Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Xác định thành phần hóa học và đặc điểm cấu trúc của polysaccharide sulfate từ hải sâm Stichopus horrens

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:94

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của Luận văn nhằm thu nhận và đánh giá sơ bộ cấu trúc của polysaccharide sulfate từ hải sâm S. horrens, làm cơ sở để tiến hành các nghiên cứu về hoạt tính sinh học, đánh giá mối liên hệ giữa hoạt tính và cấu trúc, từ đó định hướng cho các nghiên cứu ứng dụng PS từ loài hải sâm này tại Việt Nam. 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 Hoá học: Xác định thành phần hóa học và đặc điểm cấu trúc của polysaccharide sulfate từ hải sâm Stichopus horrens

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Dương Khánh Minh XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA POLYSACCHARIDE SULFATE TỪ HẢI SÂM STICHOPUS HORRENS LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Nha Trang - 2020
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Dương Khánh Minh XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA POLYSACCHARIDE SULFATE TỪ HẢI SÂM STICHOPUS HORRENS Chuyên ngành: Hóa Phân Tích Mã số: 8440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Phạm Đức Thịnh Nha Trang – 2020
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Đức Thịnh, cùng sự giúp đỡ của tập thể cán bộ nghiên cứu công tác tại Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang; Viện Vắc xin và Sinh phẩm y tế. Các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam đoan trên. Khánh Hòa, ngày tháng năm Tác giả Dương Khánh Minh
LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phạm Đức Thịnh - Phó Viện trưởng, Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang, đã trực tiếp hướng dẫn, truyền đạt nhiều kinh nghiệm, kiến thức quý báu trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ, Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang và Viện Vắc xin và Sinh phẩm y tế, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khóa học và luận văn. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Học viện Khoa học và Công nghệ đã tận tình giảng dạy, truyền đạt, trang bị cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập. Và cuối cùng tôi xin dành lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn đồng hành, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Luận văn này được hỗ trợ kinh phí từ đề tài mã số 106.02-2019.34. Tôi xin chân thành cám ơn. Khánh Hòa, ngày tháng năm Học viên Dương Khánh Minh
Danh mục các kí hiệu và chữ viết tắt Kí hiệu Tiếng Anh Tên đầy đủ HPLC High Performance Liquid Sắc ký lỏng hiệu năng Chromatography cao IC Ion Chromatography Sắc kí trao đổi ion GC-FID Gas Chromatography – Flame Sắc kí khí – đầu dò ion Ionization Detector hóa ngọn lửa NMR Nuclear Magnetic Resonance Cộng hưởng từ hạt nhân (CHTHN) 13 C-NMR Carbon-13 NMR Spectroscopy Phổ CHTHN carbon 13 1 H-NMR Proton NMR Spectroscopy Phổ CHTHN proton IR Infrared Spectroscopy Phổ hồng ngoại Fuc Fucose Đường fucose Gal Galactose Đường galactose Glc Glucose Đường glucose GalNAc Đường N-Acetyl N-Acetyl-galactosamine galactosamine GlcA Glucuronic acid Đường Glucuronic axit PS Polysaccharide sulfate FCS Fucosylated chondroitin sulfate FS Fucan sulfate
CS Chondroitin sulfate EtOH Ethanol TCA Triclorua acetic acid TFA Triflorua acetic acid Cetavlon Hexadecyl trimethyl ammonium bromide DEAE – Diethylaminoethyl - Macro prep Macro prep
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Hàm lượng protein và lipid trong hải sâm tại một số vùng biển trên thế giới .............................................................................................................. 9 Bảng 1.2. Thành phần monosaccharide và nhóm sulfate của FCS từ một số loài hải sâm ................................................................................................... ..14 Bảng 1.3. Các dạng sulfate hóa của các đơn vị phân nhánh của FCS từ các loài hải sâm khác nhau .................................................................................. 20 Bảng 2.1. Các đỉnh phổ, vùng phổ đặc trưng của fucoidan xuất hiện trên phổ hồng ngoại (IR) ....................................................................................... 39 Bảng 3.1. Hiệu suất chiết polysaccharide sulfate ở một số loài hải sâm. ...... 43 Bảng 3.2. Thành phần hóa học của PS dạng thô của hải sâm Stichopus horrens ............................................................................................................ 44 Bảng 3.3. Thành phần hóa học của PS phân đoạn F1, F2 của hải sâm Stichopus horrens ............................................................................................ 49
DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Hình thái chung bên ngoài của hải sâm .......................................... 8 Hình 1.2. Hải sâm Stichopus horrens,Selenka,1867. .................................... .11 Hình 1.3. Cấu trúc của fucan sulfate từ hải sâm Stichopus horrens ...........15 Hình 1.4. Cấu trúc của fucan sulfate từ hải sâm Stichopus japonicus, Kariya và cộng sự ......................................................................................................16 Hình 1.5. Cấu trúc của fucan sulfate từ hải sâm Stichopus japonicus, Long Yu và cộng sự ....................................................................................................... 16 Hình 1.6. Cấu trúc của fucan sulfate từ hải sâm Isostichopus badionotus... .17 Hình 1.7. Cấu trúc của fucan sulfate từ hải sâm Ludwigothurea grisea …...18 Hình 1.8. Cấu trúc của fucosylate chondroitin sulfate...................................19 Hình 1.9. Cấu trúc của một đơn vị trong chuỗi fucosylated chondroitin sulfate…….......................................................................................................19 Hình 1.10. Cấu trúc đặc trưng của fucosylated chondroitin sulfate ở một số loài hải sâm được nghiên cứu của nhiều tác giả. (a) β-D-glucuronic acid, (GlcA). (b) N-acetyl- β-D-galactosamine, (GalNAc). (c) mạch nhánh fucose, α-L-fucose…....................................................................................................21 Hình 2.1. Nguyên liệu hải sâm Stichopus horrens ......................................... 29 Hình 2.2. Quy trình chiết tách thu polysaccharide sulfate dạng thô từ hải sâm Stichopus horrens. ........................................................................................... 33 Hình 2.3. Quy trình tinh sạch polysaccharide sulfate bằng kỹ thuật sắc ký trao đổi anion trên nhựa DEAE Macro-prep.................................................. 35 Hình 3.1. Tách phân đoạn PS từ hải sâm Stichopus horrens bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion. ................................................................................. 47 Hình 3.2. Sắc ký đồ IC thu được của dung dịch chuẩn của các đường đơn .. 50 Hình 3.3. Sắc ký đồ IC của thành phần đường đơn phân đoạn F1................ 51 Hình 3.4. Sắc ký đồ IC của thành phần đường đơn phân đoạn F2................ 51
Hình 3.5. Phổ hồng ngoại IR các phân đoạn F1 (A) và F2 (B) của PS ở hải sâm Stichopus horrens .................................................................................... 54 Hình 3.6. Phổ 1H-NMR các phân đoạn F1 (A) và F2 (B) của PS ở hải sâm Stichopus horrens ............................................................................................ 57 Hình 3.7. Cấu trúc của phân đoạn F1 (FCS1) của PS ở hải sâm Stichopus horrens ............................................................................................................ 58 Hình 3.8.Phổ 13C-NMR phân đoạn F2 của PS ở hải sâm Stichopus horrens.59 Hình 3.9. Cấu trúc của phân đoạn F2 (FS2) của PS ở hải sâm Stichopus horrens ............................................................................................................ 59
1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 4 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: ......................................................................... 4 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: ..................................................................... 5 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: ...................................... 6 3.1. Đối tượng nghiên cứu: ....................................................................... 6 3.2. Phạm vi nghiên cứu: .......................................................................... 6 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: .................................................................. 6 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ..................... 6 5.1. Ý nghĩa khoa học: .............................................................................. 6 5.2. Ý nghĩa thực tiễn:............................................................................... 6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ........................................................................... 7 1.1. GIỚI THIỆU VỀ HẢI SÂM ................................................................ 7 1.1.1. Giới thiệu chung về hải sâm ........................................................... 7 1.1.2. Hải sâm Stichopus horrens ........................................................... 10 1.1.2.1. Phân loại ................................................................................... 10 1.1.2.2. Đặc điểm hình thái và sinh sản ................................................ 11 1.1.2.3. Phân bố và môi trường sống .................................................... 12 1.2. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ POLYSACCHARIDE SULFATE TỪ HẢI SÂM .......................................................................................................... 12 1.2.1. Thành phần hóa học của polysaccharide sulfate từ hải sâm .... 12 1.2.2. Thành phần đa dạng trong cấu trúc của polysaccharide sulfate từ hải sâm................................................................................................. 15 1.2.2.1. Các nghiên cứu về thành phần Fucan sulfate .......................... 15 1.2.2.2. Các nghiên cứu về thành phần Fucosylate chondroitin sulfate18 1.2.3. Hoạt tính sinh học và ứng dụng của polysaccharide sulfate hải sâm ............................................................................................................ 22 1.2.3.1. Hoạt tính chống đông tụ máu và hình thành huyết khối của FCS ................................................................................................................ 22 1.2.3.2. Hoạt tính gây ức chế sự tổn thương mô ................................... 23
2 1.2.3.3. Hoạt tính kháng sự xâm nhập của vi sinh vật ngoại lai ........... 23 1.2.3.4. Hoạt tính ức chế sự phát triển của tế bào ............................... 24 1.2.3.5. Hoạt tính kháng ung thư và kháng viêm ................................... 24 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG CỦA POLYSACCHARIDE SULFATE TỪ HẢI SÂM Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI ..................................................................... 25 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................................... 29 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ............................................................... 29 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................... 29 2.1.2. Thiết bị - Dụng cụ - Hóa chất ...................................................... 30 2.1.2.1. Thiết bị ...................................................................................... 30 2.1.2.2. Dụng cụ ..................................................................................... 30 2.1.2.3. Hóa chất.................................................................................... 30 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................ 31 2.2.1. Phương pháp chiết tách và phân đoạn polysaccharide sulfate từ hải sâm Stichopus horrens ...................................................................... 31 2.2.1.1. Phương pháp chiết tách ............................................................ 31 2.2.1.2. Phương pháp tách phân đoạn................................................... 34 2.2.2. Các phương pháp phân tích thành phần hóa học của polysaccharide sulfate............................................................................. 36 2.2.2.1. Phương pháp xác định hàm lượng tổng carbohydrate............. 36 2.2.2.2. Phương pháp xác định hàm lượng sulfate ............................... 36 2.2.2.3. Phương pháp xác định hàm lượng uronic acid ........................ 36 2.2.2.4. Phương pháp xác định hàm lượng protein ............................... 37 2.2.2.5. Phương pháp xác định thành phần đường đơn monosaccharide ................................................................................................................ 37 2.2.3. Các phương pháp phân tích phổ về cấu trúc của polysaccharide sulfate ....................................................................................................... 38 2.2.3.1. Phương pháp phổ hồng ngoại IR ............................................. 38 2.2.3.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR .................... 40
3 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................... 42 3.1. TÁCH CHIẾT POLYSACCHARIDE SULFATE TỪ HẢI SÂM STICHOPUS HORRENS VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA POLYSACCHARIDE SULFATE DẠNG THÔ................................................................................ 42 3.1.1. Tách chiết polysaccharide sulfate từ hải sâm Stichopus horrens ................................................................................................................... 42 3.1.2. Thành phần hóa học của polysaccharide sulfate dạng thô từ hải sâm Stichopus horrens ............................................................................ 44 3.2. QUÁ TRÌNH TÁCH PHÂN ĐOẠN VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÁC PHÂN ĐOẠN THU ĐƯỢC CỦA POLYSACCHARIDE SULFATE TỪ HẢI SÂM STICHOPUS HORRENS .................................................. 46 3.2.1. Tách phân đoạn polysaccharide sulfate từ hải sâm Stichopus horrens ...................................................................................................... 46 3.2.2. Thành phần hóa học các phân đoạn thu được của polysaccharide sulfate từ hải sâm Stichopus horrens .......................... 48 3.3. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA POLYSACCHARIDE SULFATE CÓ NGUỒN GỐC TỪ HẢI SÂM STICHOPUS HORRENS ......................... 53 3.3.1. Phổ hồng ngoại IR......................................................................... 53 3.3.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR ............................................. 55 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................ 61 4.1. KẾT LUẬN ........................................................................................ 61 4.2. KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 63 PHỤ LỤC ....................................................................................................... 75
4 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Trong cuộc sống hiện nay, sức khỏe là một trong những mối quan tâm hàng đầu; do đó, nhiều người có xu hướng lựa chọn sử dụng các thực phẩm có nguồn gốc hữu cơ. Bên cạnh đó, các loại thực phẩm chức năng (TPCN) - là những thực phẩm không chỉ chứa các chất dinh dưỡng mà còn chứa nhiều chất có hoạt tính sinh học như chống oxy hóa, kháng viêm,… được chiết tách, phân lập từ các loài thực vật, động vật (như Curcumin được chiết xuất từ củ nghệ tươi, Resveratrol có trong nho và quả mọng, polysaccharide từ các loài sinh vật biển,…) cũng ngày càng được nhiều người quan tâm, sử dụng nhằm hỗ trợ tăng sức đề kháng, giảm bớt các nguy cơ gây bệnh. Sinh vật biển là một trong những đối tượng tiềm năng để thu nhận các hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học. Nhiều sản phẩm từ các hợp chất thu nhận từ sinh vật biển đã được thương mại hóa như Seavie hải sâm (gồm acid amin, nguyên tố vi lượng, hoạt chất holothurin B từ hải sâm…), fucoidan từ rong nâu,... Các loài động vật, thực vật biển rất giàu carbohydrate và chủ yếu ở dạng polysaccharide sulfate (PS) [1]. Các nghiên cứu về PS từ sinh vật biển đã chứng minh hợp chất này sở hữu một phổ rộng về các hoạt tính sinh học có lợi như: chống tạo mạch, kháng u, chống đông máu, kháng viêm, chống tăng huyết áp, chống huyết khối,... qua đó cho thấy tiềm năng ứng dụng cao của hợp chất này trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm [2, 3]. Trong số các sinh vật biển, hải sâm là một trong những loài có giá trị kinh tế cao, không chỉ là nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng với các vitamin và khoáng chất, nhiều nghiên cứu cũng chỉ ra ở hải sâm còn có nhiều hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học như peptide, acid béo, nortriterpene/triterpene glycoside và đặc biệt là PS [4, 5, 6]. PS từ hải sâm sở hữu nhiều hoạt tính sinh học quý như chống đông tụ máu, kháng viêm, kháng u, chống oxy hóa, chống ung thư… đã được chứng minh. Về mặt cấu trúc, các polysaccharide sulfate từ hải sâm có thành phần hóa học và cấu trúc rất đa dạng, phức tạp đặc biệt là cấu tạo của các mạch nhánh [7], từ đó dẫn đến sự khác nhau về hoạt tính sinh học ở các polysaccharide sulfate từ các loài hải sâm.
5 Các polysaccharide sulfate ở hải sâm thuộc 2 nhóm chính là Fucosylated Chondroitin Sulfate (FCS), là một polymer có mạch nhánh, cấu trúc được tạo nên bởi các đơn vị lặp của disaccharide (1→3)-β-D-GalNAc-(1→4)-β-D-Gluc- (1→n), có cấu trúc khác so với các PS được phân lập từ các động vật không xương sống và động vật có xương sống khác, hay từ các loài tảo biển; nhóm thứ hai có thành phần chủ yếu là các gốc đường fucose và các nhóm sulfate, được gọi là Fucan Sulfate (FS) [8], FS từ mỗi loài hải sâm có sự khác biệt chủ yếu về mật độ và vị trí của các nhóm sulfate trong gốc đường fucose [9]. Hiện nay, ở Việt Nam các nghiên cứu về những hợp chất có hoạt tính sinh học từ hải sâm cũng đã và đang được tiến hành tại Viện Hóa sinh Biển (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), tuy nhiên, chủ yếu tập trung vào hợp chất tryterpene glycoside. Đối với hợp chất PS, cho đến nay mới chỉ có công bố chính thức về hợp chất này từ 3 loài Holothuria spinifera, Stichopus variegatus và Holothuria atra trong số gần 70 loài hải sâm đã được xác định trong vùng biển Việt Nam. Trong số các loài hải sâm tại Việt Nam, Stichopus horrens là một trong số các loài có trữ lượng tự nhiên lớn, phân bố tại nhiều vùng biển bao gồm cả Nha Trang và đây là lợi thế về nguồn nguyên liệu để tiến hành nghiên cứu về PS. Do đó, trong phạm vi nghiên cứu này, tôi tiến hành thực hiện đề tài “Xác định thành phần hóa học và đặc điểm cấu trúc của polysaccharide sulfate từ hải sâm Stichopus horrens” nhằm thu nhận, nghiên cứu các đặc điểm cơ bản về cấu trúc của PS ở loài Stichopus horrens tại vùng biển Nha Trang, từ đó định hướng cho các nghiên cứu ứng dụng PS từ loài hải sâm này, cũng như làm cơ sở để tiến hành những nghiên cứu về PS từ những loài hải sâm khác tại Việt Nam. 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: Thu nhận và đánh giá sơ bộ cấu trúc của polysaccharide sulfate từ hải sâm S. horrens, làm cơ sở để tiến hành các nghiên cứu về hoạt tính sinh học, đánh giá mối liên hệ giữa hoạt tính và cấu trúc, từ đó định hướng cho các nghiên cứu ứng dụng PS từ loài hải sâm này tại Việt Nam.
6 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: 3.1. Đối tượng nghiên cứu: Polysaccharide sulfate chiết tách từ hải sâm S. horrens. 3.2. Phạm vi nghiên cứu: Hải sâm S. horrens thu ở vùng biển Nha trang, Khánh Hòa vào tháng 12/2019. 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: - Chiết tách và thu nhận polysaccharide sulfate (PS) từ hải sâm S. horrens. - Tinh chế PS bằng kỹ thuật sắc ký trao đổi ion trên nhựa DEAE Macro- prep. - Xác định thành phần hóa học cơ bản của các phân đoạn PS ở hải sâm S. horrens (tổng carbohydrate, hàm lượng sulfate, hàm lượng uronic acid, hàm lượng protein, thành phần đường đơn). - Xác định một số đặc điểm cấu trúc của các phân đoạn PS ở loài hải sâm S. horrens. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 5.1. Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp các số liệu khoa học về thành phần hóa học và đặc điểm cấu trúc của polysaccharide sulfate (PS) ở loài hải sâm S. horrens tại Việt Nam. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu được dùng làm cơ sở để tiến hành các nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc và hoạt tính sinh học của PS chiết tách từ loài hải sâm S. horrens, từ đó định hướng ứng dụng hợp chất này vào lĩnh vực y dược hay làm thực phẩm chức năng sử dụng cho con người.
7 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. GIỚI THIỆU VỀ HẢI SÂM 1.1.1. Giới thiệu chung về hải sâm Hải sâm là nhóm sinh vật biển, rất phong phú và đa dạng các loài, sinh sống ở tầng đáy, thuộc ngành da gai (Echinodermata), lớp hải sâm (Holothuroidea). Tên thông dụng của hải sâm là dưa chuột biển, ngoài ra còn có các tên thường gọi như đỉa biển, hải thử, sa tốn. Hải sâm có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái [10]. Về hình thái, hải sâm thường có kích thước lớn màu nâu đậm, cơ thể thon dài dạng hình trụ, rỗng hoặc đặc bên trong tùy thuộc vào loài, tạo nên hình dạng đối xứng 2 bên, cấu tạo bên ngoài gồm miệng nằm ở mặt bụng, quanh miệng có 20 xúc tu, hậu môn nằm cuối thân. Mặt lưng có 2- 3 hàng gai thịt lớn, dạng hình nón khá dài, chạy dọc theo hai đường biên lưng của cơ thể. Những chiếc gai thịt dài, cũng xuất hiện ở mặt bên và phần rìa bụng. Một số loài phẳng phần lưng hoặc bụng, một số loài đã phát triển kênh hô hấp. Chân bám được sắp xếp dọc theo các vòng của phần bụng. Chân ống hình trụ, nhỏ và dài, cuối chân có đĩa bám (Hình 1.1) [11]. Một đặc điểm khác của hải sâm là có số lượng lớn khung xương cacbonat (ossicle), có nguồn gốc từ phôi [12]. Hải sâm thường ăn các xác chết của động vật, sinh vật phù du và các chất hữu cơ dưới biển. Phần lớn chúng sử dụng các loại chất nền dưới đáy biển trong suốt quá trình trưởng thành. Hải sâm thường bắt mồi - là những loài trôi lơ lửng trong sóng - bằng cách sử dụng các xúc tu [13]. Hải sâm sinh sản bằng cách phóng tinh trùng và trứng vào nước biển, sau đó trứng được thụ tinh, và phát triển ngoài cơ thể con cái. Tuyến sinh dục nằm ở phần trước của lưng, trong quá trình sinh sản, con đực và con cái nâng nửa thân trước lên, con đực thụ tinh, sau đó con cái sinh sản. Trứng và tinh trùng được tạo ra theo cách này được thụ tinh trong biển và bắt đầu phát triển. Số lượng trứng của một con cái khoảng 500.000 đến 10 triệu quả và nở trong 2 ngày ở nhiệt độ nước 20 °C.
8 Hình 1.1. Hình thái chung bên ngoài của hải sâm [13] Hải sâm được tìm thấy ở hầu hết các môi trường đáy biển, nhưng đa dạng nhất là ở các rạn san hô nhiệt đới. Chúng phân bố dọc theo thềm lục địa, từ vùng triều đến vùng biển khơi sâu và được tìm thấy ở hầu hết các loại nền đáy. Hiện nay, trên thế giới ghi nhận khoảng 1400 loài hải sâm thuộc 6 bộ, 25 họ [14]. Ở Việt Nam, khoảng 70 loài đã được xác định, trong đó Khánh Hòa và Côn Đảo là một trong những khu vực có số lượng lớn các loài có giá trị kinh tế cao như các loài trong họ Holothuriidae (Holothuria, Stichopus), Cucumaridae (Colochirus, Cucumaria) và Sinaptidae (Protankyra) [15]. Hải sâm đã được sử dụng từ rất lâu làm một thực phẩm hay một vị thuốc trong đông y, do có giá trị dinh dưỡng cao cùng khả năng chữa một số bệnh như thấp khớp, cao huyết áp, hen suyễn,…[16, 17]. Một số hợp chất dinh dưỡng ở hải sâm như protein (các axit amin), chất béo (lipid), axit béo, hàm lượng khoáng (Ca, Mg, Fe, Zn), Vitamin A, Vitamin B1 (thiamine), Vitamin B2 (riboflavin), Vitamin B3 (niacin) và các nguyên tố vi lượng,... [18, 19]. Dạng thể keo (colagen) chiếm 40 ÷ 60 % tổng số protein chứa trong mô của hải sâm. Với phần lớn là dạng keo này nên protein trong hải sâm rất dễ tiêu hóa, thường phù hợp để tăng cường sức khỏe, tránh suy nhược cơ thể, đặc biệt là đối với người cao tuổi. Hàm lượng lipid trong hải sâm thấp nhưng lại chứa các hợp chất đặc biệt như phospholipid, monoglyceride, diglyceride, triglyceride, acid
9 béo no và không no (34 loại acid béo), trong đó acid béo không bão hòa chiếm ưu thế và các acid béo có nhiều nối đôi chiếm từ 43,1-75,0% gồm: linoleic, arachidoric, eicosatrrienic, eicosapentaenoic, là các acid béo không thể thay thế có hoạt tính sinh học cao, là tiền chất của prostaglandin một loại dược phẩm quý. Chất hexosamines có nhiều trong hải sâm, trong đó glucosamine trong hải sâm với hàm lượng trong mô cơ là 0,11 ÷ 0,12 % (trọng lượng khô) có tác dụng kháng vi khuẩn, kìm hãm sự phát triển của khối u ác tính sẽ mở ra triển vọng điều trị bệnh ung thư trong tương lai [20]. Chất holothurinosides là các saponin pentasaccharide không có sự sulfate hóa được chiết từ hải sâm có hoạt tính chống oxy hóa tế bào và chống sự phát triển của tế bào, vì vậy cũng được sử dụng để hạn chế sự phát triển của tế bào ung thư, cũng như quá trình điều trị bệnh ung thư trong tương lai gần [20]. Ngoài ra, còn chứa nhiều loại axit amin thiết yếu có tỉ lệ lớn như glycine, glutamic acid, aspartic acid, alanine, và arginine [18, 19, 21]. Hàm lượng trung bình của protein và lipid ở hải sâm từ các vùng biển trên thế giới được thể hiện trong bảng 1.1. Bảng 1.1 Hàm lượng protein và lipid trong hải sâm tại một số vùng biển trên thế giới [21]. Hàm lượng % trọng lượng khô TT Vùng biển Protein Lipid 1 Địa Trung Hải 55,0 ÷ 65,0 0,7 2 Trung Quốc - Nhật Bản 64,0 0,8 3 Ấn Độ Dương-Thái Bình Dương 32,0 ÷ 52,0 0,5 ÷ 0,7 4 Liên Xô (cũ) 60,0 ÷ 65,0 0,1 ÷ 0,8 5 Nha Trang- Khánh Hòa 40,76 ÷ 77,54 0,1 ÷ 0,65 Trong mô cơ của một số loài hải sâm chứa nhiều thành phần khoáng vi lượng như sắt (Fe), magie (Mg), selen (Se), kẽm (Zn)… và một số nguyên tố vi lượng quý hiếm như Se, là một trong những khoáng chất vi lượng thiết yếu, có thể ngăn chặn những rối loạn chuyển hóa, làm chậm quá trình lão hóa và
10 phòng chống một số bệnh mãn tính; là chất giải độc, vô hiệu hóa các kim loại nặng, đi vào cơ thể qua đường ăn uống như chì và thủy ngân, để thải ra nước tiểu [22, 23]. Trong số các hợp chất có giá trị ở hải sâm phải kể đến các polysaccharide sulfate (PS) hay glycosaminoglycans (GAGs), với nhiều hoạt tính sinh học quý như: chống tạo mạch, kháng u, chống đông máu, kháng viêm, chống tăng huyết áp, chống huyết khối,…[2, 3, 24]. 1.1.2. Hải sâm Stichopus horrens 1.1.2.1. Phân loại Họ Stichopodidae lần đầu tiên được đề xuất bởi Haeckel, với tên gọi “Stichopodida”, để phù hợp với chi Stichopus và Thelenota. Đặc điểm mà phân chia họ này, với những họ khác là ở sự đặc biệt của 2 tuyến sinh dục. Hiện nay, họ Stichopodidae bao gồm 9 chi và 35 loài phân bố khắp nơi. Chi Stichopus và Thelenota là 2 giống đầu tiên được phân loại vào trong họ này [22]. Lớp Holothuroidea Phân lớp Holothuriacea. Bộ Synallactida. Họ Stichopodidae. Chi Stichopus. Loài Stichopus horrens.
11 Hình 1.2. Hải sâm Stichopus horrens, Selenka, 1867. 1.1.2.2. Đặc điểm hình thái và sinh sản S. horrens có hình dạng cơ thể gần giống hình tứ giác ở mặt cắt ngang với bề mặt cứng và thô; có nếp nhăn ở phần giữa lưng. Cơ thể nhiều gai lớn như trái sầu riêng. Mặt lưng có 2-3 hàng gai thịt lớn dạng hình nón khá dài chạy dọc theo hai đường biên lưng cơ thể. Chủ yếu có màu nâu sẫm và vàng nhạt, với từng đốm nâu trắng li ti dọc thân. Khoang miệng có một vài gai nhỏ. Chân của hải sâm bị giới hạn trong 3 phần với phần giữa gồm nhiều hàng chân dạng sợi nhưng mật độ lại ít hơn, nền màu trắng kem với những đốm nâu chạy dọc phần bụng với 20 xúc tu hình tấm khiên. Ở phần lưng, có nhiều các trâm hình tròn và trâm que hình chữ C. Những mảng hình tròn ở phần lưng với 4 lỗ ở trung tâm, 9-12 lỗ ngoại biên xung quanh bề mặt trơn, 4 cái gai với chiều cao trung bình tạo thành cột tháp nhọn hình chữ thập. Các mẫu xương nhỏ ở vùng vây lưng bao gồm các hình vòng giống các trâm gai với các lỗ trên bề mặt tạo ra hình như chữ C và dây, có một cái trâm tháp lớn gồm 4 cái gai hợp lại với nhau tạo thành một cái tháp gai nhọn ở trung tâm. Trên bề mặt các phần trâm gai hình que đều thô và gồ ghề, đặc biệt ở hai đầu thu hẹp lại thành gai; ở trung tâm có các nhánh gai phức tạp, có lỗ. Ở các trâm gai viền nhô đục lỗ có 6 tới 12 lỗ không đều; kích thước nhỏ hơn so với chân ống. Chân ống có trâm lớn, tấm đa điểm và trâm tháp. Trâm gai lớn có tấm trung tâm với đục lỗ; bề mặt thanh gồ ghề và được phủ bởi các gai nhỏ. Trong các xúc tu, các tiểu xương