Thạc Sĩ Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ thu nhận carrageenanchất lượng cao từ rong sụn

Luận văn thạc sĩ
Đề tài: NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ THU NHẬN CARRAGEENANCHẤT LƯỢNG CAO TỪ RONG SỤN
MỞ ĐẦU
Rong sụn Kappaphycus alvareziilà loại rongcó giá trị kinh tế cao. Hiện
rong sụn được nuôi trồng chủ yếu ở Philippines, Indonesia, Sản lượng rong sụn
hàng năm của Philippines vào khoảng 120 tấn rong khô/năm. Trong rong sụn có
nhiều các chất khoáng như: Mg
2+
, Mn
2+
, Fe
2+
, Hơn thế nữa,trong rong sụncòn
có chứa carrageenan,một loại polysaccharide được ứng dụng nhiều trong mỹ
phẩm, công nghiệp dệt, dược phẩm, đặc biệt là trong công nghệ thực phẩm.
Trong thực phẩm carrageenan được sử dụng làm phụ gia để ổn định, tăng khả
năng nhũ tương cao cho các sản phẩm sữa, đồ uống, Ngoài ra, carrageenan còn
được sử dụng để tăng khả năng đông tụ, giữ nước cho nhiều sản phẩm từ thịt và
cá. Hơn nữa, rong sụn còn được sử dụng như là một loại rau cao cấp trong bữa ăn
hàng ngàycủa nhiều người Á châu như: Nhật Bản, Hàn Quốc,
Từ năm 1993, rong sụn đã được du nhập về nuôi trồng ở một số tỉnh ven
biển của Việt Nam: Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Kiên
Giang, Các nhà khoa học của Việt Nam cũng chỉ mới quan tâm nghiên cứu về
rong sụn trong một vài năm trở lại đây.Các công trình nghiên cứu về rong sụn
mới chỉ tập trung vào nghiên cứu nuôi trồng và sơ bộ nghiên cứu tách chiết
carrageenan từ rong sụn. Tuy vậy, để có thể sản xuất carrageenan từ rong sụn
đòi hỏi phải có các công trình nghiên cứu rất cụ thể về công nghệ thu nhận
carrageenan từ rong sụn. Do vậy, đề tài: “Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ thu
nhận carrageenan chất lượng cao từ rong sụn Kappaphycus alvarezii” là rất cần
thiết, làm cơ sởcho việc sản xuất carrageenan từ rong sụn, góp phần nâng cao
giá trị rong sụn Việt Nam.
Mục đích của đề tài:
3
Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến thành phần,
chất lượngcủa carrageenan thu nhận từ rong sụn (Kappaphycus alvarezii).
Nội dung của đề tài:
1. Nghiên cứu sự biến đổi hàm lượng carrageenan và một số khoáng chất
trong chu kỳ sống và phát triển của rong sụn.
2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại kiềm, acid tới chất lượng của
carrageenan.
3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian nấu chiết tới chất lượng
của carrageenan.
4. Xây dựng quy trình hoàn thiện sản xuất carrageenan có chất lượng cao
phục vụ cho lĩnh vực thực phẩm.
Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đềtài có ý nghĩa cao về khoa học, chứng minh
rằng các điều kiệncông nghệ, chế độ xử lý và nấu chiết có thể ảnh hưởng tới
chất lượng của carrageenan thu nhận từ rong sụn. Kết quả nghiên cứu của đề tài
sẽ là các số liệu thực tế bổ sung cho lý thuyết để phục vụ cho công tác giảng
dạytại Trường Đại học Nha Trang.
Ý nghĩa thực tiễn
Thành công của đề tài sẽ là cơ sở cho việc sản xuất carrageenan sử dụngï
cholĩnh vựcthực phẩm ở quy mô lớn.
4
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN VÀ CARRAGEENAN
1.1. GIỚI THIỆU VỀ RONG SỤN
Rong sụn có tên thương mại là cottonii, ký hiệu là KA, thuộc ngành hồng
tảo Rhodophyta, lớp Rhodophyceae, phân lớp Florideophycidae, bộ Gigartinales,
họ Areschougiaceae, giống Kappaphycus, loài alvarezii(Hình 1.1, 1.2, 1.3).
Hình 1.1. Hình ảnh về rong sụn(Kappaphycus alvarezii)tươi
Hình 1.2. Rong sụn khô
Hình1.3. Rong sụn khô
Macxxell Doty là người đầu tiên tìm thấy rong sụn ởvùng biển Philippines
vào năm 1972. Người có công thu mẫu cùng với ông là Alvarezii.Do vậy,
Macxxell Doty đặt tên loạirong này là Euchuma alvareziiDoty. Khi phân tích
5
thành phần hóa học của loại rong này, Macxxell Dotyđã đổi tên Euchuma
alvareziiDoty thành Kappaphycus alvarezii(Doty).Sau đó, Macxxell Doty cùng
với một nhóm các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Hawaii bắt đầu nghiên cứu
phát triển phương pháp nuôi trồng rong sụn ở Hawaii. Từ đó, rong sụn được nuôi
trồng và phát triển rộng rãi ở các nước Indonesia, Malaysia, Tanzania, Ấn độ,
Rong sụn là loài sinh trưởng phát triển nhanh, từ 100 gram rong giống ban
đầu sau một năm nuôi trồng có thể tăng trưởng thành bụi rong nặng tới 14 –16
Kg. Thân rong dạng hình trụ tròn, đường kính thân chính khi phát triển cực đại
có thể đạt tới 20 mm. Thân chứa nhánh phân bố không theo quy luật. Khi đang
sinh trưởng trong nước biển thì thân rong hơinhớt, có màu xanh nâu, thân rong
giòn, dễ gẫy. Rong sụn tươi thường có màu xanh hoặc màu đỏ nâu do trong rong
có hai loại sắc tố là phycobline (bao gồm phycocyanine có màu xanh tím,
phycocythrine có màu đỏ) và chlorophyll. Sau khi thu hoạch, phơi khô rong sụn
thường có màu vàng nâu, thể tích bị giảm đến ¾ so với khi ở trong nước biển và
có trạng thái rắn chắc.
Nhiệt độ thích hợp nhất cho sự để sinh trưởng và phát triển của rong sụn
là từ 25  28
0
C. Nhiệt độ cao hơn 30
0
C và thấp hơn 20
0
C sẽ ảnh hưởng đến sinh
trưởng của rong. Nếu nhiệt độ thấp hơn 15  18
0
C thì rong sẽ ngừng phát triển.
Rong sụn là loài ưa mặn, chúng chỉ sinh trưởng và phát triển tốt ở nơi có
độ mặn cao (28  32
0
/
00
), ở độ mặn thấp (18  20
0
/
00
) rong sụn chỉ có thể tồn tại
trong thời gian ngắn (5  7 ngày) và nếu kéo dài nhiều ngày rong sẽ ngừng phát
triển, có hiện tượng đứt gẫy và dẫn đến tàn lụi.
Rong sụn thuộc ngành rong đỏ Rhodophyta có chứa các sắc tố chlorophyll
và phycobline nên rong sụn chỉ thích nghi với ánh sáng có bước sóng ngắn với
cường độ ánhsáng không cao, từ 12.000  50.000 lux, thích hợp nhất từ 30.000
 50.000 lux. Ánh sáng quá thấp hoặc quá cao thì đều ảnh hưởng đến quá trình
sinh trưởng và phát triển của rong.Rong sụn phát triển tốt ở vùng nước thường
6
xuyên trao đổi và luân chuyển (tạo ra do dòng chảy, dòng triều hay sóng bề
mặt) -đây là yếu tố cực kỳ quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng và phát
triển cũng như chất lượng của rong sụn.Trong điều kiện nhiệt độ không quá cao,
nước được trao đổi thường xuyên, rong sụn hầu như không đòi hỏi nhiều về các
chất dinh dưỡng, các chất dinh dưỡng có sẵn trong nước đủ cung cấp cho rong
sụn phát triển. Chỉ trong điều kiện nước tĩnh, ít được trao đổi và nhiệt độ nước
cao (mùa nắng –nóng, trong các thuỷ vực nước yên như: ao, đìa nhân tạo) rong
sụn đòi hỏi dinh dưỡng cung cấp thêm các chất: Amon và Phot phat cao hơn cho
sự sinh trưởng. Nhìn chung ở các vùng có hàm lượng các chất dinh dưỡng: Amon,
Natri, Phot phat cao, tốc độ sinh trưởng của rong sụn cao và các lọai chất dinh
dưỡng này còn giúp rong sụn phát triển bình thường trong các điều kiện không
thuận lợi về nhiệt độ, độ mặn hay nước ít lưu chuyển.Tốc độ tăng trưởng của
rong sụn cao nhất vào khoảng tuần thứ 2 đến tuần thứ 4, khi kích thước rong ở
200  700g/cụm. Khi rong đạt bình quân trên 1000g/cụm (ở tuần thứ 5 hoặc thứ
6) tốc độ sinh trưởng của rong giảm dần, hàm lượng kappa-carrageenan càng cao
khi kéo dài thời gian trồng. Do đó để đảm bảo cho việc nuôi trồng rong sụn có
năng suất và chất lượng cao, thời gian thu hoạchrong ít nhất sau hai tháng trồng
là hợp lý. Nhìn chung, tốc độ tăng trưởng của rong sụn từ 5  7%/ngày trong mùa
mát và từ 1  3% trong mùa nóng.
Rong sụn và đa số các loài rong có mùi tanh đặc trưng, mùi của rong sụn
là yếu tố phức tạp được cấu thành bởi nhiều yếu tố trong đó có sự tham gia đáng
kể của bihenic acid, là loại acid do vi khuẩn sống trên thân cây rong sinh ra. Các
vi khuẩn này có rất nhiều trong nước biển. Để khử mùi cho rong sụn, người tacó
thể phơi rửa rong nhiều lần bằng nước sạch hoặc ngâm trong nước gạo, dấm ăn,
nước trà,
Thành phần hóa học của rong sụn [4]:
7
Thành phần chính của rong sụn là carrageenan. Hàm lượng carrageenan có
thể chiếm đến 40%trọng lượng khô của rong. Trong đó carrageenan tan chiếm
khoảng 33% và carrageenan không tan chiếm 7%.Thành phần hóa học cơ bản
của rong sụn nguyên liệu thu hoạch ởbiển, phơi nắng đến độ ẩm khoảng 20%,
rửa sạch bằng nước sinh hoạt và sấy khô ở 40  50
0
C để đạt trở lại độ ẩm
19  20%thể hiện ở bảng 1.1.



TÀI LIỆU THAM KHẢO
I. Tài liệu tiếng Việt
1. Hoàng Kim Anh (2006), Hóa học thực phẩm, Nhà xuất bản Khoa học và
Kỹ thuật, Hà Nội
2. Trần Bính và Nguyễn Văn Ngọc(dịch) (1983), Thống kê trong hóa học
phân tích, Nhà xuất bản Đại học và Trung học Chuyên nghiệp, Hà Nội.
Trang 237 –241.
75
3. Nguyễn Hữu Dinh, Huỳnh Quang Năng, Trần Ngọc Bút, Nguyễn Văn
Tiến (1993), Rong biển Việt Nam, Nhà xuấtbản Khoa học và Kỹ thuật.
4. Đống Thị Anh Đào (1999), Nghiên cứu thu nhận carrageenan từ rong sụn
Kappaphycus alvarezii ở biển Ninh Thuận, Tạp chí phát triển Khoa học
Công nghệ.
5. Phạm Văn Đạt (2004), Nghiên cứu tách chiết và thử nghiệm sản xuất chế
phẩm nước chiết từ rong sụn đóng hộp, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường
Đại học Thủy sản, Nha Trang.
6. Nguyễn Văn Mùi (2001), Thực hành hóa sinh học, Nhà xuất bản Khoa
học và Kỹ thuật Hà Nội.
7. Trần Bích Lam, Tôn Nữ Minh Nguyệt, Đinh Trần Nhật Thu (2004), Thí
nghiệm hóa sinh thực phẩm, Nhà xuất bản Đại học quốc gia Tp.Hồ Chí
Minh.
8. Trần Thị Luyến, Đỗ Minh Phụng, Nguyễn Anh Tuấn, Ngô Đăng Nghĩa
(2004), Chế biến rong biển, Nhàxuất bản Nông nghiệp Tp.HCM.
9. Đỗ Minh Phụng, Đặng Văn Hợp (1997), Phân tích kiểm nghiệm sản phẩm
thủy sản, Trường Đại học Thủy sản.
10. Trần Thị Thanh Thủy (2004), Nghiên cứu sử dụng các phương pháp phổ để
xác định thành phần hóa học và cấu trúc của carrageenan từ tảo biển đỏ
Kappaphycus alvarezii, Luận văn thạc sỹ hóa học, Trường Đại học KHTN,
Hà Nội.
11. Lâm Ngọc Trâm (1993), Các chất dinh dưỡng có trong rong biển và tiềm
năng của nó trong chănnuôi, Tạp chí Nông nghiệp.
12. Lâm Ngọc Trâm, Đỗ Tuyết Nga, Nguyễn Phi Đính, Phạm Quốc Long,
Ngô Đăng Nghĩa (1999), Các hợp chất tự nhiên trong sinh vật biển Việt
Nam, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
76
13. Lê Ngọc Tú, Bùi Đức Hợi, Lưu Duẩn, Ngô Hữu Hợp, Đặng Thị Thu,
Nguyễn Trọng Cẩn (2001), Hóa học thực phẩm, Nhà xuất bản Khoa học
và Kỹ thuật, Hà Nội.
14. Lê Ngọc Tú, Lê Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Phạm Quốc Thắng, Nguyễn
Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi, Lưu Duẩn, Lê Doãn Diên (2002), Hóa sinh công
nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỷ thuật, Hà Nội.
15. Các mô hình kỹ thuật trồng rong sụn(Kappaphycus alvarezii), Chương
trình nghiên cứu Khoa học của Dự án SUMA.
16. Tạp chí KH & KT Thủy sản, số 2/2004.
17. Tạp chí phát triển Khoa học và Công nghệ tập 2, số 9/1999.
18. Trang web: http://www.baothanhnienonline.com
19. Trang web: http://www.cpkelco.com
20. Trang web: http://www.cpkelco.com/carrageenan/structure.html
21. Trang web:
http://www.cpkelco.com/carrageenan/gelling_mechanism.html
22. Trang web: http://www.lsbu.ac.uk/water/hycar.html
II. Tài liệu tiếng Anh
23. C. Rochas, M. Rinaudo and S. Landry (1989), Relation between the
molecular structure and mechanical properties of carrageenan gels,
Carbohydrate Polymers, 10, Pages 115-127.
24. Clinton J. Dawes, A. O. Lluisma and G. C. trono (1993), Laboratory and
field growth studies of commercial strains of eucheuma denticulatum and
kappaphycus alvarezii in Philippines, Marine Science Institute, University
of the Philippines.
77
25. Craigie, J.S., Leigh, C. (1978), Carrageenan and Agar. In: Handbook of
Phycological Methods, Physiological and Biochemical methods-Cambridge Univ. Press. pp.09-31.
26. Dubois, W.S., Wilton, O.C., Caskilll, J. MC., Humm, H.J and Wolf, F.A.
(1956), Colorimetric method for determination of sugars and related
substances, Anal .Chem. 28:350-356.
27. Fisheries Department (1990), Training manual on gracilaria culture and
seaweed processing in china, Department of Aquatic products, Ministry of
Agriculture.
28. Jose M. Estevez, Marina Ciancia and Alberto S. Cerezo (2004), The
system of galactans of the red seaweed, Kappaphycus alvarezii, with
emphasis on its minor constituents, Carbohydrate Research, 339, Pages
2575-259.
29. Ji Minghou(1990), Processing and extraction of phycocolloids, Institute of
Oceanology, Acadernia Sinica Qingdao, Chine.
30. K. Truus, M. Vaher, A. I. Usov, T. Pehk and A. Kollist (1997), Gelling
galactans from the algal community of Furcellaria lumbricalisand
Coccotylus truncatus(the Baltic Sea, Estonia): a structure-property study,
International Journal of Biological Macromolecules, 21, Pages 89-96.
31. Krishamurthy Institute of Algalogy (2002), National workshop on
carrageenan, 23
rd
to 25
th
November, India.
32. L. Hilliou, F.D.S. Larotonda, P. Abreu, A.M. Ramos, A.M. Sereno and
M.P. Gonçalves (2006), Effect of extraction parameters on the chemical
structure and gel properties of κ/ι-hybrid carrageenans obtained from
Mastocarpus stellatus, Biomolecular Engineering, In Press, Corrected
Proof.
78
33. Lahaye Marc (2001), Developments on gelling algal galactans, their
structure and physisco –chemistry, Journal of Applied Phycology, 13, pp.
173 –184.
34. Lennart Piculell, Svante Nilsson and Per Muhrbeck (1992), Effects of
small amounts of kappa-carrageenan on the rheology of aqueous iota-carrageenan, Carbohydrate Polymers, 18, Pages 199-208.3
35. McHugh, D.J. (2003), A guide to the seaweed industry, FAO Fisheries
Technical Paper. NO.441.
36. P. Jurasek and G. O. Phillips (1988), The classification of natural gums.
Part IX. A method to distinguish between two types of commercial
carrageenan, Food Hydrocolloids, 12, Pages 389-392.
37. Pawan K, Agrawal (1999), NMR spectroscopy in the structural elucidation
of oligosaccharide and glycosides, Photochemistry, Vol. 31. No. 10, pp.
3307 –3330.
38. Ruben T. Barraca, Iain C Neish (1990), Technical papers Agronomy
Protocol and current status of the semi-refined carrageenan business,
Marine Agronomist, FMC Corporation, Marine Colloids Division.
39. Terho, T. T., Kartiala, K. (1971), Method for determination of the sulphate
content of glycosaminoglycans, Anal. Biochem,41: 471 -476.
40. Yaphe, W., et al. (1965), Improved resorcinol reagent for the
determination of fructose and 3,6-anhydrogalactosein polysaccharides,
Anal. Biochem. 3: 143-148.
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
1. Xác định đường tổng số (Dubois, 1956).
-Dung dịch chuẩn galactose trong nước, nồng độ 100 µg/ml.