MỞ ĐẦU. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.
ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU. PHẠM VI NGHIÊN CỨU. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.
Ý NGHĨA KHOA HỌC:. TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI:. TỔNG QUAN VỀ RONG BIỂN. TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN.
Lịch sử nghiên cứu carrageenan. Cấu trúc của carrageenan. Tính chất lý hoá của carrageenan. Tính chất của carrageenan.
Nhiệt độ nóng chảy. Sự tạo gel (gelation). Tính bền acid. Tính thuỷ phân và sự methyl hoá xác định công thức cấu tạo của carrageenan.
Ứng dụng của carrageenan từ rong biển. Giới thiệu một số kỹ thuật sản xuất carrageenan. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CARBOXYMETHYL K- CARRAGEENAN.1 Tình hình nghiên cứu carboxymethyl -carrageenan trên thế giới. Tình hình nghiên cứu carboxymethyl -carrageenan trong nƣớc.
CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CARRAGEENAN VÀ TỔNG HỢP CARBOXYMETHYL K-CARRAGEENAN. Phƣơng pháp phân tích thành phần và cấu trúc của carrageenan [69]. Phương pháp hoá học. Phương pháp vật lý.
Nghiên cứu cấu trúc của carrageenan. Phƣơng pháp tổng hợp carboxymethyl -carrageenan. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. VẬT LIỆU, ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU.
Vật liệu nghiên cứu:. Dụng cụ - thiết bị - hóa chất. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
Phƣơng pháp chiết carrageenan. Tổng hợp dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan. Xác định nhiệt độ đông vào nhiệt độ tan của carageenan. Xác định độ bền gel (1,5 %).
Xác định tính chất, cấu trúc của mẫu carrageenan. Xác định hàm lượng 3,6-anhydro-D-galactose. Xác định hàm lượng sulfate. Xác định khối lượng phân tử trung bình bằng phương pháp đo độ nhớt.
Xác định mức độ thế nhóm carboxymethyl trong kappa-carrageenan. Điều chế các hạt vi nang carboxymethyl kappa-carrageenan. Xác định cấu trúc mẫu carrageenan bằng phổ FT-IR, 13C NMR và 1H NMR. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.
TÍNH CHẤT HÓA LÝ VÀ ĐẶC TÍNH CẤU TRÚC CỦA KAPPA – CARRAGEENAN. Phổ hồng ngoại (FT-IR) của kappa carrageenan. Phổ 13C NMR của kappa carrageenan. Phổ 1H NMR của kappa carrageenan.
TÍNH CHẤT HÓA LÝ VÀ ĐẶC TÍNH CẤU TRÚC CỦA CARBOXYMETHYL KAPPA-CARRAGEENAN. Phổ hồng ngoại của carboxymethyl kappa-carrageenan. Phổ 13C NMR của carboxymethyl kappa carrageenan. Phổ 1H NMR của carboxymethyl kappa carrageenan.
Ảnh hƣởng của tỉ lệ mol monocloacid acetic (ClCH2COOH) đến mức độ thế trong kappa-carrageenan. Khối lƣợng phân tử trung bình của carboxymethyl kappa- carrageenan. Hình ảnh và kích thƣớc hạt carboxymethyl kappa-carrageenan. 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
67 4 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AG: Anhydrogalactose Car: Carrageenan CMKC: Carboxymethyl -carrageenan DS: Mức độ thế ESI-MS: Khối phổ ion hóa điện cực FT-IR: Phổ hồng ngoại (Fourier-Transform Infrared) G4S: D-galactose-4-sulfate DA: 3,6-anhydro-D-galactose IR: Quang phổ hồng ngoại κ: Kappa kDa: kiloDalta LC-MS: Phƣơng pháp sắc ký lỏng ghép cặp khối phổ MCA: Tỷ lệ mol của natri hydroxit và axit monoloroaxetic Mw: Trọng lƣợng phân tử trung bình MS: Phổ khối lƣợng NMR: Cộng hƣởng từ hạt nhân w/v: Khối lƣợng/thể tích ι: Iota λ: Lambda 5 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của các dạng carrageenan khác nhau .1: Cấu trúc của κ-carrageenan .2: Cấu trúc của -carrageenan .3: Cấu trúc của -carrageenan .4: Sự chuyển hóa -carrageenan thành κ-carrageenan trong môi trƣờng kiềm .5: Sự chuyển hóa -carrageenan thành - carrageenan trong môi trƣờng kiềm .6: Sự chuyển hóa -carrageenan thành -carrageenan trong môi trƣờng kiềm .7: Sơ đồ tổng hợp carboxymethyl K-carrageenan .1: Hình ảnh rong Kappaphycus striatum .1: Phổ FT-IR của kappa carrageenan từ rong đỏ K.2: Phổ 13C NMR của carrageenan từ rong đỏ K.3: Phổ 1H NMR của kappa-carrageenan từ rong đỏ K.4: Phổ FT-IR của carboxymethyl kappa carrageenan từ rong đỏ K.5: Phổ FT-IR của kappa carrageenan từ rong đỏ K.6: Phổ FT-IR của carboxymethyl kappa carrageenan từ .7: Phổ 13C NMR của carrageenan từ rong đỏ K.8: Phổ 13C NMR của carboxymethyl kappa-carrageenan từ .9: Phổ 1H NMR của kappa-carrageenan từ rong đỏ K.10: Phổ 1H NMR của carboxymethyl kappa-carrageenan.11: Ảnh hƣởng của tỉ lệ mol monocloacid acetic (MCA)/k- carrageenan đến mức độ thế gốc carboxymethyl trong -carrageenan .12: Hình ảnh và kích thƣớc hạt carboxymethyl kappa- carrageenan dạng ngậm nƣớc và dạng khô. 65 7 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học cơ bản của rong sụn [17] .2: Một số tính chất đặc trƣng của các loại carrageenan [26] .1: Các thiết bị chính đƣợc sử dụng trong thí nghiệm.1: Thành phần hóa học và tính chất hóa lý của kappa- carrageenan từ rong đỏ K.2: Độ chuyển dịch hóa học (ppm) của nguyên tử carbon trong phổ 13C NMR của kappa-carrageenan từ rong đỏ K.3: Độ chuyển dịch hóa học (ppm) của proton trong phổ 1H NMR của kappa-carrageenan từ rong đỏ K. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI. Những tiến bộ gần đây trong công nghệ sinh học đã thúc đẩy nhu cầu nghiên cứu các chất mang phù hợp để mang các chất hoạt tính sinh học có khối lƣợng phân tử lớn, nhƣ insulin và cyclosporine [2]; hormone tăng trƣởng [3]; gen và vaccine miễn dịch qua đƣờng miệng [4].
Tuy nhiên có những rào cản quyết định về mặt sinh học khi sử dụng trực tiếp các thuốc có bản chất protein qua đƣờng miệng, một số protein thƣờng bị biến tính trong môi trƣờng acid của dạ dày và bị phân cắt bởi enzyme đƣờng ruột [5]. Sự bọc các thuốc có khối lƣợng phân tử lớn không chỉ bảo toàn cấu hình và hoạt tính của thuốc trong môi trƣờng dạ dày - ruột, mà còn kéo dài thời gian giải phóng và hấp thụ thuốc ở vị trị đích [1]. Trong số các polymer đƣợc dùng để bọc thuốc, các polysaccharide tự nhiên từ rong biển nhƣ carrageenan, alginate và các dẫn xuất của chúng đang đƣợc tập trung nghiên cứu nhiều nhất [6]. Trong số các chất mang có nguồn gốc từ polysaccharide rong biển đƣợc nghiên cứu gần đây, carrageenan và các dẫn xuất của chúng đã đƣợc tập trung nghiên cứu để đóng gói protein, do chi phí thấp, khả năng tái tạo nhanh, không gây độc tế bào, không gây miễn dịch và khả năng phân hủy sinh học nhanh.
Đặc biệt các chất mang từ dẫn xuất carboxymethyl của carrageenan, do đƣợc gắn thêm các nhóm (-COOH) linh động trong cấu trúc, nên chúng có mật độ liên kết ngang cao và ngăn chặn sự khuyếc tán của acid trong dạ dày cũng nhƣ enzyme vào bên trong cấu trúc của polysaccharide đã đóng gói protein. Bên cạnh đó, chất mang từ dẫn xuất carboxymethyl của carrageenan còn tạo ra một diện tích tiếp xúc lớn trên bề mặt tế bào để giải phóng protein ra khỏi cấu trúc của chất mang theo sự gia tăng nồng độ để thấm qua màng ruột đến vị trí tế bào đích [7]. Rong đỏ, Kappaphycus striatum, Kappaphycus alvarezii và Eucheuma denticulatum là các loài rong kinh tế, đang đƣợc nuôi trồng rộng rãi ở nƣớc ta cho mục đích sử dụng làm thực phẩm hoặc làm nguồn nguyên liệu để sản xuất carrageenan. Đó là nguồn nguyên liệu phong phú để nghiên cứu phát triển các 9 vật liệu sinh học mới từ rong biển ở Việt nam cho định hƣớng sử dụng làm chất mang thuốc trong tƣơng lai.
Trên cơ sở nguồn nguyên liệu rong phong phú đang đƣợc nuôi trồng, tôi tiến hành thực hiện đề tài “Tổng hợp và phân tích đặc tính hóa lý của dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum”. Các kết quả nghiên cứu đạt đƣợc sẽ đóng góp thêm cơ sở dữ liệu các dẫn xuất carrageenan từ rong biển Việt nam để phục vụ cho sử dụng trong y học. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI. - Tinh chế kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum.
- Tổng hợp dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ kappa- carageenan. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. Đối tƣợng nghiên cứu. Kappa-carrageenan và dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum.
Phạm vi nghiên cứu. Rong đỏ, Kappaphycus striatum thu thập ở Vịnh Vân Phong, Khánh Hòa. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. Tinh chế kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum.
Phân tích tính chất hóa lý và cấu trúc của kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum. - Xác định hàm lƣợng carbohydrate. - Xác định hàm lƣợng sulfate. - Xác định hàm lƣợng 3,6-anhydro-D-galactose.
- Xác đinh cấu trúc của kappa-carrageenan bằng phổ IR và 13C NMR. Tổng hợp dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ kappa- carageenan. - Xác định hàm lƣợng carbohydrate. 10 - Xác định hàm lƣợng sulfate.
- Xác định hàm lƣợng 3,6-anhydro-D-galactose. - Xác định mức độ carboxymethyl hóa của dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan. - Xác đinh cấu trúc của dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan bằng phổ IR và 13C NMR. Phân tích tính chất hóa lý, kích thƣớc và cấu trúc của dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ kappa-carrageenan.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI. Ý nghĩa khoa học: Các kết quả nghiên cứu của đề tài là số liệu khoa học mới, chƣa từng công bố ở Việt Nam về các phƣơng pháp tổng hợp và phân tích đặc tính hóa lý của dẫn xuất carboxymethyl kappa-carrageenan từ rong đỏ Kappaphycus striatum. Tính thực tiễn của đề tài: Các kết quả đạt đƣợc từ đề tài không chỉ hứa hẹn sử dụng nguồn polysaccharide từ rong biển để làm chất mang các thuốc khác nhau để điều trị các bệnh, mà còn tác động đáng kể về kinh tế và xã hội, thúc đẩy nuôi trồng, khai thác, sử dụng và nâng cao giá trị kinh tế của rong biển nuôi trồng ở nƣớc ta. TỔNG QUAN VỀ RONG BIỂN Trong đa dạng và vô tận của thảm thực vật đại dƣơng, rong biển là một trong số các loài thực vật có nhiều ứng dụng rộng rãi.
Hàng năm đại dƣơng cung cấp cho trái đất khoảng 200 tỷ tấn rong biển. Nhiều nhà khoa học cho rằng trên 90% cacbon trên trái đất đƣợc tổng hợp nhờ quang hợp, trong đó 20% có nguồn ngốc từ rong biển. Rong biển cũng đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Chúng là nguồn nguyên liệu tự nhiên cho công nghiệp thực phẩm (Cải biển Ulva lactuca, bột rong biển, chất tạo gel E400, E401 Alginate–Agar E406, E407, Carrageenan.), mỹ phẩm (chất tạo kết cấu và hoạt hóa), công nghiệp (Phycocolloids, hydrocolloids tạo độ sánh, gel hoặc chất ổn định), thức ăn gia súc, nông nghiệp, trong ngành dƣợc phẩm [8]… Qua các tài liệu tham khảo trong lịch sử và trong thời gian sử dụng lâu dài, không có nguy cơ gây hại sức khỏe nào đƣợc đề cập đến rong biển.
Vì vậy, rong biển đƣợc xếp vào loại thực phẩm chức năng ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới. Thật vậy, rong biển là nguồn thức ăn rất giàu dƣỡng chất. Trong các phƣơng pháp dƣỡng sinh của nhiều dân tộc trên thế giới, rong biển đƣợc coi là thức ăn tạo sự dẻo dai, khỏe mạnh về thể chất và tinh thần cho con ngƣời. Việc tiêu thụ sản phẩm từ rong biển đã trải qua thời kì lịch sử lâu dài.
Các dấu vết khảo cổ học cho thấy Nhật Bản đã dùng rong biển từ hơn 10 nghìn năm trƣớc.