Luận văn Thạc sĩ Hóa học: Tổng hợp và phân tích đặc tính hóa lý của dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:97

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài "Tổng hợp và phân tích đặc tính hóa lý của dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum" là tinh chế kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum; tổng hợp dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ kappacarageenan. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hóa học: Tổng hợp và phân tích đặc tính hóa lý của dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Đặng Thị Hương TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH LÝ HÓA CỦA DẪN XUẤT CARBOXYMETHYL KAPPA – CARRAGEENAN TỪ RONG ĐỎ KAPPAPHYCUS STRIATUM LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2020
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Đặng Thị Hương TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH LÝ HÓA CỦA DẪN XUẤT CARBOXYMETHYL KAPPA – CARRAGEENAN TỪ RONG ĐỎ KAPPAPHYCUS STRIATUM Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 8440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Lê Đình Hùng Hà Nội – 2020
LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ, ban lãnh đạo và các Phòng ban thuộc Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành khóa học Thạc sĩ Hóa phân tích 2018-2020. Tiếp theo, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo TS. Lê Đình Hùng – Trưởng phòng công nghệ sinh học biển, Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang đã dành trọn tâm huyết, tận tình hướng dẫn, chỉ dạy tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại Viện và hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn các thầy, cô giáo giảng dạy và các anh, chị cùng lớp cao học CHE18 đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi bổ sung, nâng cao thêm kiến thức trong suốt khóa học. Tôi xin cảm ơn các anh chị Phòng Hóa Phân tích và Triển khai công nghệ, Phòng Công nghệ sinh học biển thuộc Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã tạo điều kiện và giúp đỡ những thiếu sót về kiến thức chuyên ngành khi tôi làm thực nghiệm tại Viện. Tôi cũng xin cảm ơn Sở Giáo dục và Đào tạo Khánh Hòa, ban lãnh đạo trường THPT Ngô Gia Tự, trường THPT Nguyễn Văn Trỗi cùng các anh chị đồng nghiệp đã luôn tạo điều kiện trong công việc, động viên và trợ giúp tôi để tôi dành thời gian chuyên tâm làm thực nghiệm đề tài của mình. Cuối cùng tôi xin dành lời cảm ơn gia đình và bạn bè của tôi, đã luôn bên cạnh ủng hộ và động viên, hỗ trợ về mọi mặt để tôi cố gắng vươn lên, tiếp tục con đường học tập của mình. Nha Trang, tháng 10 năm 2020 Học viên Đặng Thị Hương
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Đình Hùng và tham khảo thêm các tài liệu đã được công bố trước đó có nguồn gốc rõ ràng. Các số liệu nêu trong luận văn là kết quả làm việc của tôi trong suốt quá trình thực nghiệm tại Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Nha Trang, tháng 10 năm 2020 Tác giả Đặng Thị Hương
1 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 8 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI. ............................................................................. 8 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI. ........................................................................ 9 3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. ......................................... 9 3.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU. ................................................................... 9 3.2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU. ......................................................................... 9 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. ...................................................................... 9 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI. .................... 10 5.1. Ý NGHĨA KHOA HỌC: ........................................................................... 10 5.2. TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI:........................................................... 10 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ......................................................................... 11 1.1. TỔNG QUAN VỀ RONG BIỂN .............................................................. 11 1.2. TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN. .................................................... 15 1.2.1. Lịch sử nghiên cứu carrageenan........................................................ 15 1.2.2. Cấu trúc của carrageenan. ................................................................. 17 1.2.3. Tính chất lý hoá của carrageenan ..................................................... 19 1.2.3.1. Tính chất của carrageenan ................................................................ 19 1.2.3.2. Tính tan .............................................................................................. 21 1.2.3.3. Nhiệt độ nóng chảy............................................................................. 22 1.2.3.4. Sự tạo gel (gelation) ........................................................................... 22 1.2.3.5. Tính bền acid ...................................................................................... 22 1.2.3.7. Tính thuỷ phân và sự methyl hoá xác định công thức cấu tạo của carrageenan .................................................................................................... 23 1.2.3.8. Độ nhớt ............................................................................................... 23 1.2.4. Ứng dụng của carrageenan từ rong biển. ......................................... 24 1.2.5. Giới thiệu một số kỹ thuật sản xuất carrageenan ............................ 27
2 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CARBOXYMETHYL K- CARRAGEENAN........................................................................................... 30 1.3.1 Tình hình nghiên cứu carboxymethyl -carrageenan trên thế giới. 30 1.3.2. Tình hình nghiên cứu carboxymethyl -carrageenan trong nƣớc . 31 1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CARRAGEENAN VÀ TỔNG HỢP CARBOXYMETHYL K-CARRAGEENAN. ................................................ 33 1.4.1. Phƣơng pháp phân tích thành phần và cấu trúc của carrageenan [69] .................................................................................................................. 33 1.4.1.1. Phương pháp hoá học ........................................................................ 34 1.4.1.2. Phương pháp vật lý ............................................................................ 34 1.4.2. Nghiên cứu cấu trúc của carrageenan............................................... 36 1.4.3. Phƣơng pháp tổng hợp carboxymethyl -carrageenan ........................... 38 CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 40 2.1. VẬT LIỆU, ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU ...................... 40 2.1.1. Vật liệu nghiên cứu: ............................................................................ 40 2.1.2. Dụng cụ - thiết bị - hóa chất ............................................................... 41 2.1.2.1. Dụng cụ .............................................................................................. 41 2.1.2.2. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu ..................................................... 41 2.1.2.3 Hóa chất .............................................................................................. 41 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................ 41 2.2.1. Phƣơng pháp chiết carrageenan ........................................................ 41 2.2.2. Tổng hợp dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan ................. 43 2.2.3. Xác định nhiệt độ đông vào nhiệt độ tan của carageenan............... 44 2.2.4. Xác định độ bền gel (1,5 %) ............................................................... 44 2.2.5. Xác định tính chất, cấu trúc của mẫu carrageenan ......................... 45 2.2.5.1. Xác định hàm lượng 3,6-anhydro-D-galactose ................................. 45 2.2.5.2. Xác định hàm lượng sulfate ............................................................... 47
3 2.2.5.3. Xác định khối lượng phân tử trung bình bằng phương pháp đo độ nhớt .................................................................................................................. 47 2.2.5.4. Xác định mức độ thế nhóm carboxymethyl trong kappa-carrageenan.. ......................................................................................................................... 48 2.2.5.5. Điều chế các hạt vi nang carboxymethyl kappa-carrageenan .......... 49 2.2.5.6. Xác định cấu trúc mẫu carrageenan bằng phổ FT-IR, 13C NMR và 1H NMR................................................................................................................. 49 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 50 3.1. TÍNH CHẤT HÓA LÝ VÀ ĐẶC TÍNH CẤU TRÚC CỦA KAPPA – CARRAGEENAN........................................................................................... 50 3.1.1. Phổ hồng ngoại (FT-IR) của kappa carrageenan ............................ 51 3.1.2. Phổ 13C NMR của kappa carrageenan .............................................. 52 3.1.3. Phổ 1H NMR của kappa carrageenan ............................................... 55 3.2. TÍNH CHẤT HÓA LÝ VÀ ĐẶC TÍNH CẤU TRÚC CỦA CARBOXYMETHYL KAPPA-CARRAGEENAN ....................................... 58 3.2.1. Phổ hồng ngoại của carboxymethyl kappa-carrageenan ................ 58 3.2.2. Phổ 13C NMR của carboxymethyl kappa carrageenan. .................. 60 3.2.3. Phổ 1H NMR của carboxymethyl kappa carrageenan .................... 61 3.2.4. Ảnh hƣởng của tỉ lệ mol monocloacid acetic (ClCH2COOH) đến mức độ thế trong kappa-carrageenan ......................................................... 63 3.2.5. Khối lƣợng phân tử trung bình của carboxymethyl kappa- carrageenan.................................................................................................... 64 3.2.6. Hình ảnh và kích thƣớc hạt carboxymethyl kappa-carrageenan .. 65 4.1. KẾT LUẬN .............................................................................................. 66 4.2. KIẾN NGHỊ .............................................................................................. 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 67
4 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AG: Anhydrogalactose Car: Carrageenan CMKC: Carboxymethyl -carrageenan DS: Mức độ thế ESI-MS: Khối phổ ion hóa điện cực FT-IR: Phổ hồng ngoại (Fourier-Transform Infrared) G4S: D-galactose-4-sulfate DA: 3,6-anhydro-D-galactose IR: Quang phổ hồng ngoại κ: Kappa kDa: kiloDalta LC-MS: Phƣơng pháp sắc ký lỏng ghép cặp khối phổ MCA: Tỷ lệ mol của natri hydroxit và axit monoloroaxetic Mw: Trọng lƣợng phân tử trung bình MS: Phổ khối lƣợng NMR: Cộng hƣởng từ hạt nhân w/v: Khối lƣợng/thể tích ι: Iota λ: Lambda
5 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của các dạng carrageenan khác nhau ....... 17 Hình 1.1: Cấu trúc của κ-carrageenan .................................................. 18 Hình 1.2: Cấu trúc của -carrageenan ................................................... 19 Hình 1.3: Cấu trúc của -carrageenan .................................................. 19 Hình 1.4: Sự chuyển hóa -carrageenan thành κ-carrageenan trong môi trƣờng kiềm ..................................................................................................... 20 Hình 1.5: Sự chuyển hóa -carrageenan thành - carrageenan trong môi trƣờng kiềm ..................................................................................................... 20 Hình 1.6: Sự chuyển hóa -carrageenan thành -carrageenan trong môi trƣờng kiềm ..................................................................................................... 20 Hình 1.7: Sơ đồ tổng hợp carboxymethyl K-carrageenan .................... 31 Hình 2.1: Hình ảnh rong Kappaphycus striatum .................................. 40 Hình 3.1: Phổ FT-IR của kappa carrageenan từ rong đỏ K. striatum... 51 Hình 3.2: Phổ 13C NMR của carrageenan từ rong đỏ K. striatum ........ 52 Hình 3.3: Phổ 1H NMR của kappa-carrageenan từ rong đỏ K. striatum ......................................................................................................................... 55 Hình 3.4: Phổ FT-IR của carboxymethyl kappa carrageenan từ rong đỏ K. striatum ....................................................................................................... 58 Hình 3.5: Phổ FT-IR của kappa carrageenan từ rong đỏ K. striatum... 59 Hình 3.6: Phổ FT-IR của carboxymethyl kappa carrageenan từ .......... 59 Hình 3.7: Phổ 13C NMR của carrageenan từ rong đỏ K. striatum ........ 60 Hình 3.8: Phổ 13C NMR của carboxymethyl kappa-carrageenan từ .... 60 Hình 3.9: Phổ 1H NMR của kappa-carrageenan từ rong đỏ K. striatum ......................................................................................................................... 61 Hình 3.10: Phổ 1H NMR của carboxymethyl kappa-carrageenan........ 62 Hình 3.11: Ảnh hƣởng của tỉ lệ mol monocloacid acetic (MCA)/k- carrageenan đến mức độ thế gốc carboxymethyl trong -carrageenan ......... 63
6 Hình 3.12: Hình ảnh và kích thƣớc hạt carboxymethyl kappa- carrageenan dạng ngậm nƣớc và dạng khô ..................................................... 65
7 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học cơ bản của rong sụn [17] .................... 15 Bảng 1.2: Một số tính chất đặc trƣng của các loại carrageenan [26] ... 21 Bảng 2.1: Các thiết bị chính đƣợc sử dụng trong thí nghiệm............... 41 Bảng 3.1: Thành phần hóa học và tính chất hóa lý của kappa- carrageenan từ rong đỏ K. striatum ................................................................. 50 Bảng 3.2: Độ chuyển dịch hóa học (ppm) của nguyên tử carbon trong phổ 13C NMR của kappa-carrageenan từ rong đỏ K. striatum ........................ 53 Bảng 3.3: Độ chuyển dịch hóa học (ppm) của proton trong phổ 1H NMR của kappa-carrageenan từ rong đỏ K. striatum ..................................... 56
8 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI. Những tiến bộ gần đây trong công nghệ sinh học đã thúc đẩy nhu cầu nghiên cứu các chất mang phù hợp để mang các chất hoạt tính sinh học có khối lƣợng phân tử lớn, nhƣ insulin và cyclosporine [2]; hormone tăng trƣởng [3]; gen và vaccine miễn dịch qua đƣờng miệng [4]. Tuy nhiên có những rào cản quyết định về mặt sinh học khi sử dụng trực tiếp các thuốc có bản chất protein qua đƣờng miệng, một số protein thƣờng bị biến tính trong môi trƣờng acid của dạ dày và bị phân cắt bởi enzyme đƣờng ruột [5]. Sự bọc các thuốc có khối lƣợng phân tử lớn không chỉ bảo toàn cấu hình và hoạt tính của thuốc trong môi trƣờng dạ dày - ruột, mà còn kéo dài thời gian giải phóng và hấp thụ thuốc ở vị trị đích [1]. Trong số các polymer đƣợc dùng để bọc thuốc, các polysaccharide tự nhiên từ rong biển nhƣ carrageenan, alginate và các dẫn xuất của chúng đang đƣợc tập trung nghiên cứu nhiều nhất [6]. Trong số các chất mang có nguồn gốc từ polysaccharide rong biển đƣợc nghiên cứu gần đây, carrageenan và các dẫn xuất của chúng đã đƣợc tập trung nghiên cứu để đóng gói protein, do chi phí thấp, khả năng tái tạo nhanh, không gây độc tế bào, không gây miễn dịch và khả năng phân hủy sinh học nhanh. Đặc biệt các chất mang từ dẫn xuất carboxymethyl của carrageenan, do đƣợc gắn thêm các nhóm (-COOH) linh động trong cấu trúc, nên chúng có mật độ liên kết ngang cao và ngăn chặn sự khuyếc tán của acid trong dạ dày cũng nhƣ enzyme vào bên trong cấu trúc của polysaccharide đã đóng gói protein. Bên cạnh đó, chất mang từ dẫn xuất carboxymethyl của carrageenan còn tạo ra một diện tích tiếp xúc lớn trên bề mặt tế bào để giải phóng protein ra khỏi cấu trúc của chất mang theo sự gia tăng nồng độ để thấm qua màng ruột đến vị trí tế bào đích [7]. Rong đỏ, Kappaphycus striatum, Kappaphycus alvarezii và Eucheuma denticulatum là các loài rong kinh tế, đang đƣợc nuôi trồng rộng rãi ở nƣớc ta cho mục đích sử dụng làm thực phẩm hoặc làm nguồn nguyên liệu để sản xuất carrageenan. Đó là nguồn nguyên liệu phong phú để nghiên cứu phát triển các
9 vật liệu sinh học mới từ rong biển ở Việt nam cho định hƣớng sử dụng làm chất mang thuốc trong tƣơng lai. Trên cơ sở nguồn nguyên liệu rong phong phú đang đƣợc nuôi trồng, tôi tiến hành thực hiện đề tài “Tổng hợp và phân tích đặc tính hóa lý của dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum”. Các kết quả nghiên cứu đạt đƣợc sẽ đóng góp thêm cơ sở dữ liệu các dẫn xuất carrageenan từ rong biển Việt nam để phục vụ cho sử dụng trong y học. 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI. - Tinh chế kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum. - Tổng hợp dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ kappa- carageenan. 3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. 3.1. Đối tƣợng nghiên cứu. Kappa-carrageenan và dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum. 3.2. Phạm vi nghiên cứu. Rong đỏ, Kappaphycus striatum thu thập ở Vịnh Vân Phong, Khánh Hòa. 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.  Tinh chế kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum. Phân tích tính chất hóa lý và cấu trúc của kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum. - Xác định hàm lƣợng carbohydrate. - Xác định hàm lƣợng sulfate. - Xác định hàm lƣợng 3,6-anhydro-D-galactose. - Xác đinh cấu trúc của kappa-carrageenan bằng phổ IR và 13C NMR.  Tổng hợp dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ kappa- carageenan. - Xác định hàm lƣợng carbohydrate.
10 - Xác định hàm lƣợng sulfate. - Xác định hàm lƣợng 3,6-anhydro-D-galactose. - Xác định mức độ carboxymethyl hóa của dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan. - Xác đinh cấu trúc của dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan bằng phổ IR và 13C NMR.  Phân tích tính chất hóa lý, kích thƣớc và cấu trúc của dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ kappa-carrageenan. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI. 5.1. Ý nghĩa khoa học: Các kết quả nghiên cứu của đề tài là số liệu khoa học mới, chƣa từng công bố ở Việt Nam về các phƣơng pháp tổng hợp và phân tích đặc tính hóa lý của dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum. 5.2. Tính thực tiễn của đề tài: Các kết quả đạt đƣợc từ đề tài không chỉ hứa hẹn sử dụng nguồn polysaccharide từ rong biển để làm chất mang các thuốc khác nhau để điều trị các bệnh, mà còn tác động đáng kể về kinh tế và xã hội, thúc đẩy nuôi trồng, khai thác, sử dụng và nâng cao giá trị kinh tế của rong biển nuôi trồng ở nƣớc ta.
11 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ RONG BIỂN Trong đa dạng và vô tận của thảm thực vật đại dƣơng, rong biển là một trong số các loài thực vật có nhiều ứng dụng rộng rãi. Hàng năm đại dƣơng cung cấp cho trái đất khoảng 200 tỷ tấn rong biển. Nhiều nhà khoa học cho rằng trên 90% cacbon trên trái đất đƣợc tổng hợp nhờ quang hợp, trong đó 20% có nguồn ngốc từ rong biển. Rong biển cũng đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Chúng là nguồn nguyên liệu tự nhiên cho công nghiệp thực phẩm (Cải biển Ulva lactuca, bột rong biển, chất tạo gel E400, E401 Alginate–Agar E406, E407, Carrageenan...), mỹ phẩm (chất tạo kết cấu và hoạt hóa), công nghiệp (Phycocolloids, hydrocolloids tạo độ sánh, gel hoặc chất ổn định), thức ăn gia súc, nông nghiệp, trong ngành dƣợc phẩm [8]… Qua các tài liệu tham khảo trong lịch sử và trong thời gian sử dụng lâu dài, không có nguy cơ gây hại sức khỏe nào đƣợc đề cập đến rong biển. Vì vậy, rong biển đƣợc xếp vào loại thực phẩm chức năng ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới. Thật vậy, rong biển là nguồn thức ăn rất giàu dƣỡng chất. Trong các phƣơng pháp dƣỡng sinh của nhiều dân tộc trên thế giới, rong biển đƣợc coi là thức ăn tạo sự dẻo dai, khỏe mạnh về thể chất và tinh thần cho con ngƣời. Việc tiêu thụ sản phẩm từ rong biển đã trải qua thời kì lịch sử lâu dài. Các dấu vết khảo cổ học cho thấy Nhật Bản đã dùng rong biển từ hơn 10 nghìn năm trƣớc. Ở nền văn hoá Trung Quốc cổ đại, rong biển đƣợc coi là đặc sản đƣợc dùng trong các món ăn của triều đình và chỉ hoàng tộc, khách của hoàng thân mới đƣợc thƣởng thức. Dù rong biển đƣợc coi là món ăn đặc trƣng của châu Á nhƣng trên thực tế các quốc gia có đƣờng biển trên thế giới nhƣ Scotland, Ái Nhĩ Lan, Tân Tây Lan, quần đảo Thái Bình Dƣơng và các nƣớc Nam Mỹ ven biển… cũng đã sử dụng rong biển từ rất lâu đời [9]. Rong biển đã đƣợc sử dụng trong bữa ăn của con ngƣời từ thời tiền sử. Và sau đó trở nên phổ biến trên các quốc gia nhƣ Nhật Bản hay Hàn Quốc. Theo các tƣ liệu lịch sử thì rong biển đƣợc đa dạng hóa vào thời nara của
12 Nhật. Ngƣời Nhật sử dụng chủ yếu ba loại rong biển là rong dang sợi, rong dạng miếng dẹt và rong dạng khối thạch trong suốt. Lịch sử của nƣớc Nhật gắn liền với rong biển, ngƣời Nhật đã dùng rong biển trong các món ăn khi nó còn đƣợc khai thác với số lƣợng ít, rong biển trở thành món quà xa xỉ sau những chuyến đi biển của ngƣời Nhật. Sau này, khi cải cách đƣợc cách đi biển ngƣời ta đã khai thác đƣợc nhiều hơn và rong biển trở nên phổ biến hơn. Rong biển ngày càng đƣợc sử dụng nhiều trên thế giới để ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau bởi trồng rong biển thân thiện với môi trƣờng vì nó bền vững và tiết kiệm kinh tế hơn do không cần sử dụng đến phân bón. Trong đó việc sử dụng rong để làm thực phẩm chiếm một vai trò đáng kể. Gần đây, nguồn rong biển trở thành nguồn thực phẩm quý giá và có nhu cầu ngày càng tăng, do có ý kiến cho rằng rong là nguồn thực phẩm có nhiều chất dinh dƣỡng tốt cho cơ thể và phòng chống nhiều bệnh tật [10]. Rong đỏ (hay tảo đỏ) là những sinh vật quang tự dƣỡng thuộc ngành Rhodophyta [11]. Phần lớn các loài rong đều thuộc nhóm này. Các thành viên trong ngành có đặc điểm chung là màu đỏ tƣơi hoặc tía [12]. Màu sắc của chúng là do các hạt sắc tố phycobilin tạo thành. Phycobilin là sắc tố đặc trƣng cho tảo đỏ và vi khuẩn lam. Ngƣời ta cho rằng lục lạp của tảo đỏ có nguồn gốc từ vi khuẩn lam cộng sinh với tảo mà thành [13]. Hiện nay đã phân loại đƣợc gần 4.000 loài tảo đỏ, phần lớn sống ở biển, chỉ có một số ít sống ở nƣớc ngọt. Mặc dù tảo đỏ có mặt ở tất cả các đại dƣơng nhƣng chúng chỉ phổ biến ở các vùng biển ấm nhiệt đới nơi chúng có thể phân bố sâu hơn bất kỳ một sinh vật quang hợp nào. Tảo đỏ là các sinh vật đa bào và cơ thể phân nhiều nhánh. Tuy nhiên, cơ thể chúng lại không có sự biệt hóa thành các mô riêng biệt. Thành tế bào tảo đỏ có một lớp cứng bằng cellulose ở bên trong và một lớp gelatin ở bên ngoài. Tế bào của chúng có thể có một hay nhiều nhân tùy thuộc vào từng loài. Tế bào phân chia bằng cách nguyên phân. Tảo đỏ hoàn toàn không có roi bơi; không có các tế bào có khả năng di chuyển ở bất kỳ dạng nào. Lạp lục trong tế bào tảo đỏ có phycobilin, chlorophyll a, carotene và xanthophyll. Ở vùng sâu đại dƣơng, ánh sáng xâm nhập tới có bƣớc sóng rất khác so với các thủy vực nông, trong
13 điều kiện đó phycobilin có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn so với chlorophyl a. Điều này đã giải thích tại sao tảo đỏ có thể phân bố tới độ sâu 268 m (879 ft). Hợp chất carbonhydrate tích lũy trong tảo đỏ dƣới dạng tinh bột floridean, một dạng polymer đặc biệt của glucose khác với dạng tinh bột của các loài thực vật khác. Ngành rong đỏ có khoảng 4000 loài của gần 40 chi, thuộc nhiều loại và phần lớn sống ở biển, ở nơi nƣớc sâu, song cũng có khi mọc ở chỗ nƣớc nông, ánh nắng nhiều chúng sẽ không còn giữ đƣợc sắc tố đỏ mà có màu hơi vàng, nâu hoặc da lƣơn. Cấu tạo chủ yếu từ nhiều tế bào, trừ một số ít thuộc dạng một tế bào hay quần thể. Rong có dạng hình trụ tròn, dẹt, đai phiên chia nhánh hoặc không. Phần lớn chia nhánh theo kiểu một trục, một số ít theo kiểu hợp trục. Sinh trƣởng chủ yếu ở đỉnh, ở giữa đốt hay phân tán. Trên thế giới rong đỏ thƣờng đƣợc sử dụng với một lƣợng lớn để phục vụ cho con ngƣời, một số loài có hàm lƣợn cao về Agar, Carrageenan, Furcellaran đƣợc sử dụng trong chế biến keo rong [10]. Phần lớn rong đỏ có cấu tạo đa bào. Theo tài liệu của FAO, các loài rong đỏ đƣợc chia làm ba nhóm chính: - Nhóm rong cho Agar: bao gồm các loài nhƣ: Gelidium, Graccilaria và Acanthopeltis. Trong đó Gelidium, Graccilaria đƣợc dùng nhiều trên thế giới để sản xuất agar. - Nhóm Gelans: nhóm rong này dùng để sản xuất Furcellaran, điển hình của nhóm rong này là Furcellaria. - Nhóm rong cho Carrageenan: bao gồm các loài nhƣ: Chondruscripus, Gigartinastella và Hypnea [14]. Việc chọn loại rong nào là nguyên liệu chính để sản xuất các loại keo rong phụ thuộc nhiều vào các yếu tố khác nhau. Một trong những yếu tố quan trọng nhất là tính chất ổn định và nguồn nguyên liệu, hay nói cách khác là phụ thuộc vào khả năng phát triển của loài rong đó trong điều kiện tự nhiên của mỗi nƣớc cũng nhƣ chất lƣợng keo rong đƣợc chiết rút ra từ loài rong đó. Carrageenan (car) là một loại polysaccharide tự nhiên đƣợc chiết xuất từ rong biển đỏ ăn đƣợc thuộc lớp Rhodophycea và đã đƣợc sử dụng rộng
14 rãi trong thực phẩm, dƣợc phẩm và ngành công nghiệp khác. polysaccharide hiện đang là một loại polimer sinh học có triển vọng cao trong kỹ thuật mô và y học tái sinh vì nó giống với glycosaminoglycan trong các công thức dƣợc [15]. Một trong những chỉ tiêu chất lƣợng quan trọng nhất của car chính là các tính chất lƣu biến, liên quan đến sự chảy và sự biến dạng của vật chất dƣới tác dụng của ngoại lực. Nghiên cứu về tính chất lƣu biến của carrageenan để ứng dụng vào đời sống, sản xuất sẽ giúp chúng ta hiểu biết về car, đánh giá đƣợc tầm quan trọng của car, từ đó thiết kế và xây dựng đƣợc quy trình thiết bị sản xuất, tạo ra những sản phẩm mới ứng dụng trong đời sống… Rong đỏ tƣơi thƣờng có màu đỏ hoặc màu xanh đỏ nâu do trong rong có hai loại sắc tố là phycobline (bao gồm phycocyanine có màu xanh tím, phycocythine có màu đỏ) và chlorophyll. Rong sụn thuộc loài đơn trụ chia thành 2 phần:  Phần lõi: gồm một tế bào trung trụ chạy dọc thân từ gốc đến ngọn. Xung quanh có từ 3 ÷ 4 hàng tế bào vây trụ có kích thƣớc lớn, hình tròn hay hình đa giác, trong suốt, vách mỏng chứa các chất dinh dƣỡng (car).  Phần da: gồm nhiều tế bào nhỏ sắp xếp khít nhau, hình tròn hay hình bầu dục, không trong suốt, chứa đầy sắc tố. Ngoài cùng là lớp vỏ keo chứa cellulose, chiếm khoảng 4% trọng lƣợng rong khô, đóng vai trò bảo vệ các lớp bên trong [16]. Thành phần chính của rong sụn là car. Hàm lƣợng car có thể chiếm đến 40% trọng lƣợng khô của rong sụn. Trong đó, car tan chiếm khoảng 33%, car không tan chiếm 7%. Thành phần hóa học cơ bản của rong sụn nguyên liệu trình bày ở bảng 1.1.
15 Bảng 1.1: Thành phần hóa học cơ bản của rong sụn [17] Thành Hàm Thành Hàm phần lƣợng phần lƣợng Protein 2,40 % Cu2+ 2,30 % Cellulose 4,00 % S 2,60 % Ẩm 19,40 % SO42- 8,08 ppm Tro tổng 20,00 % I- 2,30 % Car 40,00 % Cl- 6,87 % K+ 2,20 % Hg 0,01 % Na+ 2,40 % As 0,02 % Ca2+ 0,36 % Pb 0,75 % Fe3+ 0,04 Ppm Cd 0,31 % Tháng 3/1993, trên cơ sở của chƣơng trình hợp tác về Khu hệ và nguồn lợi rong biển kinh tế Việt Nam giữa Phân viện Vật liệu Nha Trang (nay là Viện nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang) và Nhật Bản, Phân viện Vật liệu Nha Trang đã tiến hành di nhập rong sụn giống từ Nhật Bản để nghiên cứu nhân giống và thử nghiệm nuôi trồng rong sụn tại các vùng ven biển của tỉnh Khánh Hòa và Ninh Thuận. Kết quả thử nghiệm cho thấy rong sụn hoàn toàn thích nghi với điều kiện tự nhiên ở nƣớc ta. Từ đó đến nay, nghề nuôi trồng rong sụn phát triển mạnh ở các tỉnh: Ninh Thuận, Khánh Hòa, Phú Yên, Bình Định, Kiên Giang và hiện đang là đối tƣợng nuôi đƣợc nhiều tỉnh ven biển miền Trung từ Nghệ An trở vào phía Nam quan tâm. Đến nay, nuôi trồng rong sụn trở thành một nghề mới của Việt Nam, góp phần tạo công việc làm cho hàng ngàn lao động [18], [19]. 1.2. TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN. 1.2.1. Lịch sử nghiên cứu carrageenan. Carrageenan đã đựợc sử dụng nhƣ là một chất tạo gel trong thực phẩm từ vài trăm năm trƣớc, ở Châu Âu thì việc sử dụng car đã thấy xuất hiện cách
16 đây 600 năm tại ngôi làng có tên là Caraghen thuộc phía nam của vùng ven biển Irish. Carrageenin là tên đầu tiên của carrageenan đƣợc tìm thấy lần đầu tiên năm 1862 từ tảo Chondrus crispus. Tảo biển khác nhau thì sản xuất car khác nhau. Chúng tồn tại ở hầu hết các vùng biển, nhƣng ở những nơi tập trung các hồ ấm nhiệt đới thƣờng đƣợc chọn nhất, bởi vì chúng sinh sản nhanh nhất: ví dụ, car đƣợc thu hoạch ở các khu vực của Philippines, Indonesia, Chile và các nƣớc nóng khác. Nhiều loại car đƣợc sử dụng để sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và tổng cộng họ này bao gồm hơn 3.000 loài tảo. Tất nhiên, không phải bản thân tảo đƣợc sử dụng, mà là các chất đƣợc chiết xuất từ chúng, đƣợc gọi là polysacarit sunfat. Để chiết xuất chúng, nguyên liệu thô ban đầu đƣợc đun sôi trong dung dịch kiềm, và sau đó chất giống nhƣ gel thu đƣợc đƣợc sấy khô và nghiền nát. Do đó, nguyên liệu thô car đƣợc hình thành để sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Vào những năm 1930, quá trình tách chiết car nguyên chất đã đƣợc tiến hành ở Mĩ. Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai, do sự phát triển của ngành công nghiệp thực phẩm nên nhu cầu về car trên thế giới đã bắt đầu tăng lên. Trong những năm 1950, những nghiên cứu về car đã cho thấy rằng sự khác nhau về các phân đoạn của car là kết quả của nhiều loại car khác nhau và xác định đƣợc cấu trúc phân tử của car. Ngày nay thì ngƣời ta đã biết thêm nhiều loại rong có khả năng sản xuất car. Những nhiên cứu chi tiết về các loài rong này đã cho phép ngƣời ta có thể trồng chúng trên quy mô lớn và do đó đáp ứng đƣơc nhu cầu nguyên liệu cho ngành công nghiệp sản xuất car. Carrageenan đóng một vai trò quan trọng trong việc đóng góp cho sự thịnh vƣợng kinh tế của gần 60.000 nông dân gia đình trên toàn thế giới. Trồng rong biển để sản xuất các sản phẩm nhƣ car đã trở thành sinh kế ƣa thích của nhiều nông dân vùng biển, đặc biệt là ở vùng khí hậu nhiệt đới vì trồng rong biển cần ít vốn đầu tƣ và mất ít thời gian hơn các sản phẩm khác. Các hộ dân biển có thể duy trì nguồn giống rong để nuôi trồng rong biển