MỞ ĐẦU Pectin là một loại polysaccharide có cấu trúc phức tạp xuất hiện trong thành tế bào của thực vật bậc cao, hoạt động nhƣ vật liệu liên kết cho các sợi xenlulose. Nhiều loài thực vật chứa pectin trong lớp gian bào giữa các thành tế bào nguyên sinh nơi chúng tham gia vào quá trình điều hòa sự di chuyển của nƣớc và dịch tế bào [1]. Pectin, do đặc tính tạo chelate tốt, chủ yếu đƣợc sử dụng trong công nghiệp thực phẩm. Ngày càng có nhiều bằng chứng về tác dụng sinh lý của pectin: làm giảm cholesterol và glucose trong máu, ức chế sự gia tăng của tế bào ác tính, tƣơng tác với các ion kim loại và axit mật, điều chỉnh hệ thống miễn dịch, và có tác dụng đến hoạt động của hệ vi sinh đƣờng ruột [2].
Mặc dù thực tế là pectin có trong tất cả các loại thực vật, nhƣng pectin thƣơng mại đƣợc sản xuất chủ yếu từ vỏ cam quýt và bã táo. Cỏ biển nói chung và cỏ biển thuộc họ Zosteraceae nói riêng cũng đƣợc coi là một nguồn đầy hứa hẹn của các pectic polysaccharide này. Pectin đã đƣợc nghiên cứu từ một số loài cỏ biển nhƣ: Ruppia maritima [2], Halodule wrightii, Halophila decipiens và Halodule wrightii. Pectin từ cỏ biển Zostera marina L (hợp chất Zosterin) lần đầu tiên đƣợc nghiên cứu bởi Miroshnikov và cộng sự vào năm 1940 [3] tiếp sau đó đã có một số công trình nghiên cứu về sự chiết tách và đặc điểm cấu trúc của pectin từ cỏ biển thuộc họ Zosteraceae và từ loài Phyllospadix iwatensi [1, 4-7].
Các thí nghiệm ngộ độc chì acetate trên động vật thí nghiệm cho thấy rằng zosterine có tác dụng: thứ nhất, làm chậm quá trình vận chuyển chì từ ruột đến các cơ quan nội tạng và xƣơng, thứ hai, tăng cƣờng đào thải chì tích hợp trong xƣơng [8]. Điểm này chỉ ra khả năng của pectin liên kết các kim loại nặng phức tạp trong ruột. Hiện nay, zosterin (một hợp chất pectin) đƣợc phân lập từ cỏ biển họ Zosteraceae đã đƣợc phát triển thành thuốc có khả năng liên kết và loại bỏ kim loại nặng khỏi cơ thể ngƣời và động vật. Ở Việt Nam, polysaccharide từ rong biển đã đƣợc nghiên cứu rộng rãi hàng thập kỷ qua, trong đó nhiều kết quả đã đƣợc công bố quốc tế và phát triển thành các sản phẩm thƣơng mại nhƣ: agar, agarose, agarose pectin từ 4 rong câu; carrageenan từ rong sụn; alginat và fucoidan từ rong nâu; ulvan từ rong lục.
Tuy nhiên, đối tƣợng polysaccharide từ cỏ biển vẫn còn rất mới mẻ ở Việt Nam, các tài liệu tham khảo cho thấy hiện chƣa có nghiên cứu nào về hợp chất này từ cỏ biển Việt Nam. Vì vậy, việc nghiên cứu polysaccharide từ cỏ biển là hƣớng nghiên cứu mới giúp tìm kiếm và phát hiện các hợp chất mới. Qua phân tích tổng quan các nghiên cứu về cấu trúc, đặc trƣng hóa lý và hoạt tính sinh học của pectin nói chung và pectin cỏ biển nói riêng, cho thấy pectin là chất hấp phụ kim loại nặng tiềm năng trong ứng dụng xử lý môi trƣờng nƣớc và thực phẩm chức năng giải độc kim loại [9]. Để định hƣớng cho việc sử dụng pectin với mục đích giải độc nhiễm kim loại nặng chúng tôi thực hiện đề tài “Phân tích đặc điểm hóa học và khả năng hấp phụ kim loại hóa trị II của pectin đƣợc chiết từ cỏ biển Enhalus acoroides”, từ đó làm cơ sở khoa học giúp định hƣớng phát triển các sản phẩm có giá trị gia tăng từ tài nguyên biển.
Mục đích của luận văn - Phân tích đặc điểm hóa học của pectin chiết tách từ cỏ biển Enhalus acoroides. - Đánh giá khả năng hấp phụ ion kim loại của pectin. Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp thông tin về khả năng liên kết ion kim loại của pectin có trong cỏ biển Enhalus acoroides tại vùng biển Cam Lâm (Khánh Hòa). Từ đó làm cơ sở khoa học cho các nghiên cứu sâu hơn về loại pectin trong cỏ biển Enhalus acoroides và các dẫn xuất của pectin trong việc xử lí kim loại nặng.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả của đề tài sẽ góp phần đánh giá giá trị của cỏ biển nhƣ là nguồn hợp chất hấp phụ sinh học tự nhiên, đồng thời giúp định hƣớng nghiên cứu khai thác và sử dụng bền vững nguồn lợi từ cỏ biển nhằm tạo ra các sản phẩm có giá trị sử dụng cao nhất là trong lĩnh vực dƣợc phẩm và xử lí ô nhiễm môi trƣờng. 5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Cỏ biển Enhalus acoroides (cỏ lá dừa) Cỏ lá dừa là một loài thực vật có hoa trong họ Hydrocharitaceae. Loài này đƣợc (L.) Royle mô tả khoa học đầu tiên năm 1839.
Cỏ lá dừa là một loài cỏ biển lớn có nguồn gốc từ các vùng nƣớc ven biển của Ấn Độ Dƣơng nhiệt đới và Tây Thái Bình Dƣơng. Cỏ lá dừa sống ven bờ ở các nền nông, mềm nhƣ bùn hoặc bãi cát và nền san hô tùy thuộc vào khu vực sinh trƣởng. Tại Việt Nam cỏ lá dừa phân bố ở hầu hết các vùng biển đảo cho thấy cỏ lá dừa là một loại cỏ biển đặc trƣng ở Việt Nam. Cỏ lá dừa có đặc điểm: lá dạng dải băng rất dài từ 30 - 150 cm, lá có đầu cong vào trong, vỏ bọc cuống lá dày, có các rễ và lông dài màu đen.
Các cạnh của lá đƣợc cán nhỏ và có các kênh không khí bên trong. Lá dài phát triển để nắm bắt nhiều ánh sáng. Đây là loài duy nhất giải phóng hạt phấn lên bề mặt nƣớc trong sinh sản, trong quá trình này, hoa đực sẽ tách ra khỏi vòi và vƣơn lên bề mặt nơi có nhiều hoa bên trong các chùm hoa kỵ nƣớc. Khi ở trên bề mặt, nó sẽ giải phóng phấn hoa của mình thành một chùm hoa cái, nơi nó đã vƣơn lên mặt nƣớc nhờ bề mặt cuống dài ra.
Trái đang phát triển đƣợc kéo dƣới nƣớc để hoàn thành quá trình chín. Quả có hình tròn và có đƣờng kính lớn (4-6 cm) với lớp lông dày, có gân. Khi chín, trái cây tách ra nở 6-7 hạt trắng. Giống nhƣ các loài cỏ biển khác, cỏ biển E.
acoroides phát tán chủ yếu bằng sự sinh sản sinh dƣỡng. Pectin Pectin là một nhóm các polysaccharide phức tạp đƣợc tìm thấy trong thành tế bào của thực vật bậc cao đƣợc cấu tạo chủ yếu từ các đơn vị axit galacturonic. Polysaccharide này thƣờng liên kết với các thành phần khác của thành tế bào nhƣ cellulose, hemicellulose và lignin, nơi chúng có chức năng nhƣ một chất hydrat hóa và vật liệu kết dính cho mạng xenlulo. Chúng thƣờng đƣợc tạo ra trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển thành tế bào sơ cấp và 6 chiếm khoảng một phần ba chất khô thành tế bào của cây hai lá mầm và một số cây một lá mầm.
Pectin góp phần vào độ cứng và cấu trúc của mô thực vật, tham gia vào quá trình kết dính gian bào và sức đề kháng cơ học của thành tế bào, và chúng cũng có vai trò quan trọng trong sự phát triển của tế bào thực vật. Polysaccharide đa năng này đã đƣợc sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống trong nhiều năm. Các ứng dụng chính của pectin là nhƣ một chất tạo gel, chất làm đặc, chất ổn định và chất nhũ hóa [9, 10]; pectin cũng cung cấp một nguồn chất xơ quan trọng, có thể có đặc tính chữa bệnh [11, 12, 13]. Bên cạnh tầm quan trọng của nó trong ngành công nghiệp thực phẩm, pectin có những ứng dụng tiềm năng trong nhiều lĩnh vực khác, nhƣ y học, nhƣ một chất mang cho các loại thuốc đƣợc kiểm soát hoặc giải phóng hoạt tính sinh học.1: Cấu tạo thành tế bào thực vật (Nguồn: https://www.com/doi/full/10.
Nguồn công nghiệp Nguyên liệu dùng sản xuất pectin đều chứa một lƣợng lớn các chất pectic và có sẵn nguồn cung cấp dồi dào dƣới dạng chất cặn bã từ quá trình 7 sản xuất nƣớc trái cây. Tuy nhiên, chúng tạo ra các pectin hơi khác nhau, làm cho loại này hoặc loại kia phù hợp hơn cho các ứng dụng cụ thể [14]. Trƣớc khi chiết xuất công nghiệp, nguyên liệu thô thƣờng đƣợc xử lý trƣớc (chần, rửa, sấy khô, v.) để vô hiệu hóa các enzym mà nếu không sẽ làm phân tử pectin nhanh chóng bị phân hủy, và làm tăng Sự ổn định của sản phẩm trong quá trình vận chuyển và bảo quản. Việc tách pectin từ nguyên liệu thô thƣờng đƣợc thực hiện bằng cách xử lý axit (pH 1,5 đến 3,0) ở nhiệt độ cao (70 đến 90 °C), sử dụng axit clohydric, axit nitric hoặc axit sulfuric trong một số trƣờng hợp.
Bƣớc này cho phép chiết xuất và hòa tan vật liệu pectin từ các mô thực vật. Trong những điều kiện này, các phản ứng phân huỷ nhƣ khử ester hoá và khử phân hủy sẽ xảy ra. Do đó, các điều kiện chiết xuất, cụ thể là nhiệt độ, thời gian và pH, cần đƣợc kiểm soát cẩn thận để đạt đƣợc các đặc tính cuối cùng mong muốn của sản phẩm. Dịch chiết thô pectin sau đó đƣợc tách khỏi vỏ hoặc bã bằng quá trình lọc hoặc ly tâm.
Sau đó, pectin đƣợc tách ra khỏi dịch chiết tinh khiết bằng cách kết tủa với rƣợu (isopropanol, ethanol hoặc methanol) hoặc bằng cách kết tủa với muối không hòa tan bằng cách bổ sung cation đa hóa trị, thƣờng là nhôm. Kết tủa thu đƣợc đƣợc rửa bằng cồn và đƣợc ép để loại bỏ các tạp chất hòa tan, cuối cùng đƣợc làm khô và nghiền để thu đƣợc pectin dạng bột. Các pectin do đó thu đƣợc thƣờng có chỉ số ester hóa (DE) cao hơn 50% và đƣợc gọi là pectin có độ methoxyl hóa cao (HM); Quá trình khử ester hóa cũng đƣợc thực hiện ở cấp độ công nghiệp để tạo ra các loại quả có DE thấp hơn (<50%) đƣợc gọi là pectin có độ methoxyl hóa thấp (LM). Quá trình khử ester hóa ở cấp độ công nghiệp thƣờng đƣợc thực hiện trên HM pectin kết tủa trong quá trình phân tán rƣợu.
Các LM pectin thƣờng thu đƣợc bằng cách khử axit có kiểm soát, hoặc bằng cách khử ester bằng kiềm. Tiêu chuẩn hóa cũng là một thực tiễn công nghiệp hiện nay để sản xuất các mẫu pectin với các đặc tính nhất quán. Vì pectin đƣợc chiết xuất từ nhiều loại nguyên liệu thô tự nhiên, nên chúng thƣờng đƣợc đặc trƣng bởi sự biến đổi về cấu trúc và chức năng. Do đó, ngƣời ta thƣờng pha trộn các lô sản xuất khác nhau với nhau và pha loãng chúng với sucrose hoặc dextrose để đạt đƣợc hiệu suất tiêu chuẩn.
phù hợp với sản lƣợng của vật liệu pectic, giảm thời gian hoặc chi phí xử lý và cải thiện các đặc tính của pectin chiết xuất.