MỞ ĐẦU Rong sụn Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty được di nhập vào Việt Nam từ những năm 90 của thế kỷ trước và hiện đang được phát triển nuôi trồng tại một số địa phương như Nha Trang - Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận. Hiện rong sụn chủ yếu được người dân thương mại hóa dưới dạng rong khô nguyên liệu bán cho thương lái nước ngoài, đặc biệt là thương lái Trung Quốc [21], [26], [39]. alvarezii (Doty) Doty là loại rong giàu car - một loại polysacharid có hoạt tính sinh học và được sử dụng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống. Hàm lượng car của rong sụn lên tới 40% trọng lượng chất khô [2], [6], [34], [37].
Hiện có nhiều nghiên cứu sản xuất car từ rong sụn và đa số các nghiên cứu sản xuất car từ rong sụn tại Việt Nam và trên thế giới đều sử dụng phương pháp hóa học để xử lý rong trong quá trình chiết car. Từ car người ta có thể thủy phân tạo thành oligocar - một loại oligosaccharide có hoạt tính sinh học và có nhiều ứng dụng trong dược học, y học và thực phẩm như làm tăng khả năng nhũ hóa thuốc, tăng khả năng tạo độ dẻo dai cho thực phẩm, kích thích sinh trưởng thực vật, hoạt tính chống oxy, hỗ trợ phòng chống và điều trị viêm loét dạ dày, … [34], [35], [36], [38]. Hiện có nhiều kỹ thuật thủy phân car thành oligocar như: phương pháp hóa học, phương pháp sử dụng tia bức xạ hay phương pháp sử dụng enzyme polysaccharase. Phương pháp hóa học là phương pháp sử dụng các chất hóa học để phân cắt car thành oligocar.
Phương pháp này có nhược điểm là sau khi sản xuất, hóa chất lẫn với oligocar nên quá trình tinh sạch oligocar tốn kém. Trong khi đó, phương pháp sử dụng tia bức xạ đòi hỏi phải có thiết bị bức xạ mà các phòng thí nghiệm thông thường không có. Phương pháp sử dụng enzyme polysaccharase xử lý rong sụn để sản xuất car và sử dụng enzyme polysaccharase trong thủy phân car tạo ra các oligocar có ưu điểm là ít gây ô nhiễm môi trường và người ta dễ dàng tinh sạch car cũng như oligocar khỏi enzyme polysaccharase. Chính vì thế, sản phẩm car và oligocar sản xuất theo phương pháp sử dụng enzyme polysaccharase được gọi là sản phẩm sản xuất theo công nghệ “sạch”.
Vì thế, hướng nghiên cứu sử dụng enzyme polysaccharase để xử lý rong sụn trong sản xuất car và sử dụng enzyme polysaccharase phân cắt car thành oligocar đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Do vậy, luận án tiến hành “Nghiên cứu sản xuất oligocarrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii Doty (Doty) bằng phương pháp enzyme và ứng dụng trong chế biến và bảo quản surimi”. 1 Mục tiêu chung của luận án Sản xuất car và oligocar từ rong sụn K. alvarezii Doty (Doty) bằng phương pháp sử dụng enzyme và thử nghiệm sử dụng car, oligocar trong sản xuất surimi cá đổng.
Mục tiêu cụ thể của luận án - Sản xuất được car từ rong sụn K. alvarezii Doty (Doty) bằng phương pháp sử dụng enzyme polysaccharase. - Sản xuất được oligocar từ rong sụn K. alvarezii Doty (Doty) bằng phương pháp sửu dụng enzyme polysaccharase.
- Đánh giá được khả năng ứng dụng car và oligocar trong sản xuất surimi từ cá đổng. Nội dung nghiên cứu 1) Nghiên cứu sử dụng enzyme Viscozyme L trong sản xuất car từ rong sụn K. 2) Nghiên cứu tinh sạch car thu nhận từ rong sụn 3) Nghiên cứu thủy phân car thành oligocar bằng phương pháp sử dụng enzyme polysaccharase 4) Nghiên cứu tinh sạch và xác định một số đặc tính cấu trúc của oligocar. 5) Nghiên cứu đánh giá độc chất học của car và oligocar.
6) Thử nghiệm sử dụng car và oligocar trong sản xuất surimi từ cá đổng. Ý nghĩa khoa học Lần đầu tiên ở Việt Nam, luận án tiến hành nghiên cứu sử dụng enzyme polysaccharase trong thủy phân car từ rong sụn K. alvarezii Doty (Doty) để sản xuất oligocar cũng như lần đầu nghiên cứu tinh sạch và xác định cấu trúc của oligocar thu nhận bằng phương pháp enzyme. Kết quả nghiên cứu của luận án là các dữ liệu mới và là nguồn tài liệu phục vụ cho giảng dạy thuộc lĩnh vực chế biến, cho cao học viên, nghiên cứu sinh, các nhà nghiên cứu quan tâm đến lĩnh vực này.
Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của luận án đã tạo ra sản phẩm car và oligocar từ rong sụn theo phương pháp sử dụng enzyme nên sản phẩm car, oligocar là sản phẩm “sạch”, thân thiện với môi trường. Mặt khác, kết quả nghiên cứu của luận án có thể được các doanh nghiệp ứng dụng để sản xuất và thương mại hóa sản phẩm oligocar. Do vậy, luận án sẽ góp phần mở rộng đầu ra cho nghề nuôi trồng rong sụn, hạn chế tình trạng xuất khẩu rong nguyên liệu, tăng thu nhập cho nghề nuôi trồng rong sụn và tạo điều kiện cho nghề nuôi trồng rong sụn tại Việt Nam phát triển một cách bền vững. GIỚI THIỆU VỀ RONG SỤN VÀ CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN 1.
Giới thiệu về rong sụn Rong sụn thuộc ngành tảo hồng (Rhodophyta), Ngành phụ: Rhodophytina Lớp: Florideophyceae Lớp phụ: Rhodymeniophycidae Bộ: Gigartinales Họ: Areschougiaceae Giống: Kappaphycus Loài: bao gồm các loài alvarezii, cottonii, inermis, interme, procrusteanum, striatum. Trong đó loài Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty là loài có sản lượng cao nhất. Hình ảnh về rong sụn Kappaphycus alvarerii (Doty) Doty Tháng 3/1993, trên cơ sở của chương 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 nước 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 tượng nuôi được nhiều tỉnh ven biển miền Trung từ Nghệ An trở vào phía Nam quan tâm. Đến nay, 3 nuôi trồng rong sụn trở thành một nghề mới của Việt Nam, góp phần tạo công việc làm cho hàng ngàn lao động [21], [50], [98]. Rong sụn tươi thường có màu xanh 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 thước lớn, hình tròn hay hình đa giác, trong suốt, vách mỏng chứa các chất dinh dưỡng (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 lượng rong khô, đóng vai trò bảo vệ các lớp bên trong [39]. Thành phần chính của rong sụn là car.
Hàm lượng car có thể chiếm đến 40% trọng lượng 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. Thành phần hóa học cơ bản của rong sụn [10] Thành Hàm Đơn vị Thành Hàm Đơn vị phần lượng tính phần lượng tính 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 % 1.
Giới thiệu về carrageenan Carrageenan có cấu trúc chung là một polymer mạch thẳng với liên kết luân phiên của βD Galactose pyranose qua liên kết 1-3 và αD Galactose pyranose qua liên 4 kết 1-4 (hình 1. Các liên kết ở vị trí số 3 xuất hiện ở các gốc có 2 và 4 sunphat hoặc không có sunphat trong khi liên kết ở vị trí số 4 ở các gốc có 2 sunphat, gốc 2,6 anhydrit và 3,6 anhydrit-2-sunphat, gốc 2,6 disunphat, gốc 2,6 anhydrit và 3,6 anhydrit-2-sunphat. Hợp phần cấu tạo của car gồm có D-Galactose (17 ÷ 31%) còn L- Galactose chiếm lượng rất nhỏ. Do đó, car tạo thành chủ yếu bởi các mạch poly D- Galactose bị sunphat hoá có phân tử lượng 500 ÷ 700Dalton [16].
Các phân tích bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân cho thấy car có nhiều dạng cấu trúc hoá học khác nhau. Dựa vào cấu trúc hoá học, người ta có thể phân car thành các loại như sau: mu, kappa, nu, iota, lamda, theta và xi. Các loại này chỉ khác nhau ở mức độ sunphat hoá, vị trí sunphat hoá, mức độ dehydrat hoá của chuỗi polysacharid. Khối lượng phân tử của đại phân tử car khoảng từ 105 đến 106 phụ thuộc vào nguồn gốc nguyên liệu và quá trình chiết [50], [51], [65], [87].
Cấu trúc của carrageenan với luân phiên liên kết của 1,3 βD Galactose pyranose và 1,4 αD Galactose pyranose Car tự nhiên từ các loài rong khác nhau có thể là hỗn hợp khác nhau của các loại car đã nêu ở trên. Người ta phân chia car ra hai nhóm chính: nhóm 1 chứa các loại mu, nu, kappa, iota và các dẫn xuất của chúng. Các car này tạo gel với ion K+ hoặc có thể xử lý kiềm để có tính chất tạo gel, chúng có đặc điểm là gốc đường có liên kết 1,3 hoặc không có nhóm sunphat hoá ở vị trí C4. Nhóm thứ 2 là lambda, xi, theta và các dẫn xuất của chúng.
Chúng không có khả năng tạo gel ngay cả trước và sau khi xử lý kiềm. Đặc trưng của cấu trúc này là cả hai loại gốc đường liên kết 1,4 và 1,3 đều có nhóm sunphat ở ví trí C2. Ngoài ra, thành phần của car gồm có H2SO4, Ca2+ và 3,6 anhydro D-Galactose. Dạng tồn tại của car trong rong đỏ gắn với Ca2+, K+, Na+ như: R=(OSO3)2Ca hoặc R-OSO3Na, ROSO3K (R là gốc polysacharid).
Hàm lượng SO3–2 cũng ảnh hưởng đến sức đông của car [16]. Về cơ bản car có 3 loại khác nhau là: κ-car, -car, -car. Trong đó, κ-car chiếm thị phần lớn nhất (80%). Mu và Nu là chất ban đầu tổng hợp nên kappa và iota, việc 5 chuyển đổi này là do enzyme dekinkase có trong rong biển hay trong quá trình sản xuất khi dùng xúc tác để loại nhóm 6 sunphat [16].
* κ-carrageenan: là một loại polymer mạch ngắn, có cấu tạo xen kẽ giữa D- galactose-4-sunphat (GalS) và 3,6 anhydro D-galactose (GalA) (Hình 1. Cấu trúc phân tử của κ-car là vòng xoắn kép bậc III.