luận văn thạc sĩ xác định hiệu suất, đặc trưng tính chất của dịch oligo carrageenan từ rong sụn kappaphycus alvarezii thủy phân bằng axit

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Hoàng XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT, ĐẶC TRƢNG TÍNH CHẤT CỦA DỊCH OLIGO CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN KAPPAPHYCUS ALVAREZII THỦY PHÂN BẰNG AXIT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Nha Trang - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Hồng XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT, ĐẶC TRƢNG TÍNH CHẤT CỦA DỊCH OLIGO CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN KAPPAPHYCUS ALVAREZII THỦY PHÂN BẰNG AXIT Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 8440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC Hƣớng dẫn Hƣớng dẫn TS Phạm Trung Sản TS Đào Việt Hà Nha Trang – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Nha Trang, ngày 14 tháng 12 năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Hoàng LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu hồn thành luận văn này, nhận nhiều giúp đỡ quý báu thầy cô giáo, nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực đồng nghiệp bạn bè Đầu tiên tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Phạm Trung Sản TS Đào Việt Hà tận tình hướng dẫn tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn Tơi chân thành cảm ơn đề tài mã số: TN18/C06 thuộc chương trình Nghiên cứu ứng dụng phát triển cơng nghệ cấp quốc gia hỗ trợ kinh phí cho việc thực Luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Học viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Ban Chủ nhiệm Khoa Hóa học Phịng Đào tạo giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi thực luận văn hồn thành thủ tục cần thiết Tôi chân thành cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện mặt Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Ứng dụng Công nghệ Nha Trang anh chị em phòng Nghiên cứu ăn mịn Cơng nghệ điện hóa q trình thực luận văn Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè quan tâm, động viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập hoàn thành luận văn Nha Trang, ngày 14 tháng 12 năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Hoàng MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU 11 CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 RONG SỤN 13 1.1.1 Giới thiệu rong sụn 13 1.1.2 Thành phần hóa học rong sụn 13 1.2 TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN VÀ OLIGO CARRAGEENAN 14 1.2.1 Giới thiệu chung carrageenan 14 1.2.2 Phân loại 15 1.2.3 Cấu trúc 16 1.2.4 Đặc trƣng hóa học carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii 17 1.2.5 Oligo Carrageenan ứng dụng 18 1.2.5.1 Oligo carrageenan 18 1.2.5.2 Ứng dụng oligo carrageenan 20 1.2.6 Các phƣơng pháp thủy phân carrageenan thành oligo carrageenan 23 1.2.6.1 Phương pháp hóa học 23 1.2.6.2 Phương pháp vật lý 24 1.2.6.3 Phương pháp sinh học 25 1.2.6.4 Các phương pháp kết hợp 26 1.3 THỦY PHÂN CARRAGEENAN BẰNG PHƢƠNG PHÁP HÓA HỌC 27 1.3.1 Ƣu điểm 27 1.3.2 Nhƣợc điểm 28 1.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 29 1.4.1 Phân tích thành phần hóa học rong sụn 29 1.4.1.1 Phân tích protein tổng số phương pháp Kieldahl 29 1.4.1.2 Phân tích hàm lượng lipid tổng số phương pháp Folch 29 1.4.1.3 Phương pháp phân tích hàm lượng tro 30 1.4.1.4 Phương pháp phân tích độ ẩm rong biển khô 30 1.4.2 Phƣơng pháp phân tích hàm lƣợng carbohydrat tổng sau thủy phân.30 1.4.3 Phƣơng pháp phân tích trọng lƣợng phân tử oligo carrageenan 30 1.4.3.1 Bằng nhớt kế 30 1.4.3.2 Sắc ký rây phân tử 31 1.4.3.3 Tán xạ ánh sáng tĩnh 32 1.4.4 Phƣơng pháp phân tích cấu trúc oligo carrageenan 35 1.4.4.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 35 1.4.4.2 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) 36 1.4.4.3 Phương pháp phổ khối lượng (MS) 37 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 39 2.2 HÓA CHẤT: 39 2.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39 2.3.1 Phƣơng pháp phân tích thành phần hóa học rong sụn 39 2.3.1.1 Phân tích protein thơ 39 2.3.1.2 Phân tích lipid thô 39 2.3.1.3 Phân tích hàm lượng tro 41 2.3.1.4 Phân tích độ ẩm 42 2.3.2 Phƣơng pháp chiết carrageenan 42 2.3.3 Phƣơng pháp thủy phân tạo oligo carrageenan 43 2.3.4 Phƣơng pháp phân tích hàm lƣợng carbohydrat tổng 43 2.3.5 Phƣơng pháp phân tích trọng lƣợng phân tử phƣơng pháp sắc ký thẩm thấu gel (GPC) 43 2.3.6 Phƣơng pháp phân tích đặc trƣng cấu trúc carrageenan phổ IR 43 2.4 THỰC NGHIỆM 44 2.4.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 44 2.4.1.1 Thu xử lý nguyên liệu 45 2.4.1.2 Chiết carrageenan 45 2.4.2 Thủy phân rong sụn axít điều kiện khác 47 2.4.2.1 So sánh hiệu suất thủy phân theo nồng độ axit 47 2.4.2.2 So sánh hiệu suất thủy phân loại axit theo thời gian 48 2.4.2.3 So sánh hiệu suất thủy phân loại axit theo nhiệt độ 49 2.4.3 Thu hồi oligo carrageenan 49 2.4.4 Phân tích hàm lƣợng carbohydrat tổng 49 2.4.5 Xác định hiệu suất thủy phân trọng lƣợng phân tử dịch thủy phân 50 2.4.6 Đƣa điều kiện thủy phân tối ƣu cho dịch chiết sau thủy phân 50 2.4.7 Khảo sát khả kích thích sinh trƣởng dịch oligo carrageenan ngô 50 2.5 XỬ LÝ SỐ LIỆU 51 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC RONG SỤN 52 3.2 HIỆU SUẤT THỦY PHÂN THEO CARBOHYDRAT TỔNG 53 3.2.1 Ảnh hƣởng nồng độ axit 53 3.2.1.1 Đánh giá hiệu suất thủy phân hai loại axit 53 3.2.1.2 Lựa chọn nồng độ axit thích hợp 56 3.2.2 Ảnh hƣởng thời gian thủy phân 57 3.2.2.1 Đánh giá hiệu suất thủy phân hai loại axit 57 3.2.2.2 Lựa chọn thời gian thủy phân thích hợp 59 3.2.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ 60 3.2.3.1 Đánh giá hiệu suất thủy phân 60 3.2.3.2 Lựa chọn nhiệt độ thích hợp 62 3.3 TỐI ƢU HÓA CÁC ĐIỀU KIỆN THỦY PHÂN RONG SỤN KAPPAPHYCUS ALVAREZII BẰNG AXÍT VÀ ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH THỦY PHÂN THÍCH HỢP 63 3.3.1 Tối ƣu hóa điều kiện thủy phân 63 3.3.2 Đề xuất quy trình thủy phân carrageenan chiết từ rong sụn Kappaphycus alvarezii phƣơng pháp hóa học sử dụng xúc tác axit 70 3.4 TRỌNG LƢỢNG PHÂN TỬ TRUNG BÌNH CỦA OLIGO CARRAGEENAN 72 3.5 ĐẶC TRƢNG CẤU TRÚC CỦA OLIGO CARRAGEENAN 76 3.6 KHẢ NĂNG KÍCH THÍCH SINH TRƢỞNG CỦA DỊCH OLIGO CARRAGEENAN TRÊN CÂY NGÔ 80 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN 85 4.2 KIẾN NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 94 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 3,6 AG 3,6-AnhydroGalactose 3,6-AnhydroGalactose GPC Gel Permeation Chromatography Sắc ký thẩm thấu gel HMF HydroxyMethylFurfural HydroxyMethylFurfural IR InfraRed Phổ hồng ngoại NMR Nuclear Magnetic Resonance Cộng hƣởng từ hạt nhân PGR Plant growth regulator SLS Static Light Scattering Tán xạ ánh sáng tĩnh XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X Chất điều hịa trƣởng thực vật sinh PHỤ LỤC Hình PL2.1 Phổ hồng ngoại IR mẫu carrageenan Hình PL2.2 Phổ hồng ngoại IR oligo carrageenan thủy phân axit ascorbic Hình PL2.3 Phổ hồng ngoại IR oligo carrageenan thủy phân axit sulfuric Hình PL2.4 Phổ GPC mẫu carrageenan nguyên liệu Hình PL2.6 Phổ GPC mẫu oligo carrgeenan thủy phân % (w/v) bột carrageenan axit ascorbic (0.15 M, 85 phút, 90 OC) Hình PL2.7 Phổ GPC mẫu oligo carrgeenan thủy phân % (w/v) bột carrageenan axit ascorbic (0.15 M, 120 phút, 90 OC) Hình PL2.8 Phổ GPC mẫu oligo carrgeenan thủy phân % (w/v) bột carrageenan axit sulfuric (0.15 M, 60 phút, 90 OC) Hình PL2.9 Phổ GPC mẫu oligo carrgeenan thủy phân % (w/v) bột carrageenan axit sulfuric (0.15 M, 85 phút, 90 OC) Hình PL2.10 Phổ GPC mẫu oligo carrgeenan thủy phân % (w/v) bột carrageenan axit sulfuric (0.15 M, 120 phút, 90 OC) PHỤ LỤC Thơng tin thử nghiệm Qui trình thử nghiệm đƣợc tham khảo theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia khảo nghiệm giá trị canh tác sử dụng giống ngô QCVN 01-56 : 2011/BNNPTNT, nhiên phụ thuộc điều kiện thực tế nên diện tích thử nghiệm nhỏ so với Quy chuẩn nhƣng đảm bảo tỉ lệ cây/m2, liều lƣợng phân bón, cách chăm sóc tiến hành đánh giá suất bám sát theo Quy chuẩn 1.1 Vật liệu thử nghiệm - Giống ngô F1 SSC557 (sản phẩm công ty CP giống trồng miền Nam) 1.2 - Dịch chiết phân bón thủy phân từ carrageenan chiết từ rong sụn Kappaphycus alvarezii Địa điểm, thời gian thực hiện: - Địa điểm thử nghiệm xã Diên Đồng, huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh Hòa - Thời gian thử nghiệm tháng, từ tháng 07/2018 đến tháng 10/2018 Phƣơng pháp thử nghiệm: 2.1 Phương pháp bố trí Thí nghiệm đƣợc bố trí theo hình, có tƣơng ứng với loại phân bón khác Mỗi bao gồm 01 luống đối chứng 03 lƣống phun phân bón với 03 nồng độ đƣờng tổng khác Mỗi luống cách 01 mét cách hàng rào bảo vệ 01 mét Trong luống gồm hai hàng ngô cách 0.5 mét, hàng đƣợc gieo với khoảng cách 0.3 mét, hàng đƣợc gieo khoảng 20 Xung quanh thí nghiệm có băng bảo vệ hàng ngô không phun phân bón Diện tích thử nghiệm khoảng 30m2, diện tích luống 3m2 Ơ THỨ NHẤT: PHUN DỊCH CHIẾT THỦY PHÂN TỪ ACID ASCORBIC LUỐNG Mỗi cách 0.3 m LUỐNG 1A LUỐNG Mỗi luống cách 1.0 m LUỐNG 2A HÀNG HÀNG Mỗi hàng cách 0.5 m LUỐNG 3A hàng khoảng 20 Mỗi LUỐNG 4A Ô THỨ HAI: PHUN DỊCH CHIẾT THỦY PHÂN TỪ ACID SULFURIC LUỐNG 1S LUỐNG 2S LUỐNG 3S LUỐNG 4S Hình PL3.1 Sơ đồ bố trí thử nghiệm phân bón từ dịch chiết rong sụn ngô Sơ đồ thử nghiệm: 2.2 Sơ đồ thử nghiệm đƣợc bố trí theo nhƣ hình PL3.1, với đƣợc phun phân bón đƣợc chiết từ rong sụn phƣơng pháp thủy phân acid Trong ô luống đƣợc phun với nồng độ đƣờng tổng dịch chiết tăng dần Xử lý số liệu 2.3 Sử dụng phần mềm Excel để xử lý số liệu tính tốn thống kê Quy trình kỹ thuật Liều lượng phân bón từ dịch chiết: 3.1 Bảng PL3.1 Hàm lƣợng carbohydrat (mg/L) dịch phân bón thủy phân axit ascorbic Luống 1A 2A 3A 4A Nồng độ đƣờng tổng (mg/L) Đối chứng 70 140 280 Bảng PL3.2 Hàm lƣợng carbohydrat (mg/L) dịch phân bón thủy phân axit sulfuric Luống 1S 2S 3S 4S Nồng độ đƣờng tổng (mg/L) Đối chứng 70 140 280 3.2 Phân bón Bón lót (trƣớc gieo): Tồn phân chuồng, vơi, lân + 60 kg đạm urea 3.2.1 Bón thúc lần 1: Khi ngơ có 4-5 + Phân NPK (30-9-9): 120 - 180kg/ha; Phân Kali Clorua: 40 - 60kg/ha Cách bón: Bón cách gốc - 7cm, kết hợp xới xáo vun cao luống, sau bón lấp đất + Phun phân bón dịch chiết rong sụn: liều lƣợng lít/ 3m2, phun ƣớt 3.2.2 Bón thúc lần 2: Khi ngơ có - + Phân NPK (30-9-9): 90 - 150kg/ha; Phân Kali Clorua: 40 - 80kg/ha Cách bón: bón cách gốc 10 - 15cm, kết hợp xới xáo vun cao luống để tránh đổ hịa lỗng vào nƣớc để tƣới cho ngô đất khô + Phun phân bón dịch chiết rong sụn: liều lƣợng lít/ 3m2, phun ƣớt 3.2.3 Bón thúc đợt 3: Lúc ngô xoắn nõn (10-15 ngày trƣớc trỗ) tác dụng tốt cho q trình phân hóa bắp trỗ cờ + Phân NPK (30-9-9): 90 - 150kg/ha; Phân Kali Clorua: 40 - 80kg/ha Cách bón: bón cách gốc 10 - 15cm, bón trực tiếp vào đất, kéo đất vun lần cuối + Phun phân bón dịch chiết rong sụn: liều lƣợng lít/ 3m2, phun ƣớt 3.3 Chăm sóc: 3.3.1 Vun xới bón thúc: + Khi ngô - lá: Xới vun nhẹ quanh gốc kết hợp với bón thúc lần 1, tƣới nƣớc (để đất đủ ẩm 70 – 80%) tỉa định + Khi ngô - lá: Xới xáo diệt cỏ dại kết hợp với bón thúc lần 2, tƣới nƣớc (để đất đủ ẩm 70 – 80%) vun cao chống đổ - Tƣới tiêu: Đảm bảo đủ độ ẩm đất cho ngơ suốt q trình sinh trƣởng phát triển, đặc biệt ý vào thời kỳ ngô 6-7 lá, xoắn nõn, trổ cờ, chín sữa Sau tƣới nƣớc sau mƣa phải hết nƣớc đọng ruộng ngơ 3.3.2 Phịng trừ sâu bệnh: Phòng trừ sâu bệnh sử dụng thuốc hóa học theo hƣớng dẫn ngành bảo vệ thực vật 3.4 Thu hoạch: - Thu bắp tƣơi thân tƣơi sau phun râu 18-20 ngày - Khi ngơ chín (chân hạt có vết đen khoảng 75% số có bị khơ) chọn ngày nắng để thu hoạch Phƣơng pháp theo dõi, đánh giá 4.1 Chọn theo dõi - Cây theo dõi đƣợc xác định ngơ có từ đến Theo dõi 10 cây/luống gồm 05 hàng, chọn liên tiếp từ thứ đến thứ tính từ đầu hàng ngơ 4.2 Phương pháp đánh giá - Chiều cao (cm): Đo từ gốc sát mặt đất đến đốt phân nhánh cờ hàng (10 luống) - Năng suất đƣợc tính theo công thức: Năng suất (tạ/ha) = (số cây/m2 x số bắp/cây x số hàng/bắp x số hạt/hàng x KL1000 hạt) / 10.000 Hình PL3.2 Cây ngơ sau 20 ngày gieo Hình PL3.3 Cây ngơ sau 50 ngày gieo ... Nguyễn Hoàng XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT, ĐẶC TRƢNG TÍNH CHẤT CỦA DỊCH OLIGO CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN KAPPAPHYCUS ALVAREZII THỦY PHÂN BẰNG AXIT Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 8440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC... chất dịch oligo carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii thủy phân axit? ?? đƣợc chọn đề tài luận văn nhằm đƣa quy trình thủy phân phù hợp cho mục đích sử dụng sản phẩm từ rong sụn làm chất. .. nhƣ chất tăng trƣởng tự nhiên Đặc trƣng chất lƣợng dịch sau thủy phân phụ thuộc nhiều vào điều kiện thủy phân nhƣ nồng độ axit, nhiệt độ thời gian Do đó, ? ?Xác định hiệu suất, đặc trưng tính chất