Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 3(38)2018<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
TÁCH VÀ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CÁC POLYSACCHARIDE <br />
TAN TRONG NƯỚC TỪ RONG NÂU SARGASSUM CRASSIFOLIUM <br />
Ở VỊNH NHA TRANG<br />
Bùi Văn Nguyên(1), Lê Công Hoan(1), Phạm Đức Thịnh(2), Trần Thị Thanh Vân(2)<br />
(1) Trường Đại học Khánh Hòa, (2) Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang<br />
Ngày nhận bài 15/06/2018; Ngày gửi phản biện 20/06/2018; Chấp nhận đăng 08/07/2018<br />
Email: buivannguyen@ukh.edu.vn<br />
<br />
<br />
Tóm tắt<br />
Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu về thành phần polysaccharide từ rong nâu <br />
Sargassum crassifolium thu thập ở Vịnh Nha Trang. Kết quả cho thấy hàm lượng alginate lớn <br />
nhất chiếm 25%, fucoidan 1,4% và laminaran 0,09%. Bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion <br />
fucoidan thô được tách thành 3 phân đoạn trên cột sắc ký DEAEcellulose. Kết quả phân tích <br />
thành phần monosaccharide cho thấy trong fucoidan thành phần chủ yếu là fucose và galactose. <br />
Từ khóa: rong nâu, tan trong nước, thành phần, Vịnh Nha Trang<br />
Abstract<br />
ISOLATION AND CHEMICAL COMPOSITION OF WATERSOLUBLE <br />
POLYSACCHARIDES FROM BROWN SEAWEED SARGASSUM <br />
CRASSIFOLIUM IN NHA TRANG BAY<br />
Watersoluble polysaccharides such as fucoidans, alginates and laminarans were <br />
isolated from brown seaweed Sargassum crassifolium. The yield of polysaccharides studied <br />
seaweeds was alginate 25%, laminaran 0.09% and fucoidan 1.4%. Three fractions of sulfate <br />
polysaccharide (fucoidan) extracted from the brown alga Sargassum crassifolium were <br />
fractionated by using anion – exchange chromatography on DEAEcenlulose column. All <br />
fucoidans were sulfated polysaccharides. The main components of fucoidans were fucose and <br />
galactose along with small amounts of xylose, mannose, rhamnose and glucose. <br />
<br />
<br />
1. MỞ ĐẦU<br />
Trong đa dạng vô tận của thảm thực vật đại dương, rong Nâu là một trong số các <br />
loài thực vật biển có thể tự tái tạo đáng được lưu ý nhất mà loài người đã phát hiện ra. <br />
Rong Nâu chứa rất nhiều các hợp chất thiên nhiên có giá trị dinh dưỡng và dược dụng cao. <br />
Đó là các đường (galactose, mannose, xylose); axit amin; axit béo nhiều nối đôi; chất khoáng <br />
dưới dạng keo; các vitamin cần thiết cho cơ thể sống; các polyphenol có hoạt tính chống <br />
oxi hóa mạnh bảo vệ cơ thể loại trừ các gốc tự do nguy hại; fucoidan có khả năng kích <br />
thích hệ miễn dịch, chống viêm nhiễm, ngăn ngừa ung thư đồng thời làm tăng chỉ số chức <br />
<br />
93<br />
Bùi Văn Nguyên... Tách và xác định thành phần các polysaccharide tan trong nước...<br />
<br />
năng gan; iốt hữu cơ giúp tuyến giáp hoạt động tối ưu; alginat là chất giải độc thiên nhiên <br />
và laminaran là chất chống đông cục máu và ung thư [3, 4, 5, 11]. Fucoidan là một sulfate <br />
polysaccharide có cấu trúc hóa học phức tạp. Thành phần của nó bao gồm nhiều loại <br />
đường, chủ yếu là fucose và một số các loại khác như galactose, glucose, manose..., ngoài <br />
ra còn có axít uronic. Fucoidan được biết đến là một chất có nhiều hoạt tính sinh học quí <br />
báu như hoạt tính chống u, chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng nấm, chông đông tu mau và<br />
́ ̣ ́ <br />
kháng virus như HIV. Ngoài ra fucoidan con đ<br />
̀ ược mô ta co nhiêu tac dung sinh hoc khac nh<br />
̉ ́ ̀ ́ ̣ ̣ ́ ư <br />
́ ̣ ̣ ̉<br />
tac dung ha cholesterol, giam m ỡ mau... Do có các tính ch<br />
́ ất quí báu như vậy nên fucoidan <br />
thu hút được rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới [3, 4, 5, 11]. <br />
Nước ta có hơn 3600 km bờ biển với nguồn tài nguyên rong biển rất phong phú, rong <br />
nâu là nguồn lợi rong biển tự nhiên lớn nhất , trong đó chi rong có trữ lượng lớn nhất là <br />
sargassum[8]. Các nghiên cứu về polysaccharide từ chi sargassum mới được nghiên cứu rất <br />
ít. Đặc biệt là rong nâu sargassum crassifolium lần đầu tiên được chúng tôi tiếp cận nghiên <br />
cứu. Kết quả nghiên cứu thành phần polysaccharide tách chiết từ rong nâu sargassum <br />
crassifolium thu thập ở Vịnh Nha Trang giúp định hướng nghiên cứu công nghệ cũng như <br />
nghiên cứu cơ bản về cấu trúc và hoạt tính, cho biết hàm lượng dinh dưỡng và sử dung lam ̣ ̀ <br />
dược liêu hoăc th<br />
̣ ̣ ực phâm ch<br />
̉ ưc năng. T<br />
́ ừ đo lam nên tang c<br />
́ ̀ ̀ ̉ ơ sở cho sự phát triển và sử <br />
dụng nguôn tài nguyên rong nâu môt cach hiêu qua <br />
̀ ̣ ́ ̣ ̉ ở Khánh Hòa. <br />
2. THỰC NGHIỆM<br />
Mẫu rong: Rong được thu thập tại Vịnh Nha Trang vào tháng 6/2017 và định danh <br />
bởi TS. Lê Như Hậu (Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang). Mẫu rong sau <br />
khi thu thập được rửa sạch tạp chất (rác, cát, mùn,...) bằng nước ngọt, đem phơi khô ở <br />
nhiệt độ thường trong không khí và được cắt nhỏ.<br />
Hóa chất và thiết bị: Hóa chất: rượu etylic (C2H5OH), axeton (CH3COCH3), axít <br />
clohyđric (HCl), nước cất (H2O), natri hiđrocacbonat (NaHCO3), natri cacbonat (Na2CO3), <br />
nhựa DEAEcellulose, natri clorua (NaCl), trifloaxetic TFA (CF 3COOH), amoniac (NH3), <br />
natrihiđroxit (NaOH), các hóa chất chuẩn bao gồm: fucose, galactose, mannose, rhamnose, <br />
glucose và xylose tất cả của hãnh Sigma (Mỹ). Thiết bị: Máy phân tích cacbonhyđrat (ICS <br />
3000 của hãng Dionex Mỹ), máy cô quay chân không, máy ly tâm, máy đông khô, máy phân <br />
tích UVVIS, máy đo pH. <br />
Tách fucoidan: Rong khô xử lý với cồn và axeton để loại các hợp chất béo, chất <br />
màu,... Mẫu rong thu được sử dụng để chiết polysaccharide. Lấy 500 gam rong khô đem <br />
chiết bằng dung dịch HCl 0,02M (pH = 23) (t ỉ l ệ rong khô : dịch chiết = 1:10) ở nhiệt độ <br />
60oC trong thời gian 2 giờ, lọc tách bã rong qua một lớp vải lọc mịn và đem chiết lại hai <br />
lần với điều kiện tương tự. Dịch chiết chứa các polysaccharide tan trong nước của 3 lần <br />
chiết được gộp lại và được trung hòa bằng dung dịch NaHCO 3 8% đến pH = 67. Dịch <br />
chiết được cô quay chân không ở nhiệt độ 50oC đến còn 1/5 thể tích ban đầu. Sau đó được <br />
tiến hành chạy thẩm tách qua màng 10kDa trong 48h, cuối cùng đông khô để chuyển thành <br />
dạng bột. Kết quả ta thu được hỗn hợp polysaccharide có thành phần chính là fucoidan [9, <br />
10, 11, 14].<br />
<br />
<br />
94<br />
Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 3(38)2018<br />
<br />
Tách alginate: Bã rong còn lại sau khi chiết fucoidan được phơi khô và tiếp tục chiết <br />
alginat. Chiết alginat (50g rong khô) tiến hành chiết với 2,5 lít dung dịch Na 2CO3 3% trong 3 <br />
giờ tại 60oC (lặp lại 2 lần), sau đó chiết thêm với 2 lít dung dịch Na2CO3 3% nữa và để qua <br />
đêm. Dịch chiết alginat natri được tách khỏi bã rong bằng cách lọc thô qua lớp vải lọc mịn, <br />
dịch lọc được cô chân không đến 1/5 thể tích ban đầu và thẩm tách với màng 10kDa. Sau đó, <br />
dung dịch HCl 0,1M được thêm vào đến pH = 2 và để yên 12 giờ để kết tủa hoàn toàn axit <br />
alginic. Ly tâm tách tủa khỏi dung dịch, rửa lại tủa 3 lần bằng dung dịch HCl 0,1M (hoặc <br />
dung dịch axit alginic được tủa trong cồn 960 theo tỷ lệ 1:2). Sau đó tủa axit alginic được hòa <br />
tan lại bằng dung dịch NaOH 1M, đem thẩm tách và tủa lại bằng 2 thể tích cồn 85%. Li tâm, <br />
tách tủa và rửa lại 3 lần với dung dịch cồn 85% đem sấy chân không ta thu được alginat natri <br />
dạng thô [6,13].<br />
Tách laminaran: Bột fucoidan thô thu được có chứa thành phần chính là fucoidan <br />
lượng ít laminaran và axit alginic. Cân 0,5g mẫu đem hòa tan trong dung dịch HCl 0,04N, <br />
đặt vào máy khuấy trộn để hòa tan, sau đó ly tâm ở 15oC với tốc độ 10.000 (v/p) trong 10 <br />
phút. Phần dịch được đưa lên cột DEAECellulose (4x24 cm), phần không tan là <br />
polymanuronic. Sau đó, lần lượt rửa giải với dung dịch HCl 0,04N. Phân đoạn laminaran <br />
tách ra được cô chân không đến thể tích nhỏ nhất có thể (10ml) và được thẩm tách để ở <br />
4oC (23 ngày) sau đó đem đông khô ta thu được bột laminaran [9, 10, 11, 14].<br />
Tách phân đoạn fucoidan thô: Sau khi tách laminaran ở trên tiếp tục rửa giải với các <br />
dung dịch NaCl có nồng độ tăng dần 0,5N; 1,0N; 2,0N. Mỗi một lần như vậy cột được rửa <br />
cho đến khi dung dịch giải hấp không còn thấy xuất hiện phản ứng dương tính của <br />
carbohydrate với phenol và axit sulfuric đậm đặc [7]. Tất cả các phân đoạn thu được đem <br />
thẩm tách qua màng 10kDa và đông khô thu được 3 phân đoạn ký hiệu F1, F2, F3 [9].<br />
Phân tích thành phần monosaccharide của fucoidan : Thủy phân fucoidan sử dụng <br />
TFA 4N ở 100ºC trong 6h, sau đó để nguội cô quay gần đến khô thêm tiếp NH3(2,5%) cô <br />
quay tiếp (lập lại 3 lần), mẫu thu được hòa tan lại trong H 2O cất, ly tâm lấy dịch trong đem <br />
phân tích thành phần monosaccharide[1, 6]. Xác định thành phần monosaccharide bằng <br />
phương pháp HPAEPAD (High performance anion exchange – pulsed amperometric <br />
detection) trên hệ thống ICS 3000 tại Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang. <br />
Chương trình chạy: rửa isocratic với hệ dung môi: H2O:NaOH 10mM = 99:01, tốc độ rửa <br />
giải 0,1ml/min, thời gian chạy 25min, nhiệt độ 300C trên cột CarboPac PA20 (3x150mm). <br />
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br />
Thành phần polysaccharide chủ yếu trong rong nâu bao gồm alginate, laminaran và <br />
fucoidan. Trong mẫu rong nâu Sargassum crassifolium nghiên cứu có chứa alginate 25%, <br />
laminaran 0,09% và fucoidan 1,4%. So sánh với kết quả phân tích hàm lượng <br />
polysaccharide trong một số loài rong nâu trên thế giới[12] thì loài rong Sargassum <br />
crassifolium ở Vịnh Nha Trang có hàm lượng laminaran thấp hơn, fucoidan là tương tương <br />
và hàm lượng alginate tương đối cao. Điều này một lần nữa khẳng định các yếu tố địa lý <br />
nơi cây rong sinh trưởng như ánh sáng, nhiệt độ, độ muối, ... đã ảnh hưởng đến quá trình <br />
sinh tổng hợp polysaccharide của rong . Nghiên cứu fucoidan từ rong nâu sargassum <br />
<br />
<br />
95<br />
Bùi Văn Nguyên... Tách và xác định thành phần các polysaccharide tan trong nước...<br />
<br />
crassifolium kết quả tách phân đoạn thu được 3 phân đoạn khác nhau F1, F2 và F3 như miêu <br />
tả Hình 3.1. <br />
Kết quả xác định thành phần hóa học monosaccharide của fucoidan được đưa ra trên <br />
Bảng 3.1. Giống như các fucoidan khác, fucoidan từ rong nâu Sargassum crassifolium có <br />
thành phần bao gồm nhiều loại đường với tỉ lệ khác nhau, fucoidan từ rong nâu sargassum <br />
crassifolium thì hai thành phần chủ yếu là fucose và galactose. Ngoài ra còn có các thành <br />
phần khác như xylose, mannose, glucose và rhamnose. Riêng chỉ phân đoạn F 3 là đơn giản <br />
nhất ngoài hai thành phần chính là fucose và galactose còn có rất ít rhamnose và không có <br />
thành phần xylose, mannose và glucose.<br />
Hình 1. Phân đoạn 0,3 2<br />
Absorbance, 490nm<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
F2<br />
fucoidan bằng sắc 0,25<br />
1,75<br />
<br />
<br />
<br />
ký trao đổi ion trên 0,2<br />
F1<br />
F3<br />
1,5<br />
<br />
<br />
<br />
cột DEAECellulose 1,25<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
NaCl, M<br />
0,15 1<br />
<br />
<br />
0,75<br />
0,1<br />
<br />
0,5<br />
<br />
0,05<br />
0,25<br />
<br />
<br />
0 0<br />
0 100 200 300 400 500<br />
<br />
Fraction, V (ml)<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Bảng 1. Thành phần hóa học của các phân đoạn Fucoidan<br />
Thành phần monosaccharide (%mol)<br />
Phân đoạn<br />
Fucose Galactose Xylose Manose Glucose Rhamnose<br />
F1 80,00 15,10 1,00 1,30 1,10 1,50<br />
F2 69,50 25,59 1,20 1,30 1,01 1,40<br />
F3 86,25 12,05 0,00 0,00 0,00 1,70<br />
18.00 CHUAN MONO-111013 #13 F1-S.s crasifolium ED_1_Total<br />
<br />
12.300 CHUAN MONO-111013 #6 [modified by computer, 4 peaks manually assigned] ED_1_Total nC<br />
<br />
nC<br />
1 - Fuc - 8.550 17.00<br />
1 - fucose - 8.384<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
12.125 2 - Gal - 12.667 6 - Man - 18.000 16.00<br />
<br />
<br />
3 - Rham - 13.117<br />
3 - Galactose - 12.367<br />
15.00<br />
12.000<br />
4 - Glc - 14.634<br />
<br />
5 - Xyl - 16.500<br />
14.00<br />
<br />
11.875<br />
<br />
13.00<br />
4 - Rhamnose - 13.000<br />
11.750<br />
<br />
12.00 CHUAN MONO-111013 #16<br />
12.40<br />
F3-S.scrasifolium ED_1_Total<br />
nC<br />
14.50 CHUAN MONO-111013 #14 F2-S.s cras ifolium ED_1_Total<br />
nC<br />
1 - fucose - 8.334<br />
11.625 6 - Xylose - 16.267<br />
12.20 5 - Glucose - 14.400<br />
11.00 2 - 10.900 7 - Manose - 17.867<br />
1 - fucose - 8.384<br />
14.00<br />
<br />
12.00<br />
min<br />
11.500 3 - Galactose - 12.350 m in<br />
13.50 10.00<br />
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0<br />
11.80 3 - Galactose - 12.284<br />
<br />
<br />
<br />
13.00<br />
11.60<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
12.50 11.40<br />
4 - Rhamnose - 12.967 4 - 12.850<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
11.20<br />
12.00<br />
<br />
<br />
11.00<br />
<br />
11.50<br />
2 - 10.800<br />
<br />
10.80<br />
<br />
<br />
11.00<br />
2 - 10.884<br />
<br />
6 - Xylose - 16.217<br />
5 - Glucose - 14.334<br />
96<br />
10.60<br />
7 - Manose - 17.800<br />
<br />
<br />
10.50<br />
10.40<br />
<br />
<br />
<br />
min min<br />
10.00 10.20<br />
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0<br />
Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 3(38)2018<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 2. Sắc ký đồ của chuẩn và mẫu<br />
4. KẾT LUẬN<br />
Nghiên cứu tách và xác định thành phần polysaccharide từ rong Nâu Sargassum <br />
Crassifolium thu thập ở Vịnh Nha Trang cho thấy hàm lượng alginate lớn nhất chiếm 25%, <br />
fucoidan 1,4% và laminaran 0,09%. Kết quả phân tích thành phần monosaccharide cho thấy <br />
trong fucoidan thành phần chủ yếu là fucose và galactose. Kết quả giúp định hướng nghiên cứu <br />
công nghệ cũng như nghiên cứu cơ bản về cấu trúc và hoạt tính, cho biết hàm lượng dinh <br />
dưỡng và sử dung lam d<br />
̣ ̀ ược liêu hoăc th<br />
̣ ̣ ực phâm ch̉ ưc năng. T<br />
́ ừ đo lam nên tang c<br />
́ ̀ ̀ ̉ ơ sở cho sự <br />
phát triển và sử dụng nguôn tài nguyên rong nâu môt cach hiêu qua <br />
̀ ̣ ́ ̣ ̉ ở Khánh Hòa. Đây là công <br />
trình đầu tiên nghiên cứu thành phần hóa học của monosaccharide từ rong nâu Sargassum <br />
crassifolium, những nghiên cứu tiếp theo chúng tôi sẽ công bố trong những bài báo khoa học <br />
sau. <br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
[1] S. D. Anastyuk, N. M. Shevchenko, E. L. Nazarenko, P. S. Dmitrenok, and, T. N. Zvyagintseva <br />
(2009). Structural analysis of a fucoidan from the brown alga Fucus evanescens by MALDITOF <br />
and tandem ESI mass spectrometry. Carbohydrate Research, 344 (6), 779787.<br />
[2] M. I. Bilan, A. A. Grachev, N. E. Ustuzhamina, A. S. Shashkov, N. E. Nifantiev, A. I. Usov <br />
(2002). A highly regular fraction of a fucoidan from the brown seaweed Fucus distichus L. <br />
Carbohydrate Research, 337, 719730.<br />
[3] B. Li, F. Lu, X. Wei and R. Zhao (2008), Fucoidan: Structure and Bioactivity, Molecules, 13, <br />
16711695.<br />
[4] W. A. P. Black, E. T. Dewar, F. N. Woodward (1952). Manufacture of algal chemicals. IV.<br />
Laboratoryscale isolation of fucoidin from brown marine algae, J. Sci. Food Agric., 3, 122129.<br />
[5] Bui Minh Ly<br />
̀ ́ ̣ ̣<br />
́ (2010). Đanh gia hiên trang va Nghiên c<br />
́ ̀ ứu giai phap bao vê nguôn l<br />
̉ ́ ̉ ̣ ̀ ợi rong Mơ <br />
̣<br />
(Sargassum) tai Khanh Hoa<br />
́ ̀ . Sở Khoa học và Công nghệ tinh Khanh Hoa.<br />
̉ ́ ̀<br />
[6] D. Choosawad, U. Leggat, C. Dechsukhum, A. Phonggdara and W. Chotigeat (2005). Anti<br />
tumour activities of fucoidan from the aquatic plant Utricularia aurea lour. <br />
Songklanakarin J. Sci. Technol., 27 (3), 799807. <br />
[7] M. Dubois, K. A. Gilles, J. K. Hamilton, P. A. Rebers, and F. Smith (1956), Colorimetric, <br />
method for determination of sugars and related substances, Anal Chem, 28, 3506.<br />
97<br />
Bùi Văn Nguyên... Tách và xác định thành phần các polysaccharide tan trong nước...<br />
<br />
[8] Huynh Q. N and Nguyen H. D (1998). The seaweed resources of Vietnam, A.T Critchley, M. <br />
Ohno. Seaweed resources of the World, Japan, 6269.<br />
[9] O. S. Vishchuk, S. P. Ermakova, T. N. Zvyagintseva (2011). Sunphated polysaccharides from <br />
brown seaweeds Saccharina japonica and Undaria pinnatifida: isolation, structural <br />
characteristics, and antitumor activity. Carbohydrate Research, 346, 27692776.<br />
[10] E. G. V. Percival and A. G. Ross (1950), Fucoidin. Part I. The isolation and purification of <br />
fucoidin from brown seaweeds. Journal of the Chemical Society, 717720. <br />
[11] M. S. Pereira, F. R. Melo and P. A. S. Mourão (2002). Is there a correlation between structure <br />
and anticoagulant action of sunphated galactans and sunphated fucans?. Glycobiology, 12(10), <br />
573580.<br />
[12]P. Ruperes (2002). Mineral content of edible marine seaweeds. Food chemistry, 79, 2326. <br />
[13]P. Vauchel, R. Kaas, A. Arhaliass, R. Baron and J. Legrand (2008). A new process for <br />
extracting alginates from Laminaria digitata, Reactive Extrusion. Food Bioprocess <br />
Technol, 1, 297300. <br />
[14] T. N. Zvyagintseva, N. M. Shevchenko, I. B. Popivnich (1999). A new procedure for the <br />
separation of watersoluble polysaccharides from brown seaweeds. Carbohydr. Res, 322, 3239. <br />
<br />
<br />
<br />
<br />
98<br />