FUCOIDAN TỪ LOÀI RONG S. POLYCYSTUM
Hiện có nhiều phương pháp thu nhận fucoidan từ rong nâu. Tuy vậy mỗi phương pháp đều có những hạn chế nhất định. Để có thể có một quy trình thu nhận fucoidan phù hợp với rong S. polycystum, tôi tiến hành nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho quá trình thu nhận fucoidan từ loài rong S. polycystum như sau :
Xác định điều kiện chiết rút fucoidan ra khỏi nguyên liệu rong S. polycystum : Tiến hành 4 mẫu thí nghiệm, mỗi mẫu 50 g rong S. polycystum để nghiên cứu thu nhận fucoidan bằng một số phương pháp chiết khác nhau : mẫu 1 chiết rút fucoidan ra khỏi rong nâu trong dung dịch CaCl2 có gia nhiệt ở nhiệt độ 900C, mẫu 1 chiết rút fucoidan ra khỏi rong nâu trong môi trường nước nóng, mẫu 3 chiết rút
fucoidan ra khỏi rong nâu trong môi trường axit HCl pH =2 ở nhiệt độ 1000C, mẫu 4 chiết rút fucoidan ra khỏi rong nâu trong môi trường axit HCl 0.1N ở nhiệt độ thường. Kết quả đánh giá quá trình thu nhận thể hiện ở bảng 3.4.
Bảng 3.4. Kết quả đánh giá quá trình chiết fucoidan từ rong nâu S. polycystum
STT Mẫu thí
nghiệm Trạng thái dung dịch Hàm lượng fucoidan (% so với trọng lượng rong khô) 1 1 Dịch chiết thu được trong 2.07
2 2 Dịch chiết trong 3.54
3 3 Dịch ở trạng thái lỏng, trong 2.48 4 4 Dịch chiết thu được sánh 1.85
Nhận xét
Từ kết quả đánh giá quá trình chiết fucoidan từ rong nâu S. polycystum thể hiện trong bảng 3.4, cho thấy mẫu 1 chiết rút fucoidan trong môi trường trong dung dịch CaCl2 ở nhiệt độ 900C thì dịch chiết thu được sẽ trong và dễ lọc, dễ làm sạch, dịch chiết chỉ có chứa polysaccharide là fucoidan và laminaran. Tuy nhiên alginate bị kết tủa trong màng tế bào làm cho fucoidan không tan hết ra dịch chiết gây tổn thất một lượng fucoidan nên hàm lượng fucoidan thu được thấp, chỉ đạt 2.07 % so với trong lượng rong khô.
Mẫu 2 – chiết rút fucoidan trong môi trường nước nóng cho kết quả hàm lượng fucoidan thu được cao nhất và hàm lượng fucoidan thu được đạt tới 3.54 % so với khối lượng rong khô.
Mẫu 3 - ngâm chiết fucoidan trong môi trường axit loãng có gia nhiệt thì hàm lượng fucoidan thu được cũng không cao, chỉ đạt 2.48% so với khối lượng rong khô. Nguyên nhân là do tổn thất một lượng fucoidan trong quá trình gia nhiệt. Ở pH = 2, alginate sẽ tủa, tủa alginate trong tế bào thì sẽ gây cản trở quá trình trích li fucoidan, làm tổn thất một lượng fucoidan trong bã rong.
Mẫu 4 sử dụng axit loãng không gia nhiệt để chiết rút fucoidan thì dịch chiết sánh, rất khó lọc sạch và hàm lượng fucoidan thu được cũng rất thấp, chỉ đạt 1.85% so với khối lượng rong khô.
Từ những nhận xét ở trên, cho thấy quá trình tách chiết fucoidan đạt hiệu suất cao nhất khi sử dụng phương pháp chiết rút fucoidan trong môi trường nước nóng. Tuy nhiên khi tiến hành sản xuất fucoidan thì nguồn nguyên liệu đi từ rong chứ không phải bột rong. Rong có cấu trúc dai và chắc nên quá trình phá vỡ cấu trúc tế bào rong để giải phóng fucoidan rất khó khăn. Do đó, trong công nghiệp sản xuất fucoidan ta có thể bổ sung kiềm vào trong nước xay trước khi gia nhiệt. Mục đích của việc này là làm mềm cấu trúc của tế bào rong biển, tạo thuận lợi cho việc giải phóng fucoidan.
Nghiên cứu tách alginic acid
Để tách alginic acid ra khỏi dịch rong nhằm tinh sạch fucoidan dùng ion Ca2+ để tủa alginic acid trong dịch rong. Nếu sử dụng CaCl2 để tach alginic acid thì cần loại ion Ca2+ dư ra khỏi dịch rong trước khi tủa fucoidan, vì ion Ca2+ dư gây rửa giải tủa fucoidan, đồng nghĩa làm tổn thất một lượng fucoidan.
Có hai phương pháp để loại ion Ca2+ là :
Dùng nhựa trao đổi ion dương để hấp phụ với các ion dương và giữ chúng trên hạt nhựa trao đổi.
Cho dung dịch rong chạy qua máy lọc rây phân tử MWCO 1kDa. Cho dịch rong chạy qua thiết bị lọc rây phân tử thì thời gian lâu, dẫn đến hiệu suất thu hồi fucoidan cũng không cao. Nên cách cho hiệu quả cao nhất là sử dụng nhựa trao đổi để hấp phụ các ion dương do muối điện li. Hơn nữa nhựa trao đổi có thể sử dụng lại bằng cách rửa giải hấp phụ bằng dung dịch axit.
Nghiên cứu tách laminaral
Tách fucoidan trên cột dùng nhựa anionit ví dụ IRA-480, CETAVLON, CETYLPYRIDIUM, HYAMIN ... Lamiraral sẽ theo dịch chảy ra ngoài. Sau khi tách fucoidan ra, ta thu nó bằng cách rửa giải bằng dung dịch muối. Để thu tủa fucoidan ta dùng EtOH làm dung môi tủa.
Dịch chiết sau khi tách alginat cho chạy qua cột nhựa trung tính (nhựa trung tính ví dụ polytefflon), laminaran được cho hấp phụ trên cột, laminaran sẽ bị giữ lại và trong dịch chỉ còn fucoidan. Dùng EtOH để tủa fucoidan trong dịch.
Tủa fucoidan ở nồng độ EtOH thích hợp. Ở nồng độ EtOH chiếm 70% thì fucoidan tủa, lên đến 85% thì laminaral tủa. Vì vậy, để thu được fucoidan thì nồng độ EtOH sử dụng để tủa là 70%.
Bảng 3.5. Kết quả đánh giá quá trình tách laminaral
Phương pháp Đặc điểm Nhận xét
Chất tách
được Chất còn lại trong dịch
Dùng nhựa anion Fucoidan Laminaral Phức tạp, chi phí lớn
Dùng nhựa trung tính Laminaral Fucoidan Chi phí lớn Tủa fucoidan ở EtOH
70%
Fucoidan Laminaral Đơn giản, dễ tiến hành
Từ kết quả đánh giá quá trình tách laminaral trong bảng 3.5, cho thấy phương pháp tủa fucoidan ở nồng độ 70% là phương pháp đơn giản và tốn ít chi phí nhất. Chính vì vậy, trong quá trình sản xuất fucoidan thì phương pháp này là phương pháp tối ưu để thu fucoidan tinh sạch.
Từ những các nghiên cứu ở trên và trên cơ sở một số nghiên cứu của các đồng sự của tôi đáng nghiên cứu về fucoidan, tôi đề nghị sử dụng quy trình sau đây để thu nhận fucoidan từ loài rong S. polycystum:
S. polycystum
Rong/nư ớc = 1/8 NaOH/rong= 1/20 H 2 O 2 /rong= 1/40 45’ = CaCl 2 /b ột rong = 1/10 70 % EtOH 90 0 X ử lí s ơ b ộ T ủa fucoidan L
ọc nhựa trao đổi ion d ương
L
à than ho ạt tính 2 lần D ịch Li tâm tách bã T ủ a Alginate Xay Thu fucoidan
Hình 3.6. Sơ đồ quy trình chiết xuất fucoidan cho hiệu suất chiết cao từ loài rong S. polycystum
Thuyết minh quy trình
Xử lí sơ bộ
Rong biển loài S. polycystum được đem rửa vài lần trong nước máy. Trong quá trình rửa loại bỏ tạp chất như cát, sạn, san hô chết… và các loại rong tạp.
Rong S. polycystum sau khi rửa được cho vào ngâm trong nước máy trong thời gian 1 giờ. Sau đó, ta đổ lượng nước ngâm này đi. Mục đích của quá trình ngâm này là làm hòa tan muối biển vào trong nước ngâm. Hàm lượng muối cao sẽ gây cản trở và làm hòa tan trở lại tủa fucoidan.
Sau khi ngâm rong 1 giờ trong nước máy, ta tiếp tục thêm nước với tỉ lệ rong/ nước là 1/8; đồng thời bổ sung thêm dung dịch NaOH 30% với tỉ lệ NaOH/rong là 1/20. Bổ sung NaOH vào trong lúc ngâm rong với mục đích làm mềm rong, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xay. Đồng thời, kiềm còn có tác dụng phá vỡ cấu trúc tế bào rong biển, tạo thuận lợi cho việc giải phóng các chất cần thiết.
Xay
Nâng nhiệt độ của hỗn hợp rong và nước lên 700C trước khi tiến hành xay. Vì ở nhiệt độ trên 700C thì các polysaccharide mới có thể giải phóng triệt để.
Xay rong bằng máy xay có lưỡi dao cắt chuyển động xoay quanh trục cố định. Thời gian xay là 45 phút. Trong 45 phút xay rong, ta bổ sung dung dịch
H2O2 với tỉ lệ H2O2/rong là 1/40. Tủa alginate
Trong quá trình xay ta cũng đồng thời tủa alginate. Vì alginate kết tủa với canxi trong điều kiện trung tính, nên ta cần trung hòa hỗn hợp rong xay
trước khi cho CaCl2 với tỉ lệ CaCl2/rong là 1/10 vào thùng xay. Li tâm tách bã
Hỗn hợp rong sau khi xay được đem li tâm để thu phần dịch, tách bỏ bã. Lọc cát và than hoạt tính
Dịch rong sau khi lọc vải được lọc qua cột cát và than hoạt tính hai lần. Quá trình lọc này giúp loại bỏ các tủa alginate mịn và các chất rắn nhỏ lơ lửng trong dịch. Sau khi lọc một thời gian, cột cát và than hoạt tính bị tắt nghẽn; ta cần phải rửa sạch cát và than hoạt tính trước khi tiến hành lọc tiếp.
Lọc nhựa trao đổi ion dương
Dịch rong được lọc qua cột nhựa trao đổi ion dương để loại bỏ muối trong dung dịch. Do các hạt nhựa trao đổi ion dương có chứa các gốc âm, có khả năng liên kết với các ion dương như Ca2+ do muối điện li, nên giữ chúng trên bề mặt hạt nhựa. Tủa fucoidan
Sau đó dịch rong được tủa bằng EtOH 900 để thu fucoidan với nồng độ EtOH sử dụng chiếm 70%.
Để một thời gian cho kết tủa lắng xuống hết, gạn bỏ lớp cồn phía trên. Sau khi tủa cồn xong thì tiến hành thu fucoidan bằng cách cho tủa qua thiết bị lọc hút chân không để loại cồn còn lại.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ