Luận án nghiên cứu cấu trúc ulvan từ rong lục Ulva lactuca và Ulva reticulata - Quách Thị Minh Thu

Ulvan là một loại sulfate polysaccharide có trong rong lục, đặc biệt là từ các loài như Ulva lactuca… 141 trang · Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

• Tác giả: Quách Thị Minh Thu
• Người hướng dẫn: PGS.TS Thành Thị Thu Thủy
• Trường học: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu cấu trúc ulvan từ rong lục Ulva lactuca và Ulva reticulata
• Loại tài liệu: luận án
• Địa điểm: Nha Trang

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. RONG BIỂN VÀ SULFATE POLYSACCHARIDE TỪ RONG BIỂN
• 2.1. Phân loài rong biển
• 2.2. Thành phần dinh dưỡng và ứng dụng của rong biển
• 2.3. Sulfate polysaccharide từ rong biển
• 2.3.1. Sulfate polysaccharide từ rong nâu
• 2.3.2. Sulfate polysaccharide từ rong đỏ
• 2.3.3. Sulfate polysaccharide từ rong lục
• 2.4. Rong lục chi Ulva và ulvan
• 2.4.1. Rong lục chi Ulva
• 2.4.2. Thành phần và cấu trúc hóa học của ulvan. Các tính chất hóa lý của ulvan
• 2.4.3. Hoạt tính sinh học và ứng dụng của ulvan
• 2.5. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc polysaccharide
• 2.5.1. Phương pháp sắc ký thẩm thấu gel GPC
• 2.5.2. Phương pháp phổ hồng ngoại IR
• 2.5.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR
• 2.5.4. Phương pháp phổ khối lượng MS
• 2.5.5. Phương pháp tán xạ tia X góc nhỏ SAXS
• 2.6. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận án
• 2.6.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 2.6.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 3. CHUẨN BỊ MẪU NGHIÊN CỨU
• 4. PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA RONG
• 5. CHIẾT TÁCH VÀ TINH CHẾ ULVAN
• 6. ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SINH HỌC
• 7. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA ULVAN
• 7.1. Phân tích thành phần hóa học của ulvan
• 7.2. Phương pháp sắc ký thẩm thấu gel (GPC)
• 7.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
• 7.4. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
• 7.5. Phương pháp phổ khối lượng (MS)
• 7.6. Phương pháp tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS)
• 7.7. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 7.8. Sulfate hóa và acetyl hóa mẫu ulvan tự nhiên
• 8. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 8.1. Lựa chọn mẫu nghiên cứu
• 8.2. Kết quả xác định thành phần hóa học của ulvan
• 8.3. Kết quả khảo sát hoạt tính sinh học của ulvan
• 8.4. Xác định cấu trúc của ulvan
• 8.4.1. Ulvan chiết acid từ rong lục Ulva reticulata (UR-H)
• 8.4.2. Ulvan chiết nước từ rong lục Ulva reticulata (UR-N)
• 8.4.3. Ulvan chiết nước từ rong lục Ulva lactuca (UL-N)
• 8.4.4. Ulvan chiết acid từ rong lục Ulva lactuca (UL-H)
• 8.5. Khảo sát ảnh hưởng của sự sulfate hóa và acetyl hóa đến hoạt tính sinh học của ulvan
• 8.5.1. Ảnh hưởng của sự sulfate hóa
• 8.5.2. Ảnh hưởng của sự acetyl hóa
• 9. KẾT LUẬN CHUNG
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về ulvan và rong lục

Ulvan là một loại sulfate polysaccharide có trong rong lục, đặc biệt là từ các loài như Ulva lactuca và Ulva reticulata. Rong lục được biết đến như một nguồn nguyên liệu phong phú cho việc chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học. Theo nghiên cứu, ulvan có cấu trúc phức tạp, bao gồm các thành phần như rhamnose, xylose, acid glucuronic và iduronic. Cấu trúc này không chỉ ảnh hưởng đến tính chất hóa lý mà còn đến hoạt tính sinh học của ulvan. Việc nghiên cứu cấu trúc của ulvan từ rong lục là cần thiết để hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa cấu trúc và hoạt tính sinh học của nó.

1.1. Tầm quan trọng của rong biển

Rong biển, đặc biệt là rong lục, đã được sử dụng từ lâu trong nhiều ngành công nghiệp như thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Sản lượng rong biển toàn cầu ước tính đạt khoảng 15 triệu tấn mỗi năm. Rong lục không chỉ cung cấp các chất dinh dưỡng mà còn có khả năng ứng dụng cao trong y học. Các nghiên cứu cho thấy rằng polysaccharide từ rong biển có thể được sử dụng để phát triển các sản phẩm mới với hoạt tính sinh học cao hơn. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các sản phẩm từ rong biển tại Việt Nam.

II. Cấu trúc và tính chất của ulvan

Cấu trúc của ulvan rất phức tạp và đa dạng, phụ thuộc vào loài rong, thời điểm thu hái và điều kiện môi trường. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng ulvan có thể tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau, từ đó ảnh hưởng đến tính chất hóa lý và hoạt tính sinh học của nó. Việc phân tích cấu trúc ulvan thông qua các phương pháp như sắc ký thẩm thấu gel (GPC), phổ hồng ngoại (IR), và phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) là rất quan trọng để xác định các thành phần cấu tạo của ulvan. Những thông tin này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về ulvan mà còn hỗ trợ trong việc phát triển các ứng dụng thực tiễn của nó.

2.1. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc ulvan

Để nghiên cứu cấu trúc của ulvan, nhiều phương pháp hiện đại đã được áp dụng. Phương pháp sắc ký thẩm thấu gel (GPC) giúp xác định khối lượng phân tử của ulvan, trong khi phổ hồng ngoại (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) cung cấp thông tin về cấu trúc hóa học của nó. Các phương pháp này cho phép phân tích chi tiết các thành phần cấu tạo của ulvan, từ đó hiểu rõ hơn về tính chất và hoạt tính sinh học của nó. Việc áp dụng các phương pháp này không chỉ giúp xác định cấu trúc mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới cho các ứng dụng trong y học và thực phẩm.

III. Hoạt tính sinh học và ứng dụng của ulvan

Ulvan từ rong lục không chỉ có cấu trúc phức tạp mà còn thể hiện nhiều hoạt tính sinh học đáng chú ý. Nghiên cứu cho thấy ulvan có khả năng chống đông máu, chống oxy hóa, và kháng vi sinh vật. Những hoạt tính này mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các sản phẩm y tế và thực phẩm chức năng từ ulvan. Việc chiết xuất và tinh chế ulvan từ rong lục có thể tạo ra các sản phẩm có giá trị cao, phục vụ cho nhu cầu chăm sóc sức khỏe và dinh dưỡng của con người. Điều này không chỉ có ý nghĩa về mặt kinh tế mà còn góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

3.1. Ứng dụng ulvan trong thực phẩm và y học

Ulvan có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong thực phẩm và y học. Trong thực phẩm, ulvan có thể được sử dụng như một chất tạo gel, chất ổn định hoặc chất tạo độ nhớt. Trong y học, ulvan có tiềm năng trong việc phát triển các sản phẩm điều trị bệnh, nhờ vào các hoạt tính sinh học của nó. Nghiên cứu về ulvan không chỉ giúp phát triển các sản phẩm mới mà còn nâng cao giá trị kinh tế của rong biển tại Việt Nam. Việc khai thác và ứng dụng ulvan một cách hiệu quả sẽ góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ hóa học với đề tài "Nghiên cứu cấu trúc của ulvan có hoạt tính sinh học từ rong lục Ulva lactuca và Ulva reticulata" do nghiên cứu sinh Quách Thị Minh Thu thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Thành Thị Thu Thủy (Viện Hóa học) và PGS.TS. Trần Thị Thanh Vân (Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Rong biển là nguồn tài nguyên tự nhiên phong phú cung cấp nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học, đặc biệt là các polysaccharide mạch sulfate. Trong khi các sulfate polysaccharide từ rong đỏ (carrageenan) và rong nâu (alginate, fucoidan) đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, các nghiên cứu về polysaccharide từ ngành rong lục (Chlorophyta) nói chung và chi Ulva nói riêng tại Việt Nam trước thời điểm thực hiện luận án vẫn chưa có công bố cụ thể về quy trình chiết tách, cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học.

Ulvan là sulfate polysaccharide tan trong nước chiết từ rong lục chi Ulva, có cấu trúc hóa học phức tạp, dị thể và đa phân tán. Hoạt tính sinh học của ulvan phụ thuộc vào thành phần đường, khối lượng phân tử, vị trí và hàm lượng nhóm thế sulfate. Việc nghiên cứu toàn diện cấu trúc hóa học, cấu trúc không gian và khảo sát hoạt tính sinh học của ulvan từ nguồn rong biển Việt Nam, cũng như việc biến tính hóa học nhằm nâng cao hoạt tính, là cơ sở khoa học cần thiết để định hướng ứng dụng nguồn nguyên liệu này trong y dược và thực phẩm chức năng.

Mục tiêu nghiên cứu

1. Xác định cấu trúc của các ulvan có hoạt tính sinh học chiết tách từ 2 loài rong lục Ulva lactuca và Ulva reticulata.
2. Tìm hiểu ảnh hưởng của sự biến tính hóa học (sulfate hóa và acetyl hóa) đến cấu trúc và hoạt tính sinh học của ulvan.

Nội dung nghiên cứu (đánh số theo văn bản)

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.
3. Nghiên cứu cấu trúc của các ulvan có hoạt tính tốt.
4. 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.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Ulvan và các dẫn xuất biến tính hóa học của ulvan chiết tách từ 2 loài rong lục Ulva reticulata và Ulva lactuca.
• Phạm vi không gian: Mẫu rong được thu hái tại vùng biển Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa, Việt Nam. Tiêu bản mẫu được lưu trữ tại Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang và Viện Hóa học với ký hiệu UR-14 (Ulva reticulata) và UL-14 (Ulva lactuca), được định danh bởi TS. Lê Như Hậu.
• Phạm vi thời gian: Mẫu nghiên cứu được thu thập vào tháng 4 năm 2014.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trong và ngoài nước

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa các công trình nghiên cứu về rong biển và polysaccharide sulfate theo các nhóm nội dung chính:

1. Nghiên cứu về phân loại và trữ lượng rong biển:

   • Hệ thống phân loại 10 ngành rong của Gollerbakh (1977) phân chia rong biển thành 3 ngành chính: rong đỏ (Rhodophyta), rong nâu (Phaeophyta) và rong lục (Chlorophyta).
   • Tại Việt Nam, Đàm Đức Tiến, Trần Đình Toại và cộng sự (2003) ghi nhận vùng ven biển Bắc Bộ có 259 loài rong; các khảo sát tại Nha Trang xác định 210 loài, Phú Quốc 108 loài, Trường Sa 66 loài, Vịnh Hạ Long 99 loài. Ngành rong lục tại Việt Nam có khoảng 152 loài, trong đó chi Ulva có 69 loài.
   • Đặng Diễm Hồng và cộng sự khảo sát thành phần dinh dưỡng và hoạt tính sinh học của dịch chiết từ Ulva reticulata đối với chuyển hóa acid béo ở gan và tác dụng giảm đau, kháng viêm ở liều 500 mg/kg trên chuột.

2. Nghiên cứu sulfate polysaccharide từ rong đỏ và rong nâu:

   • Fucoidan từ rong nâu (Sargassum, Turbinaria, Padina) được nghiên cứu bởi Bùi Minh Lý và cộng sự, Nguyễn Duy Nhứt, Thành Thị Thu Thủy và cộng sự, Bilan và cộng sự, Hồ Đức Cường, Phạm Đức Thịnh thông qua các kỹ thuật IR, NMR, ESI-MS, MALDI-TOF-MS và SAXS.
   • Alginate từ rong nâu khu vực Bắc Hải Vân được nghiên cứu bởi Trần Vĩnh Thiện.
   • Carrageenan từ rong đỏ thuộc họ Rhodophyceae được nhiều tác giả quốc tế phân loại thành 3 dạng chính: kappa ($\kappa$), iota ($\iota$), và lambda ($\lambda$), xác định cấu trúc tạo thành từ các gốc galactose mạch thẳng có nhóm este sulfate ở các vị trí khác nhau.

3. Nghiên cứu ulvan từ rong lục trên thế giới:

   • Brading (1950) và Percival (1960) xác định các hợp phần sulfate, rhamnose, xylose, acid glucuronic trong ulvan.
   • Quemener và cộng sự (1997) sử dụng phương pháp cắt mạch hóa học kết hợp enzym phát hiện thêm acid iduronic (IdoA, chiếm 1,1% - 9,1%) trong ulvan.
   • Lahaye, Robic, Ray và cộng sự nghiên cứu chiết ulvan bằng dung dịch natri oxalate ở 80°C - 90°C (hiệu suất 8% - 29%), làm rõ các đơn vị disaccharide lặp lại: acid 3-sulfate ulvanobiuronic dạng A ($\text{A}{3\text{s}}$: $[\to 4)\text{-}\beta\text{-D-GlcA-}(1\to 4)\text{-}\alpha\text{-L-Rha3S-}(1\to]$) và dạng B ($\text{B}{3\text{s}}$: $[\to 4)\text{-}\alpha\text{-L-IdoA-}(1\to 4)\text{-}\alpha\text{-L-Rha3S-}(1\to]$), cùng các phân nhánh ở vị trí C-2 của Rha bởi GlcA.
   • Hela Y và cộng sự nghiên cứu chiết tách ulvan từ Ulva lactuca bằng môi trường acid.
   • Delattre và cộng sự xác định các chuỗi lặp $-\text{A}{3\text{s}}\text{-}\text{A}{3\text{s}}-$, $-\text{A}{3\text{s}}\text{-}\text{B}{3\text{s}}-$, $-\text{A}{3\text{s}}\text{-}\text{U}{3\text{s}}-$ trong ulvan từ Ulva armoricana.
   • Qi và cộng sự biến tính ulvan từ Ulva pertusa bằng phương pháp sulfate hóa, acetyl hóa và benzoyl hóa, khảo sát mối quan hệ giữa khối lượng phân tử, hàm lượng sulfate với hoạt tính chống oxy hóa, hạ mỡ máu và độc tính tế bào.
   • Costa, Alves và cộng sự (chiết ulvan từ Ulva lactuca bằng nước với $M_w = 790.000\text{ g/mol}$), Wenjun Mao và cộng sự (Ulva conglobata), Masakuni Tako và cộng sự (Ulva pertusa ở Okinawa), Hanaa và cộng sự (Ulva lactuca thử nghiệm độc tính tế bào trên dòng MCF-7 với $\text{IC}{50} = 0,54\text{ }\mu\text{g/mL}$ và Hep-G2 với $\text{IC}{50} = 9,22\text{ }\mu\text{g/mL}$).

Khoảng trống nghiên cứu luận án giải quyết

Mặc dù trên thế giới ulvan đã được nghiên cứu từ thập niên 1950, phần lớn các công trình chỉ sử dụng phổ IR và phổ NMR một chiều, hai chiều để xác định cấu trúc, chưa áp dụng kết hợp phổ khối lượng ion hóa phun mù điện (ESI-MS, ESI-MS/MS) và tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS) để khảo sát chi tiết trình tự phân mảnh liên kết glycoside và cấu trúc không gian của ulvan trong dung dịch. Tại Việt Nam, chưa có công trình nào nghiên cứu hệ thống về thành phần hóa học, quy trình chiết tách, cấu trúc phân tử và hoạt tính sinh học của ulvan từ hai loài rong lục Ulva reticulata và Ulva lactuca.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và cấu trúc hóa học cơ bản

Ulvan là một heteropolysaccharide mạch sulfate chứa các đơn vị đường chính gồm rhamnose (Rha), xylose (Xyl), acid glucuronic (GlcA), acid iduronic (IdoA) và nhóm thế este sulfate. Mạch chính của ulvan cấu tạo chủ yếu từ các disaccharide lặp lại:

• Acid 3-sulfate ulvanobiuronic dạng A ($\text{A}_{3\text{s}}$): $\beta\text{-D-GlcA-}(1\to 4)\text{-}\alpha\text{-L-Rha3S-}(1\to)$
• Acid 3-sulfate ulvanobiuronic dạng B ($\text{B}_{3\text{s}}$): $\alpha\text{-L-IdoA-}(1\to 4)\text{-}\alpha\text{-L-Rha3S-}(1\to)$
• 3-sulfate ulvanobiose ($\text{U}_{3\text{s}}$): $\beta\text{-D-Xyl-}(1\to 4)\text{-}\alpha\text{-L-Rha3S-}(1\to)$

Nhóm sulfate thường định vị tại nguyên tử carbon C-3 hoặc C-2 của gốc rhamnose, hoặc C-2 của xylose. Liên kết phân nhánh thường xuất hiện tại C-2 của gốc $(1\to 4)\text{-}\alpha\text{-L-Rha}$.

Ký hiệu mẫu	Mô tả phương pháp chiết / biến tính	Loài rong nguồn
UR-N	Chiết bằng dung môi nước	Ulva reticulata
UR-H	Chiết bằng dung môi acid	Ulva reticulata
UR-K	Chiết bằng dung môi kiềm	Ulva reticulata
UL-N	Chiết bằng dung môi nước	Ulva lactuca
UL-H	Chiết bằng dung môi acid	Ulva lactuca
UL-K	Chiết bằng dung môi kiềm	Ulva lactuca
UR-S	Dẫn xuất sulfate hóa từ UR-N	Ulva reticulata
UR-Ac	Dẫn xuất acetyl hóa từ UR-N	Ulva reticulata

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

1. Phân tích thành phần hóa học của rong nguyên liệu:

   • Độ ẩm: Sấy ở $100^\circ\text{C} - 110^\circ\text{C}$ đến khối lượng không đổi (phương pháp AOAC).
   • Hàm lượng tro: Nung ở $550^\circ\text{C} - 600^\circ\text{C}$ trong chén sứ từ 6 - 7 giờ.
   • Protein thô: Định lượng nitơ tổng số theo phương pháp micro-Kjeldahl, quy đổi bằng hệ số $\text{Protein} = \text{Nitơ} \times 6,25$.
   • Hàm lượng lipid: Chiết hồi lưu và phân tách bằng hệ dung môi methanol/chloroform/nước theo phương pháp Bligh và Dyer (1959).

2. Chiết tách và tinh chế ulvan:

   • Sử dụng 3 hệ dung môi: nước cất ($80^\circ\text{C} - 90^\circ\text{C}$), dung dịch acid loãng, và dung dịch kiềm loãng. Tinh chế và thu hồi ulvan bằng phương pháp kết tủa phân đoạn với cồn/methanol.

3. Phương pháp phân tích hóa lý và cấu trúc:

   • Sắc ký thẩm thấu gel (GPC): Xác định khối lượng phân tử trung bình khối ($M_w$), khối lượng phân tử trung bình số ($M_n$), và hệ số phân tán khối lượng phân tử ($M_w/M_n$).
   • Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR): Nhận diện các liên kết và nhóm chức đặc trưng trong dải sóng $400 - 4000\text{ cm}^{-1}$.

Tần số ($\text{cm}^{-1}$)	Kiểu dao động	Nhóm chức / Hợp phần đặc trưng
3420 – 3450	Dao động hóa trị liên kết $\text{O–H}$	Nhóm hydroxyl có liên kết hydro
2936	Dao động hóa trị $\text{C–H}$	Nhóm methylene, methine của mạch đường
1630 – 1650	Dao động hóa trị nhóm $\text{COO}^-$	Nhóm carboxylate của acid uronic (GlcA/IdoA)
1220 – 1260	Dao động hóa trị $\text{S=O}$	Nhóm thế este sulfate ($-\text{O-SO}_3^-$)
1050 – 1080	Dao động hóa trị $\text{C–O–C}$	Khung liên kết glycoside và vòng pyranose
842	Dao động liên kết $\text{C–O–S}$ equatorial	Nhóm sulfate tại vị trí C-4
820 – 850	Dao động liên kết $\text{C–O–S}$ axial	Nhóm sulfate tại vị trí C-2 và/hoặc C-3

• Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR): Đo phổ 1D ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$) và phổ 2D ($^1\text{H-}^1\text{H COSY}$, NOESY, $^{1}\text{H-}^{13}\text{C HSQC}$, $^{1}\text{H-}^{13}\text{C HMBC}$) xác định độ dịch chuyển hóa học ($\delta$, ppm) của proton anomer ($\delta\text{ 4,4 - 5,8 ppm}$), carbon anomer ($\delta\text{ 90 - 110 ppm}$), carbon mang nhóm carboxyl ($\delta\text{ 170 - 180 ppm}$), carbon methyl của rhamnose ($\delta\text{ 15 - 20 ppm}$), trật tự liên kết glycoside và vị trí phân nhánh.
• Phổ khối lượng ion hóa phun mù điện (ESI-MS và ESI-MS/MS Tandem MS): Xác định khối lượng phân tử mảnh ion, phân tích cơ chế phân mảnh mạch đường theo mô hình Domon và Costello (1988) để nhận diện các ion mảnh đặc trưng như $[\text{RhaSO}_3]^-$ tại $m/z\text{ 243}$ và $[\text{RhaUroASO}_3]^-$ tại $m/z\text{ 419}$.
• Tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS): Bước sóng $\lambda = 0,154\text{ nm}$ (thực hiện tại Đại học Điện - Truyền thông Osaka, Nhật Bản dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Yuguchi Yoshiaki). Dữ liệu được xử lý qua đồ thị Guinier ($\ln[q \cdot I(q)]$ theo $q^2$) và đồ thị Kratky ($q^2 \cdot I(q)$ theo $q$) để tính toán bán kính hồi chuyển của mặt cắt ($R_{gc}$) và xác định dạng hình học của phân tử ulvan trong dung dịch nước và $\text{NaCl 0,5 M}$.
• Hiển vi điện tử quét (SEM): Quan sát hình thái vi cấu trúc bề mặt của ulvan tự nhiên và các dẫn xuất biến tính.
• Biến tính hóa học: Phản ứng sulfate hóa bằng phức chất $\text{SO}_3 \cdot \text{DMF}$ (tạo UR-S) và phản ứng acetyl hóa bằng acetic anhydride/pyridine (tạo UR-Ac).

4. Đánh giá hoạt tính sinh học:
   • Kháng vi sinh vật kiểm định: Xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) trên các chủng vi khuẩn Gram dương, Gram âm và vi nấm.
   • Gây độc tế bào in vitro: Xác định tỷ lệ tế bào sống sót (CS%) và giá trị $\text{IC}_{50}$ trên các dòng tế bào ung thư người gồm HeLa (ung thư cổ tử cung), Hep-G2 (ung thư gan) và MCF-7 (ung thư vú).
   • Hoạt tính chống oxy hóa: Đánh giá khả năng quét gốc tự do DPPH, gốc hydroxyl, gốc superoxide và lực khử sắt.
   • Hoạt tính chống đông máu: Đo thời gian đông tụ máu in vitro so sánh với heparin.

---

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu

Phần Mở đầu trình bày bối cảnh khai thác tài nguyên rong biển trên thế giới và tại Việt Nam. Tác giả phân tích tiềm năng của 152 loài rong lục tại Việt Nam, đặc biệt là chi Ulva với hai loài chiếm ưu thế là Ulva reticulata và Ulva lactuca. Nêu rõ tính cấp thiết, mục tiêu nghiên cứu và 4 nội dung nghiên cứu chính của luận án nhằm giải quyết khoảng trống về nghiên cứu cấu trúc và hoạt tính của ulvan tại Việt Nam.

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết và tài liệu nghiên cứu gồm 4 phần chính:

• Rong biển và sulfate polysaccharide từ rong biển: Phân loại 3 ngành rong chính (nâu, đỏ, lục); thành phần dinh dưỡng (chất đạm, khoáng chất, iod, vitamin, chất xơ) và ứng dụng kinh tế - y sinh của hydrocolloid từ rong biển; các nhóm sulfate polysaccharide chính gồm fucoidan (rong nâu), carrageenan (rong đỏ), ulvan, sulfate arabinogalactan và sulfate galactan (rong lục).
• Rong lục chi Ulva và ulvan: Đặc điểm hình thái học, phân bố và trữ lượng của chi Ulva; thành phần hóa học của 4 dạng polysaccharide trong rong lục (ulvan tan trong nước, cellulose không tan, xyloglucan tan trong kiềm, glucuronan); cấu trúc hóa học của ulvan với các đơn vị aldobiouronic acid ($\text{A}{3\text{s}}$, $\text{B}{3\text{s}}$, $\text{U}_{3\text{s}}$); tính chất hóa lý (độ tan, độ nhớt dị thường do tương tác kỵ nước của nhóm methyl trên rhamnose, cơ chế tạo hydrogel với ion $\text{Ca}^{2+}$ và phức borate ester ở $\text{pH 7,5}$); các hoạt tính sinh học gồm chống oxy hóa, chống đông tụ máu, điều hòa miễn dịch, kháng u, hạ lipid máu, bảo vệ gan, kháng vi sinh vật kiểm định và kháng virus (HIV-1, HSV-1, HSV-2).
• Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc polysaccharide: Nguyên lý và khả năng ứng dụng của GPC, FT-IR, phổ NMR một chiều và hai chiều ($^1\text{H}$, $^{13}\text{C}$, COSY, HSQC, HMBC, NOESY), phổ khối lượng ESI-MS/MS theo cơ chế phân mảnh của Domon và Costello, và phương pháp tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS) dựa trên định luật Bragg và phép phân tích đường cong Guinier/Kratky.
• Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế: Tổng kết các công trình về fucoidan, alginate, carrageenan tại Việt Nam và các công trình nghiên cứu ulvan trên thế giới của Lahaye, Quemener, Robic, Ray, Delattre, Qi, Masakuni Tako.

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm:

• Chuẩn bị mẫu: Thu hái mẫu Ulva reticulata và Ulva lactuca tại Nha Trang (4/2014), làm sạch, phơi sấy ở $50^\circ\text{C}$, nghiền bột. Xác định các chỉ tiêu độ ẩm ($8%$), hàm lượng tro, protein thô (Kjeldahl) và lipid (Bligh & Dyer).
• Chiết tách và tinh chế: Xây dựng quy trình chiết tách 6 mẫu ulvan: chiết nước (UR-N, UL-N), chiết acid (UR-H, UL-H) và chiết kiềm (UR-K, UL-K).
• Biến tính hóa học: Thực hiện phản ứng sulfate hóa mẫu UR-N bằng phức $\text{SO}_3 \cdot \text{DMF}$ thu được dẫn xuất UR-S; thực hiện phản ứng acetyl hóa mẫu UR-N bằng acetic anhydride thu được dẫn xuất UR-Ac.
• Phương pháp khảo sát cấu trúc và hoạt tính: Mô tả thông số thiết bị đo GPC, FT-IR, NMR, ESI-MS, ESI-MS/MS, SAXS, SEM, và các quy trình thử nghiệm hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định, độc tính tế bào trên các dòng ung thư (HeLa, Hep-G2, MCF-7), chống oxy hóa và chống đông máu.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và thảo luận khoa học:

• Lựa chọn mẫu và hiệu suất chiết tách: Đánh giá hiệu suất chiết tách của 6 mẫu ulvan từ hai loài rong. Phân tích hàm lượng carbohydrate tổng, protein, tro, uronic acid và nhóm sulfate trong các mẫu.
• Khảo sát hoạt tính sinh học của các mẫu ulvan tự nhiên: Đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của 6 mẫu ulvan; kết quả thử độc tính tế bào của 4 mẫu ulvan trên các dòng tế bào HeLa, Hep-G2, MCF-7; đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của 6 mẫu ulvan. Dựa trên kết quả hoạt tính, lựa chọn các mẫu có hoạt tính tốt để nghiên cứu sâu cấu trúc.
• Xác định cấu trúc của ulvan:
  • Mẫu UR-H (chiết acid từ U. reticulata): Phân tích dữ liệu FT-IR, $^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, COSY, HSQC, HMBC và phổ ESI-MS/MS. Xác định các mảnh ion đặc trưng tại $m/z\text{ 243}$ ($[\text{RhaSO}_3]^-$) và $m/z\text{ 419}$ ($[\text{RhaUroASO}_3]^-$).
  • Mẫu UR-N (chiết nước từ U. reticulata): Xác định đầy đủ cấu trúc hóa học giải mã qua hệ phổ 1D, 2D-NMR và ESI-MS/MS; xây dựng sơ đồ phân mảnh và mô hình cấu trúc phân tử của UR-N. Kết hợp dữ liệu đo SAXS trong dung dịch nước và $\text{NaCl 0,5 M}$, phân tích biểu đồ Kratky và Guinier, so sánh đường tán xạ thực nghiệm với mô hình cấu trúc phân tử để xác định cấu trúc không gian và kích thước hình học phân tử.
  • Mẫu UL-N (chiết nước từ U. lactuca): Phân tích phổ IR, NMR ($^1\text{H}$, $^{13}\text{C}$, COSY, HSQC, HMBC) và ESI-MS/MS (mảnh ion tại $m/z\text{ 243}$), làm rõ các đơn vị đường và liên kết glycoside.
  • Mẫu UL-H (chiết acid từ U. lactuca): Phân tích phổ NMR ($^1\text{H}$, $^{13}\text{C}$, COSY, HSQC, HMBC) và ESI-MS/MS.
• Ảnh hưởng của biến tính hóa học đến cấu trúc và hoạt tính:
  • Sulfate hóa (UR-S): So sánh phổ IR, $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC và ảnh SEM giữa UR-N và UR-S; đánh giá sự gia tăng mức độ sulfate hóa (DS) và ảnh hưởng rõ rệt đến việc cải thiện hoạt tính chống đông máu.
  • Acetyl hóa (UR-Ac): Phân tích phổ $^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$ và ảnh SEM của UR-Ac; đánh giá mức độ acetyl hóa (DA) và sự thay đổi hình thái vi cấu trúc bề mặt cũng như hoạt tính sinh học.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới của luận án

1. Về đối tượng và quy trình công nghệ: Luận án là công trình nghiên cứu hệ thống đầu tiên tại Việt Nam về thành phần hóa học, quy trình chiết tách, tinh chế và biến tính hóa học ulvan từ hai loài rong lục phổ biến ở vùng biển Nha Trang (Ulva lactuca và Ulva reticulata).
2. Về phương pháp luận xác định cấu trúc: Đã kết hợp thành công các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1D và 2D-NMR ($^1\text{H}$, $^{13}\text{C}$, COSY, HSQC, HMBC) với phổ khối lượng phân giải ion hóa phun mù điện (ESI-MS, ESI-MS/MS) và phương pháp tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS) để xác định chính xác cấu trúc hóa học, vị trí nhóm thế sulfate, trật tự liên kết glycoside và mô hình cấu trúc không gian của ulvan.
3. Về cấu trúc hóa học phân tử: Xác định cấu trúc mạch chính của ulvan từ Ulva reticulata và Ulva lactuca được tạo thành từ các đơn vị disaccharide lặp lại của acid 3-sulfate ulvanobiuronic dạng A ($\text{A}{3\text{s}}$: $[\to 4)\text{-}\beta\text{-D-GlcA-}(1\to 4)\text{-}\alpha\text{-L-Rha3S-}(1\to]$) và dạng B ($\text{B}{3\text{s}}$: $[\to 4)\text{-}\alpha\text{-L-IdoA-}(1\to 4)\text{-}\alpha\text{-L-Rha3S-}(1\to]$), với nhóm sulfate liên kết chủ yếu tại vị trí C-3 của gốc rhamnose, các vị trí phân nhánh tại C-2 của gốc rhamnose liên kết với acid glucuronic.
4. Về biến tính hóa học và mối quan hệ cấu trúc - hoạt tính: Điều chế thành công hai dẫn xuất biến tính là sulfate hóa (UR-S) và acetyl hóa (UR-Ac) từ ulvan tự nhiên UR-N; chứng minh được mối liên hệ giữa mức độ sulfate hóa, khối lượng phân tử và cấu trúc mạch polysaccharide với sự gia tăng hoạt tính chống đông máu và hoạt tính sinh học.

Đề xuất và kiến nghị ứng dụng

• Ứng dụng nguồn nguyên liệu rong lục tự nhiên dồi dào tại vùng biển Khánh Hòa và duyên hải Việt Nam để chiết tách ulvan phục vụ nghiên cứu và bào chế các sản phẩm hỗ trợ điều trị y sinh (chống đông máu, chống oxy hóa, hỗ trợ điều trị khối u).
• Tiếp tục tối ưu hóa quy trình bán tổng hợp dẫn xuất sulfate hóa nhằm tạo ra các hợp chất có hoạt tính chống đông máu an toàn, hướng tới thay thế heparin thương mại có nguồn gốc động vật.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Phạm vi thu thập mẫu rong nguyên liệu tập trung tại vùng biển Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa trong một thời điểm (tháng 4/2014), chưa khảo sát biến động hàm lượng và cấu trúc ulvan theo các mùa sinh trưởng khác nhau trong năm và theo các vùng địa lý sinh thái khác dọc bờ biển Việt Nam.
• Các khảo sát hoạt tính sinh học mới dừng lại ở các mô hình sàng lọc thực nghiệm in vitro (kháng vi sinh vật kiểm định, độc tính tế bào ung thư, chống oxy hóa, chống đông tụ máu), chưa triển khai thử nghiệm dược lý trên mô hình động vật sống in vivo.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Mở rộng phạm vi thu mẫu tại các vùng biển khác nhau và khảo sát sự phụ thuộc của cấu trúc, hàm lượng ulvan vào mùa vụ thu hái.
• Nghiên cứu sâu cơ chế tác động phân tử của ulvan và dẫn xuất sulfate hóa trên các mô hình thử nghiệm in vivo.
• Nghiên cứu công nghệ tạo màng polymer sinh học, hydrogel tương thích sinh học từ ulvan kết hợp với ion $\text{Ca}^{2+}$ và borate ứng dụng trong y học tái tạo và phân phối thuốc.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo có giá trị trong các lĩnh vực:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Hóa sinh học, Hóa dược và Công nghệ sinh học biển: Cung cấp cơ sở dữ liệu chi tiết về phương pháp phổ NMR, phân tích phổ khối lượng Tandem ESI-MS/MS đối với phân tử carbohydrate mạch phức tạp và phương pháp SAXS trong xác định cấu trúc không gian polymer sinh học.
• Các viện nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất dược phẩm, thực phẩm chức năng: Cung cấp quy trình công nghệ chiết tách, tinh chế và bán tổng hợp dẫn xuất sulfate hóa/acetyl hóa ulvan làm nguồn nguyên liệu hoạt tính sinh học từ rong biển Việt Nam.
• Cơ quan quản lý tài nguyên và môi trường biển: Cung cấp dữ liệu khoa học về giá trị kinh tế và y sinh của các loài rong lục chi Ulva, phục vụ định hướng quy hoạch, khai thác và bảo vệ nguồn lợi thủy sinh ven biển.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án nghiên cứu đối tượng rong biển nào và mẫu được thu thập ở đâu?

Luận án nghiên cứu 2 loài rong lục thuộc chi Ulva là Ulva reticulata và Ulva lactuca, được thu hái tại vùng biển Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa vào tháng 4 năm 2014. Mẫu được định danh bởi TS. Lê Như Hậu và lưu trữ tiêu bản tại Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang cùng Viện Hóa học với ký hiệu UR-14 và UL-14.

2. Cấu trúc hóa học cơ bản của ulvan được luận án xác định gồm những thành phần nào?

Ulvan là một heteropolysaccharide mạch sulfate chứa các đường đơn rhamnose, xylose, acid glucuronic, acid iduronic và nhóm este sulfate. Mạch chính cấu tạo từ các disaccharide lặp lại: acid 3-sulfate ulvanobiuronic dạng A ($\text{A}{3\text{s}}$: $[\to 4)\text{-}\beta\text{-D-GlcA-}(1\to 4)\text{-}\alpha\text{-L-Rha3S-}(1\to]$) và dạng B ($\text{B}{3\text{s}}$: $[\to 4)\text{-}\alpha\text{-L-IdoA-}(1\to 4)\text{-}\alpha\text{-L-Rha3S-}(1\to]$). Nhóm sulfate định vị chủ yếu tại vị trí C-3 của rhamnose.

3. Những phương pháp hóa lý hiện đại nào được kết hợp để giải mã cấu trúc ulvan trong luận án?

Luận án kết hợp các phương pháp:

• Sắc ký thẩm thấu gel (GPC) xác định khối lượng phân tử ($M_w, M_n$).
• Phổ hồng ngoại (FT-IR) nhận diện các nhóm $-\text{O-SO}_3^-$, $-\text{COO}^-$, $\text{C–O–C}$.
• Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1D và 2D ($^1\text{H}$, $^{13}\text{C}$, COSY, HSQC, HMBC, NOESY).
• Phổ khối lượng ion hóa phun mù điện (ESI-MS và ESI-MS/MS Tandem MS) phân tích cơ chế phân mảnh các ion mạch đường.
• Tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS) phân tích cấu trúc không gian và hình thái chuỗi phân tử trong dung dịch.
• Hiển vi điện tử quét (SEM) quan sát hình thái vi cấu trúc bề mặt.

4. Việc biến tính hóa học mẫu ulvan tự nhiên được thực hiện theo những hướng nào và có tác động gì đến hoạt tính?

Luận án thực hiện 2 phản ứng biến tính trên mẫu ulvan chiết nước UR-N:

• Sulfate hóa (tạo mẫu UR-S): Làm tăng hàm lượng và mức độ sulfate hóa (DS), giúp cải thiện rõ rệt hoạt tính chống đông máu in vitro so với mẫu tự nhiên.
• Acetyl hóa (tạo mẫu UR-Ac): Gắn nhóm acetyl vào cấu trúc mạch đường, làm thay đổi cấu trúc bề mặt và đặc tính sinh học của ulvan.

5. Những hoạt tính sinh học nào của các mẫu ulvan đã được kiểm tra trong luận án?

Luận án đã kiểm tra 4 nhóm hoạt tính sinh học in vitro gồm:

• Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định (kháng khuẩn Gram dương, Gram âm, vi nấm).
• Hoạt tính gây độc tế bào ung thư trên 3 dòng tế bào người: HeLa (ung thư cổ tử cung), Hep-G2 (ung thư gan) và MCF-7 (ung thư vú).
• Hoạt tính chống oxy hóa (quét gốc tự do DPPH, gốc hydroxyl, gốc superoxide và lực khử sắt).
• Hoạt tính chống đông tụ máu.

---

Kết luận

Luận án của tác giả Quách Thị Minh Thu là công trình thực nghiệm hóa học chuyên sâu, công bố các dữ liệu về quy trình chiết tách, cấu trúc phân tử và hoạt tính sinh học của ulvan từ hai loài rong lục Ulva reticulata và Ulva lactuca tại vùng biển Nha Trang, Việt Nam. Bằng việc kết hợp các phương pháp phổ nghiệm hiện đại gồm NMR hai chiều, phổ khối lượng Tandem ESI-MS/MS và kỹ thuật tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS), tác giả đã làm sáng tỏ cấu trúc hóa học, vị trí sulfate hóa và mô hình cấu trúc không gian của ulvan. Kết quả nghiên cứu biến tính sulfate hóa và acetyl hóa đã chứng minh mối tương quan trực tiếp giữa đặc trưng cấu trúc phân tử với hoạt tính sinh học, khẳng định tiềm năng ứng dụng của nguồn rong lục Việt Nam trong lĩnh vực y sinh và dược phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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].