MỞ ĐẦU Từ lâu con người đã khai thác rong biển làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp như dệt may, mỹ phẩm, dược phẩm và thực phẩm. Hàng năm, theo ước tính sản lượng rong biển của thế giới đạt 15 triệu tấn và dự tính khoảng 22 triệu tấn vào năm 2020. Polysaccharide là các polymer sinh học được tìm thấy trong tự nhiên trên cả thực vật và động vật, cả trên cạn và dưới nước, trong đó rong biển được xem là một nguồn cung cấp polysaccharide rất phong phú và đa dạng. Trên thế giới, các nhà khoa học đã xác định được khoảng 10 000 loài rong biển, chia làm 03 ngành rong chính dựa trên sắc tố của chúng là rong lục (Chlorophyte), rong nâu (Pheophyte) và rong đỏ (Rhodophyte).
Rong lục được biết đến như là nguồn nguyên liệu để tách chiết các chất có hoạt tinh sinh học như lipid, protein, peptide, polysaccharide, carotenoid, hợp chất phenolic, alkaloid,… trong đó polysaccharide được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất do khả năng ứng dụng đa dạng của nó [1]. Việt Nam là đất nước có một vùng biển nhiệt đới rộng với bờ biển dài hơn 3000 km, là nguồn cung cấp các loài rong biển phong phú và đa dạng, rong lục với trữ lượng rất lớn lên tới 152 loài, chủ yếu thuộc về các chi Ulva, Caulerpa, Chaetomorpha, Enteromorpha, trong đó chi Ulva gồm 69 loài với hai loài phổ biến nhất là Ulva reticulata và Ulva lactuca. Rong lục chi Ulva phân bố rộng và mọc tự nhiên ven biển, được đánh giá giàu ulvan là một loại sulfate polysaccharide có nhiều hoạt tính sinh học như chống đông máu, chống oxy hóa, hạ mỡ máu, chống ung thư, kháng nấm… Do đó, việc sản xuất và ứng dụng các sản phẩm từ ulvan phục vụ cho mục đích chữa bệnh đang được chú ý. Ulvan là sulfate polysaccharide có trong rong lục chi Ulva và Enteromorpha.
Cũng giống như các sulfate polysaccharide từ rong biển khác, ulvan có cấu trúc rất phức tạp, nó được cấu tạo bởi các thành phần chủ yếu là các đường rhamnose, xylose, các acid glucuronic, iduronic và nhóm sulfate. Thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của ulvan phụ thuộc rất lớn vào loài rong, thời điểm thu hái, vị trí địa lý nơi rong sinh trưởng và điều kiện chiết tách. Do cấu trúc của ulvan từ rong lục rất phức tạp làm cho việc nghiên cứu cấu trúc gặp nhiều khó khăn, do đó cản trở sự phát triển của các sản phẩm thuốc chữa bệnh. Mặt khác, đã có nhiều nghiên cứu cho 2 thấy có mối liên hệ chặt chẽ giữa cấu trúc hóa học, cấu trúc không gian với hoạt tính sinh học của polysaccharide, do vậy việc nghiên cứu một cách tổng thể cấu trúc của ulvan là rất cần thiết và đòi hỏi phải có sự kết hợp một cách hợp lý của nhiều phương pháp.
Hiện nay, một hướng nghiên cứu đang được quan tâm là điều chế các dẫn xuất của hợp chất thiên nhiên với mục đích nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố cấu trúc đến hoạt tính sinh học, từ đó có thể tạo ra các chất có hoạt tính sinh học cao hơn mẫu tự nhiên. Ở nước ta, polysaccharide chiết tách từ rong đỏ và rong nâu như carrageenan, alginate và fucoidan đã được nghiên cứu và thu được các kết quả tốt ứng dụng vào cuộc sống thì cho đến nay chưa có công bố nào về polysaccharide từ các loài thuộc ngành rong lục nói chung và ulvan từ chi Ulva nói riêng. Với các lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài "Nghiên cứu cấu trúc của ulvan có hoạt tính sinh học từ rong lục Ulva lactuca và Ulva reticulata”, để nghiên cứu cấu trúc của ulvan-một polysaccharide có trong rong lục và tìm hiểu ảnh hưởng của sự biến tính hóa học đến cấu trúc và hoạt tính sinh học của ulvan nhằm góp phần hoàn thiện hướng nghiên cứu về polysaccharide từ rong biển và mở rộng khả năng ứng dụng của nguồn rong biển Việt Nam. Mục tiêu nghiên cứu của luận án: Xác định cấu trúc của các ulvan có hoạt tính sinh học chiết tách từ 2 loài rong lục Ulva lactuca và Ulva reticulata.
Tìm hiểu ảnh hưởng của sự biến tính hóa học đến cấu trúc và hoạt tính sinh học của ulvan. Để đạt được mục tiêu đề ra, nội dung nghiên cứu của luận án gồm: 1. Thu thập 2 loài rong lục phổ biến nhất thuộc chi Ulva ở Việt Nam là Ulva reticulata và Ulva lactuca 2. Nghiên cứu thành phần hóa học và khảo sát hoạt tính sinh học của ulvan tách chiết từ 2 loài rong trên.
Nghiên cứu cấu trúc của các ulvan có hoạt tính tốt. Nghiên cứu ảnh hưởng của sự biến tính hóa học (sulfate hóa và acetyl hóa) đến cấu trúc và hoạt tính sinh học của ulvan. Rong biển và sulfate polysaccharide từ rong biển Rong biển hay tảo bẹ hay cỏ biển là loài thực vật sinh sống ở biển, thuộc nhóm tảo biển. Rong biển có thế sống ở cả hai môi trường nước mặn và nước lợ, chúng mọc trên các rạn san hô hoặc trên các vách đá, hoặc có thể mọc dưới tầng nước sâu với điều kiện có ánh sáng mặt trời chiếu tới để quang hợp.
Phân loài rong biển Trên thế giới, các nhà khoa học đã xác định được khoảng 10 000 loài rong biển và chia thành 3 ngành có giá trị kinh tế cao dựa vào màu sắc của chúng, bao gồm: rong đỏ có khoảng 6500 loài; rong nâu với khoảng 1800 loài và rong lục khoảng 1500 loài [2, 3]. So với các nước vùng Đông Nam Á, nước ta thuộc vào nước có nguồn rong biển đa dạng và phong phú [4, 5]. Các khảo sát điều tra cho thấy số lượng các loài rong biển tại các vùng biển như sau: Phú Quốc có 108 loài; Trường Sa 66 loài; Vịnh Hạ Long 99 loài; Cồn Cỏ 48 loài; Bạch Long Vĩ 46 loài. Riêng vùng Nha Trang có 210 loài.
Năm 2003, tác giả Đàm Đức Tiến, Trần Đình Toại và CS cho biết riêng vùng ven biển Bắc Bộ đã có 259 loài [6, 7]. Với tổng số gần 800 loài rong tìm thấy ở vùng biển Việt Nam, các nhà khoa học Việt Nam cùng thống nhất xếp chúng vào 3 ngành trong hệ thống phân loại 10 ngành của Gollerbakh năm 1977 [8]: + Ngành rong đỏ (Rhodophyta) + Ngành rong nâu (Phaeophyta) + Ngành rong lục (Chlorophyta) Rong nâu: Là loài rong thường có kích thước lớn, loại lớn thường dài khoảng 20 mét, loài trung bình dài từ 2-4 mét, các loài nhỏ hơn dài từ 30–60 cm [2, 3]. Chúng chứa sắc tố xanthophyll-fucoxanthin cùng với chlorophyll a và c nên cá thể của rong nâu đều thể hiện màu nâu lục đặc trưng. Rong nâu là loài rong phổ biến nhất với trữ lượng lớn, khoảng 1800 loài, thường sinh trưởng ở vùng biển đá, nước biển lạnh thuộc bán cầu Bắc, chúng không chỉ mọc trên đá mà còn trên các chân đập, cầu cảng, san hô, động vật thân mềm và ngay cả trên các loài rong khác.
4 Rong nâu phân bố nhiều nhất ở Nhật Bản, tiếp đến là Canada, Việt Nam, Hàn Quốc, Alaska, Ireland, Mỹ, Pháp, Ấn Độ…. Trước đây, rong nâu được sử dụng để tách iodine và kalium. Trong thời gian gần đây, rong nâu được khai thác rộng rãi để chiết tách alginate và fucoidan.1 là ảnh của một số loài rong nâu. Sargassum microcystum Padina australis Hình 1.
Hình ảnh về một số loài rong nâu Rong đỏ: Là loài rong có kích thước nhỏ hơn rong nâu, thường dài từ vài centimet đến hàng mét; tuy nhiên rong đỏ không luôn luôn có màu đỏ: thỉnh thoảng chúng có màu tím, thậm chí là nâu đỏ nhưng chúng vẫn được xếp vào ngành rong đỏ do những đặc tính khác như màu sắc của chúng là do các hạt sắc tố phycobilin tạo thành, phycobilin là sắc tố đặc trưng cho rong đỏ. Ngành rong đỏ có khoảng 6500 loài, gồm 400 chi thuộc nhiều họ. Phần lớn các loài rong đỏ sống ở biển, có cấu tạo từ nhiều tế bào, trừ một số ít thuộc dạng một tế bào hay quần thể. Rong đỏ có dạng hình trụ dẹp dài, phiến chia hoặc không chia nhánh, phần lớn chia nhánh kiểu một trục, một số ít theo kiểu hợp trục [2, 3, 9].2 là ảnh của một số loài rong đỏ.
Porphyra Vietnameusis Acanthophora spicifera Hình 1. Hình ảnh về một số loài rong đỏ 5 Rong đỏ phân bố nhiều ở Việt Nam, Nhật Bản, Hàn Quốc, Chile, Indonesia, Philippine tiếp đến là Thailand, Brazil, Pháp, Trung Quốc, Hawaii, Ấn Độ, Anh, Mỹ … Trên thế giới, rong đỏ được sử dụng với khối lượng lớn để phục vụ cuộc sống con người, một số loài có hàm lượng cao về agar, carageenan, furcellaran được sử dụng để chế biến keo rong biển và làm phụ gia thực phẩm. Các loài rong đỏ được chia thành hai nhóm chính [8]: - Nhóm rong cho agar (Agarophit): Bao gồm các loại như Gelidium, Gracilaria và Acanthopeltis. - Nhóm rong cho carrageenan (Carrageenophit): Bao gồm các loại như Gigartina, Eucheuma, Chondrus, Iridaea và Furcellaria.
Rong lục: Là loài rong có kích thước nhỏ giống như rong đỏ, chúng bao gồm cả những loài đơn bào và đa bào. Rong lục chứa chlorophylls cả hai dạng a và b. Trên thế giới, rong lục phân bố chủ yếu tập trung tại Philipine, tiếp theo là Hàn Quốc, Indonesia, Nhật Bản và ít hơn là ở Việt Nam với các loài như Ulva reticulata, Ulva lactuca, Caulerpa racemosa, … Ngoài ra, rong lục còn phân bố rải rác ở các nước: Canada, Chile, Pháp, Israel, Italy, Malaysia, Achentina, Bangladesh… [2, 10].3 là ảnh của một số loài rong lục. Hình ảnh về một số loài rong lục 6 1.
Thành phần dinh dưỡng và ứng dụng của rong biển Từ lâu con người đã khai thác rong biển làm nguyên liệu cho rất nhiều ngành công nghiệp như thực phẩm, dệt may, mỹ phẩm, dược phẩm. Rong còn được dùng để làm phân bón, cung cấp nhiều K, Ca, P cho đất. Rong biển được coi là loại thực phẩm có giá trị cao, cả góc độ ẩm thực và dinh dưỡng. Tại các nước trong vùng châu Á - Thái Bình Dương, rong biển được tiêu thụ nhiều nhất, chiếm 80% tổng sản lượng toàn cầu, châu Âu chỉ tiêu thụ 1%, rong biển được dùng nhiều để nấu súp, làm sushi, trộn salad … [2, 3].
Thành phần hóa học của rong biển bao gồm lipid, protein, peptide, polysaccharide, carotenoid, các hợp chất phenolic, alkaloid. Trong đó, polysaccharide là thành phần chính của rong biển, được coi là nguồn đường vô tận của rong biển, được cho là rất có giá trị về mặt kinh tế và được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu nhiều nhất cho mục đích y học [3, 10]. Ngoài chức năng là làm vật liệu tạo nên thành tế tào, các polysaccharide giữ nhiều chức năng quan trọng khác đối với tế bào như trao đổi chất và bảo vệ tế bào do chúng có độ bền cơ học cao [12, 13].