc alginate natri thu được Sau mỗi thí nghiệm sẽ tính hiệu suất chiết xuất của alginate natri thành phẩm Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố và các nghiệm thức được lặp lại 3 lần