1.3. ĐIỀU CHẾ ALGINATE KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ THẤP
1.3.2. Các nghiên cứu trong nước điều chế alginate khối lượng phân tử thấp
Trong khi đó, Luan và cộng sự (2003) sử dụng nguồn chiếu xạ Co-60 với cường độ chiếu xạ 75 kGy để chiếu vào dung dịch alginate 4% có khối lượng phân tử trung bình khoảng 9,04x105 Da, sản phẩm thu được là alginate phân tử lượng thấp, có khối lượng trung bình là 1,43x104 Da [140]. Trong một nghiên cứu khác năm 2009, tác giả đã dùng tia (nguồn Co-60) với liều lượng chiếu xạ 200 kGy chiếu vào dung dịch alginate có khối lượng phân tử trung bình 900 kDa, tỷ lệ M/G là 1,3 thu được các oligosaccharide có khối lượng phân tử từ 1 kDa đến 3 kDa [141]. Năm 2012, Luan và cộng sự nghiên cứu điều chế oligoalginate bằng 3 phương pháp: chiếu xạ (nguồn Co-60), dùng H2O2
và kết hợp chiếu xạ với sử dụng H2O2. Khối lượng phân tử trung bình của oligoalginate thu được tương ứng là 7 ÷ 26 kDa, 40 ÷ 77 kDa và 11 ÷ 26 kDa. Kết quả cho thấy khi sử dụng H2O2 thì có tác dụng làm giảm liều lượng chiếu xạ và có thể ứng dụng rộng rãi trong sản xuất nhằm giảm giá thành điều chế oligoalginate [139]. Nguyễn Huỳnh Phương Uyên và cộng sự (2014) đã nghiên cứu hoàn thiện quy trình chế tạo oligoalginate bằng phương pháp chiếu xạ kết hợp xử lý hóa học bằng H2O2 thu được oligoalginate có khối lượng phân tử 14 kDa ở liều 5 kGy + 0,5% H2O2, tương đương khối lượng phân tử oligoalginate thu được khi sử dụng liều chiếu xạ 75 kGy mà vẫn cho hiệu quả cao trên các đối tượng rau thủy canh ở nồng độ 75 ppm, nhưng có ưu điểm nổi trội là tiết kiệm thời gian và chi phí chiếu xạ, tăng hiệu quả kinh tế [25].
1.3.2.2. Điều chế alginate khối lượng phân tử thấp bằng phương pháp hóa học Thủy phân alginate bằng phương pháp hóa học để thu nhận alginate khối lượng phân tử thấp ở nước ta chưa được quan tâm nghiên cứu đúng mức. Bởi vì nhu cầu sử dụng alginate ở nước ta trong một số lĩnh vực thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm chủ yếu là alginate có khối lượng phân tử lớn, có độ nhớt cao. Chính vì vậy, các nghiên cứu phần lớn tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng alginate trong quá trình nấu chiết làm cắt mạch alginate (kiềm, acid) hoặc tẩy màu alginate bằng H2O2. Khi đó, sự cắt mạch alginate bởi các tác nhân hóa học là điều không mong muốn.
Năm 2008, tác giả Chu Đình Kính và cộng sự nghiên cứu sử dụng HCl thủy phân alginate có khối lượng phân tử trung bình 77,75 kDa, tỷ lệ M/G = 1,05 như sau: 5 gam alginate hòa tan trong 500 mL HCl 0,3M, đun cách thủy ở 100oC trong 4 ÷ 5 giờ, để nguội rồi lọc thu kết tủa. Pha loãng kết tủa bằng nước cất về dung dịch alginate khoảng 1% rồi điều chỉnh pH = 7 bằng NaOH 5M. Dùng dung dịch HCl 0,25M điều chỉnh về pH = 2,4. Ly tâm và tách được hai phần, phần kết tủa sấy khô thu được phân đoạn giàu acid guluronic. Phần dịch hòa tan tiếp tục điều chỉnh về pH = 1,3 bằng HCl 0,25M, ly tâm rồi thu được kết tủa, sấy kết tủa thu được phân đoạn giàu acid mannuronic. Các phân đoạn acid guluronic và acid mannuronic thu được có độ tinh sạch cao, khối lượng phân tử trung bình tương ứng là 21,177 kDa và 14,863 kDa và hiệu suất tương ứng là 29% và 6,9% [11].
1.3.2.3. Điều chế alginate khối lượng phân tử thấp bằng phương pháp enzyme Phương pháp thủy phân cắt mạch alginate bằng enzyme ở nước ta vẫn còn trong giai đoạn tìm kiếm, bước đầu đã có nghiên cứu tách chiết được enzyme thủy phân alginate từ một số nguồn vi khuẩn biển, vi khuẩn đất và động vật thân mềm.
Nguyễn Ngọc Hữu (2008) đã nghiên cứu tách chiết được enzyme thủy phân alginate từ loài vi khuẩn Klebsiella sp. có hoạt độ xác định theo phương pháp độ nhớt là 12 mL/20’ (nghĩa là với 12 mL dung dịch enzyme thủy phân cắt mạch alginate làm cho độ nhớt dung dịch alginate 1% giảm xuống 50% trong 20 phút). Nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của enzyme từ 30 ÷ 40oC. Mặt hạn chế của nghiên cứu này là enzyme thu được chưa tinh sạch, chưa xác định được khả năng xúc tác đặc hiệu của enzyme [10].
Nhược điểm khác đó là chủng vi khuẩn Klebsiella sp. là chủng vi khuẩn có khả năng gây bệnh ở con người. Do vậy việc sử dụng chủng vi khuẩn này để sản xuất enzyme không có tính khả thi.
Ngô Thị Duy Ngọc (2012) đã nghiên cứu thu nhận enzyme alginate lyase từ ốc bàn tay (Lambis chiragra) và nhận thấy enzyme có khối lượng phân tử khoảng 32 kDa, nhiệt độ thích hợp cho hoạt động là 40oC, pH thích hợp từ 7,5 ÷ 8,0, nồng độ NaCl 0,2M cho hoạt động cao nhất. Các ion kim loại (Ca2+, Mg2+, Mn2+) có tác dụng hoạt hóa enzyme, còn đối với các ion Ag+, Cu2+, Fe2+, Zn2+ lại ức chế hoạt tính enzyme. Tuy nhiên, enzyme thủy phân này chưa được tinh sạch hoàn toàn [17].
Từ những phân tích trên cho thấy alginate khối lượng phân tử thấp có thể được điều chế bằng nhiều phương pháp khác nhau như: phương pháp vật lý sử dụng tia bức xạ, phương pháp hóa học hoặc phương pháp sử dụng enzyme. Mỗi phương pháp điều chế alginate khối lượng phân tử thấp đều có ưu, nhược điểm riêng. Phương pháp vật lý (phổ biến là sử dụng chiếu xạ) đòi hỏi phải có thiết bị và các điều kiện thí nghiệm nghiêm ngặt. Phương pháp sử dụng enzyme có ưu điểm là không gây ô nhiễm môi trường, sản phẩm sản xuất theo công nghệ “sạch” nên dễ tinh chế và thu nhận. Tuy nhiên phương pháp sử dụng enzyme hiện nay vẫn còn khá mới mẻ ở Việt Nam. Mặt khác hiện chưa có chế phẩm enzyme thủy phân alginate ở dạng thương mại nên việc nghiên cứu và sử dụng enzyme trong thủy phân alginate gặp nhiều khó khăn. Phương pháp hóa học sử dụng trong thủy phân alginate có ưu điểm là giá thành không cao nhưng có nhược điểm sau thủy phân cần phải tinh chế sản phẩm. Tuy nhiên sử dụng phương pháp hóa học trong thủy phân alginate dễ thực hiện và khả năng thành công khá cao, phù hợp với điều kiện nghiên cứu trong nước. Alginate khối lượng phân tử thấp điều chế từ alginate bằng phương pháp thủy phân hóa học (acid) mặc dù trong nước chưa được nghiên cứu nhiều, nhưng thế giới đã có nhiều nghiên cứu.
Việc ứng dụng alginate khối lượng phân tử thấp trong thực tế có liên quan tới phương pháp điều chế alginate khối lượng phân tử thấp. Kết quả tổng quan tài liệu nghiên cứu cho thấy alginate khối lượng phân tử thấp điều chế bằng phương pháp chiếu xạ chủ yếu được ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp (cây trồng, vật nuôi), chưa có nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất thực phẩm. Trong khi đó, các alginate khối lượng phân tử thấp điều chế bằng phương pháp hóa học và phương pháp sử dụng enzyme thủy phân hiện đã bắt đầu được nghiên cứu ứng dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm và y dược. Chính vì vậy để điều chế alginate khối lượng phân tử thấp dùng làm nguyên liệu cho sản xuất thực phẩm chức năng luận án định hướng lựa chọn phương pháp thủy phân alginate bằng tác nhân hóa học (acid).