Luận văn Thạc sĩ Hóa học: Xác định một số tính chất hóa lý và đặc điểm cấu trúc của pectin từ cỏ biển Enhalus acoroides ở Khánh Hòa

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:95

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Hóa học "Xác định một số tính chất hóa lý và đặc điểm cấu trúc của pectin từ cỏ biển Enhalus acoroides ở Khánh Hòa" trình bày các nội dung chính sau: Phân tích thành phần hóa học và đặc điểm cấu trúc của pectin thu nhận được từ cỏ biển Enhalus acoroides; Xác định một số chỉ số đặc trưng của pectin thu được.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hóa học: Xác định một số tính chất hóa lý và đặc điểm cấu trúc của pectin từ cỏ biển Enhalus acoroides ở Khánh Hòa

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ---------------------------------- Huỳnh Ánh Quốc XÁC ĐỊNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT HÓA LÝ VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÖC CỦA PECTIN TỪ CỎ BIỂN ENHALUS ACOROIDES Ở KHÁNH HÕA LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Nha Trang – 2020
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ------------------------------------- Huỳnh Ánh Quốc XÁC ĐỊNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT HÓA LÝ VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÖC CỦA PECTIN TỪ CỎ BIỂN ENHALUS ACOROIDES Ở KHÁNH HÕA Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 8440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Phạm Đức Thịnh Nha Trang – 2020
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Phạm Đức Thịnh và tham khảo thêm các tài liệu đã đƣợc công bố trƣớc đó có nguồn gốc rõ ràng. Các số liệu nêu trong luận văn là kết quả làm việc của tôi trong suốt quá trình thực nghiệm tại Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha trang, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và tại đơn vị Trung tâm Kiểm soát bệnh tật nơi tôi đang công tác. Nha Trang, tháng 12 năm 2020 Tác giả Huỳnh Ánh Quốc
LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa học và Phòng Đào tạo đã tổ chức công tác giảng dạy, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thiện luận văn và các thủ tục cần thiết. Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc đến thầy TS. Phạm Đức Thịnh – Phó Viện trƣởng Viện nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang đã luôn tận tâm, nhiệt tình giúp đỡ, hƣớng dẫn và cho tôi nhiều góp ý trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Bên cạnh đó, tôi chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện về mọi mặt của Lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang cũng nhƣ các anh chị em công tác tại phòng Hóa Phân tích đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi làm thực nghiệm và luôn động viên, giúp đỡ để tôi hoàn thành đề tài luận văn này. Trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi cũng đã nhận đƣợc nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè và gia đình để hoàn thành luận văn. Tôi xin cảm ơn Trung tâm Kiểm soát bệnh tật Ninh Thuận, đơn vị tôi đang công tác đã tạo kiện cho tôi thời gian thực hiện khóa luận. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, ngƣời thân và bạn bè đã luôn bên cạnh chia sẽ khó khăn và động viên giúp tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, tháng 12 năm 2020 Học viên Huỳnh Ánh Quốc
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt As Arsen Asen Albumin huyết thanh BSA Bovine Serum Albumin bò Cd Cadmium Cadmi 13 Carbon-13 NMR C-NMR Phổ CHTHN Carbon 13 Spectroscopy DE Degree of esterification Mức độ ester hóa DMSO Dimethylsulfoxide Dimetylsulfoxide DMSP Dimethylsulfoniopropionate Dimetylsulfopropionat 1,1-diphenyl-2- 1,1-diphenyl-2- DPPH picrylhyrazyl picrylhyrazyl DW Dry weight Trọng lƣợng khô EtOH Ethanol Etanol Fuc Fucose Đƣờng fucose Fucf Fucofuranose Fucofuranose Fucp Fucopyranose Fucopyranose Gal Galactose Đƣờng galactose GalpA Galactosyluronic Galactosyluronic GIT Gastrointestinal tract Đƣờng tiêu hóa
GlcpA Glucoronosyl acid Acid glucoronosyl Gluc Glucose Đƣờng glucose GlucA Glucuronic acid Acid glucuronic Gly Glycoside Glycoxit Gel permeation GPC Sắc ký lọc gel chromatography Lipoprotein có tỉ trọng HDL High Density Lipoprotein cao HG Homogalacturonan Homogalacturonan HM High Methoxyl Metoxyl hóa cao Pectin có độ metoxyl HMP High Methoxyl Pectin hóa cao High Performance Liquid Sắc ký lỏng hiệu năng HPLC Chromatography cao 1 H-NMR Proton NMR Spectroscopy Phổ CHTHN proton Dòng tế bào gây ung thƣ HT29 Colorectal cancer cell line ruột kết IR Infrared Spectroscopy Phổ hồng ngoại Lipoprotein có tỉ trọng LDL Low Density Lipoprotein thấp LM Low Methoxyl Metoxyl hóa thấp LMP Low Methoxyl Pectin Pectin có độ metoxyl
hóa thấp Man Mannose Đƣờng mannose MDR Multidrug resistant Đa kháng thuốc MeOH Methanol Metanol MI Methoxyl Index Chỉ số metoxyl MT Metallothioneins Metallotionein Nuclear Magnetic Cộng hƣởng từ hạt nhân NMR Resonance (CHTHN) PC Phytochelatin Phytochelatin RG-I Rhamnogalacturonan I Ramnogalacturonan RG-II Rhamnogalacturonan II Ramnogalacturonan II Rhap Rhamnosyl Ramnosyl TFA Trifluoroacetic axid Acid trifluoroacetic United Nations Chƣơng trình môi UNEP Environment Programme trƣờng Liên hiệp quốc XGA Xylogalacturonan Xylogalacturonan Xyl Xylose Đƣờng xylose Xylp Xylosyl Gốc xylosyl
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Hàm lƣợng pectin trong các loại nguyên liệu khác nhau…………19 Bảng 3.1: Các giá trị mật độ quang mẫu chuẩn chuẩn xác định hàm lƣợng carbohydrate tổng bằng phƣơng pháp phenol – acid sulfuric…….….……...55 Bảng 3.2: Các giá trị mật độ quang của mẫu chuẩn xác định hàm lƣợng uronic acid bằng phƣơng pháp Carbazole……………………..…………….……...56 Bảng 3.3: Thành phần hóa học của pectin từ E. acoroides ……….…..…….57 Bảng 3.4: Các giá trị mật độ quang của mẫu chuẩn xác định hàm lƣợng sulfate bằng phƣơng pháp K2SO4………………………………….….……..58 Bảng 3.5: Thành phần monosaccharide của pectin từ các loài khác nhau…………………………………………………………….….…….…..61 Bảng 3.6: Các chỉ số đặc trƣng của pectin từ phần rễ, thân và lá của cỏ biển E.acoroides…………………………………………………………………..65
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Hình thái chung của cỏ biển………………………………………..9 Hình 1.2: Cỏ biển Enhalus acoroides ……….……….……………………..11 Hình 1.3: Cấu trúc hóa học của pectin……………………..………………..20 Hình 1.4: Pectin trong cấu tạo của thành tế bào thực vật…………………....21 Hình 1.5: Các dạng cấu trúc hóa học của pectin…………………………….22 Hình 1.6: Cấu trúc của pectin có mức độ methoxyl hóa cao…….…………..23 Hình 1.7: Cấu trúc của pectin có mức độ methoxyl hóa thấp……………….23 Hình 1.8: Cấu trúc chính của homogalacturonan……………………………24 Hình 1.9: Mô hình đặc điểm cấu trúc của Rhamnogalacturonan-I…………..25 Hình 2.1: Các bộ phận của cỏ biển Enhalus acoroides.…………………….40 Hình 2.2: Sơ đồ khối về nội dung nghiên cứu của đề tài.…………………...43 Hình 2.3: Sơ đồ chiết tách và thu nhận pectin từ cỏ biển ………...………...44 Hình 3.1: Sự phân bố hàm lƣợng pectin trong cỏ biển E.acoroides………...52 Hình 3.2: Các giai đoạn xử lý cỏ biển……………………………………….52 Hình 3.3: Dịch chiết pectin…………………………………………………..53 Hình 3.4: Chế phẩm pectin thô sau khi sấy khô……………………………..53 Hình 3.5: Đƣờng chuẩn xác định hàm lƣợng carbohydrate ………………...55 Hình 3.6: Đƣờng chuẩn xác định hàm lƣợng uronic acid …………………..56 Hình 3.7: Thành phần hóa học của 2 phân đoạn pectin từ E.acoroides .........57 Hình 3.8: Đƣờng chuẩn xác định hàm lƣợng sulfat………………….……...59 Hình 3.9: Sắc ký đồ HPLC của các mẫu đƣờng đơn chuẩn…………………60 Hình 3.10: Sắc ký đồ HPLC mẫu pectin chiết tách từ cỏ biển E.acoroides…60 Hình 3.11: Phổ IR của phân đoạn F2 – rễ của cỏ biển E.acoroides ………...66 Hình 3.12: Phổ IR của phân đoạn F2 – thân của cỏ biển E.acoroides …..…..66
Hình 3.13: Phổ IR của phân đoạn F2 – lá của cỏ biển E.acoroides ………...67
1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................. 8 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỎ BIỂN ................................................... 8 1.1.1. Giới thiệu và sự phân bố cỏ biển .................................................... 8 1.1.1.1. Giới thiệu chung về cỏ biển ......................................................... 8 1.1.1.2. Cỏ biển Enhalus acoroides ........................................................ 11 1.1.1.3. Phân bố của hệ sinh thái cỏ biển .............................................. 12 1.1.2. Một số thành phần hóa học của cỏ biển ....................................... 14 1.1.2.1. Thành phần hóa học của cỏ biển............................................... 14 1.1.2.2. Một số hợp chất có hoạt tính sinh học ở cỏ biển....................... 15 1.2.1. Giới thiệu chung về pectin............................................................ 18 1.2.2. Đa dạng cấu trúc của pectin ......................................................... 19 1.2.2.1. Cấu tạo chung ............................................................................ 19 1.2.2.2. Cấu trúc hóa học của pectin ở vách tế bào sơ cấp ................... 23 1.2.3. Tính chất của pectin ..................................................................... 26 1.2.3.1. Tính chất hóa học của pectin .................................................... 26 1.2.3.2. Tính chất vật lý của pectin......................................................... 27 1.2.4. Hoạt tính sinh học và ứng dụng của pectin .................................. 28 1.2.4.1. Hoạt tính sinh học ..................................................................... 28 1.2.4.2. Ứng dụng của pectin.................................................................. 30 1.3. TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH PECTIN ....... 32 1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CẤU TRÚC PECTIN ............. 34 1.4.1.1. Xác định thành phần đường đơn ............................................... 35 1.4.1.2. Xác định chỉ số methoxyl hóa và chỉ số ester hóa ..................... 35
2 1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PECTIN TỪ CỎ BIỂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ............................................................................. 36 1.5.1. Tình hình nghiên cứu pectin từ cỏ biển trên thế giới ................... 36 1.5.2. Tình hình nghiên cứu pectin từ cỏ biển ở Việt Nam .................... 38 CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 40 2.1. VẬT LIỆU VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ................................... 40 2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................... 40 2.1.2. Dụng cụ - Thiết bị - Hóa chất ....................................................... 40 2.1.2.1. Dụng cụ...................................................................................... 40 2.1.2.2. Thiết bị ....................................................................................... 41 2.1.2.3. Hóa chất .................................................................................... 41 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 41 2.2.1. Cách tiếp cận các nội dung nghiên cứu đề tài .............................. 41 2.2.2. Chiết tách và thu nhận pectin ....................................................... 44 2.2.3. Phƣơng pháp xác định tính chất lƣu biến gel của pectin .............. 45 2.2.4. Phƣơng pháp xác định thành phần hóa học của pectin ................ 45 2.2.4.1. Phương pháp xác định hàm lượng tổng carbohydrate ............. 45 2.2.4.2. Phương pháp xác định hàm lượng Sulfate ................................ 45 2.2.4.3. Phương pháp xác định hàm lượng uronic acid......................... 45 2.2.4.4. Phương pháp xác định thành phần monosaccharide ............... 45 2.2.5. Phƣơng pháp xác định các chỉ số đặc trƣng của pectin................ 45 2.2.6. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR) ............................................... 46 2.3. THỰC NGHIỆM ................................................................................. 46 2.3.1. Chiết tách và thu nhận pectin từ cỏ biển ...................................... 46 2.3.2. Xác định tính chất lƣu biến gel của pectin ................................... 47
3 2.3.3. Xác định hàm lƣợng tổng carbohydrate ....................................... 47 2.3.4. Xác định hàm lƣợng sulfate.......................................................... 48 2.3.5. Xác định hàm lƣợng uronic acid .................................................. 48 2.3.6. Xác định thành phần monosaccharide .......................................... 48 2.3.7. Xác định các chỉ số đặc trƣng của pectin ..................................... 49 2.3.7.1. Xác định trọng lượng tương đương ........................................... 49 2.3.7.2. Xác định chỉ số methoxyl (MI) và hàm lượng acid anhydro uronic tổng (AUA) .................................................................................. 50 2.3.7.3. Xác định mức độ ester hóa (DE) ............................................... 50 2.4. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU .................................................... 50 CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 51 3.1. CHIẾT TÁCH VÀ THU NHẬN PECTIN .......................................... 51 3.2. XÁC ĐỊNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA PECTIN ........... 53 3.2.1. Tính chất lƣu biến gel của pectin ................................................. 54 3.2.2. Thành phần hóa học của pectin .................................................... 54 3.2.2.1. Hàm lượng tổng carbohydrate và acid uronic .......................... 54 3.2.2.2. Hàm lượng sulfate ..................................................................... 58 3.2.2.3. Thành phần đường đơn ............................................................. 59 3.2.3. Các chỉ số đặc trƣng tính chất hóa lý của pectin .......................... 62 3.2.3.1. Trọng lượng tương đương ......................................................... 62 3.2.3.2. Hàm lượng AUA ........................................................................ 63 3.2.3.3. Hàm lượng methoxyl và ester hóa ............................................. 63 3.2.4. Đặc trƣng cấu trúc của pectin ....................................................... 66 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................. 69 4.1. KẾT LUẬN .......................................................................................... 69
4 4.2. KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 71
5 MỞ ĐẦU Việt Nam đƣợc quốc tế công nhận là một trong những quốc gia có tính đa dạng sinh học cao nhất thế giới, với nhiều kiểu rừng, đầm lầy, sông suối, biển,… Nằm ở trung tâm Đông Nam Á, Việt Nam có tổng chiều dài bờ biển khoảng 3.260 km làm ranh giới phía tây của biển Đông, với diện tích mặt nƣớc rộng hơn 1.000.000 km2 là một trong những vùng biển quan trọng của thế giới. Bên cạnh đó, vùng biển Việt Nam có hệ sinh thái rất đa dạng và phong phú, trong đó có cỏ biển. Cỏ biển (seagrass) là nhóm thực vật có hoa duy nhất sống trong môi trƣờng biển và nƣớc lợ. Tuy có số lƣợng loài tƣơng đối ít so với các nhóm sinh vật biển khác, nhƣng cỏ biển có vai trò sinh thái rất quan trọng không kém rạn san hô và rừng ngập mặn. Hội nghị quốc tế về cỏ biển lần thứ III họp tại Manila – Philipin tháng 4/1998 đã nhất trí thông qua ―Hiến chương cỏ biển‖ gửi Tổng thƣ ký Liên hợp quốc và các nƣớc có biển cần phải quan tâm tới việc bảo vệ và phát triển nguồn lợi cỏ biển [1]. Hệ sinh thái cỏ biển là một trong ba hệ sinh thái biển điển hình của vùng biển nhiệt đới (gồm rừng ngập mặn, cỏ biển, san hô). Hệ sinh thái cỏ biển đóng vai trò rất quan trọng, chúng tham gia chu trình dinh dƣỡng trong biển và đại dƣơng thế giới ƣớc tính khoảng 3,8 nghìn tỷ USD và giá trị trung bình đạt 212.000 USD/ha cỏ biển/năm. Ngoài giá trị sinh thái nhƣ điều chỉnh môi trƣờng, bãi đẻ của một số loài hải sản. Cỏ biển còn đƣợc sử dụng trực tiếp trong nhiều ngành kinh tế quốc dân (nhƣ làm giấy viết, hóa chất, chất cách âm cách nhiệt, thuốc chữa bệnh, thực phẩm, thủ công mỹ nghệ, phân bón, thức ăn gia súc,…) [1]. Hiện nay, có khoảng 14 loài cỏ biển đƣợc ghi nhận tại Việt Nam (Cymodocea rotundata, Cymodocea serrulata, Enhalus acoroides, Halodule pinifolia, Halodule uninervis, Halophila beccarii, Halophila decipiens, Halophila nhỏ, Halophila ovalis, Ruppia maritima, Syringgodium isoetifolium, Thalassia hemprichii, Ciliatum Thalassodendron và Zostera japonica), trong số này có loài cỏ lá dừa Enhalus acoroides là một trong
6 những loài cỏ biển có phân bố rộng rãi với trữ lƣợng lớn ở vùng biển Nha Trang. Cỏ biển từ lâu đã đƣợc sử dụng trong những bài thuốc dân gian để điều trị một số bệnh nhƣ: sốt, bệnh về da, đau cơ, bỏng, các vấn đề về dạ dày, thuốc giảm đau cho trẻ con,… Các công dụng trị bệnh của cỏ biển đƣợc cho là do trong thành phần của chúng có chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học nhƣ polyphenol, flavonoid, terpenoid, pectin,… Trong đó, pectin là một trong 03 polysaccharide tự nhiên chủ yếu của thành tế bào thực vật, thuật ngữ pectin đƣợc sử dụng cho một nhóm các acidic heteropolysaccharide. Mạch polymer của pectin đƣợc tạo nên bởi các gốc acid D-galacturonic liên kết với nhau thông qua liên kết α(14)-, mạch nhánh có thể đƣợc tạo thành bởi các gốc đƣờng khác thông qua liên kết α(12)- với gốc acid galacturonic nhƣ: arabinose, galactose, rhamnose, galactopyranse, arabinofuranose, fucopyranose, apiose,… Tƣơng tự nhƣ các polysaccharide thực vật khác, cấu trúc và thành phần của pectin của cỏ biển thay đổi theo loài cũng nhƣ điều kiện môi trƣờng sống. Pectin chủ yếu đƣợc sử dụng trong công nghiệp thực phẩm nhờ tính chất tạo gel của chúng. Ngoài ra, pectin cũng đƣợc sử dụng làm thuốc và thực phẩm chức năng nhờ các hoạt tính sinh học quý nhƣ: chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng virus, kháng ung thƣ, kháng viêm, liên kết mạnh với một số kim loại nặng nhƣ Hg, Pb, Cd, Ce,… Vùng biển Nha Trang với nguồn thảm cỏ biển dồi dào và đa dạng, nhƣng các nghiên cứu về cỏ biển ở Việt Nam lại tập trung chủ yếu về sinh thái, sự phân bố, phân loại và bảo tồn. Trong khi đó các hợp chất có hoạt tính sinh học quý có trong cỏ biển chƣa đƣợc quan tâm nghiên cứu, trong đó có pectin. Vì vậy, việc “Xác định một số tính chất hóa lý và đặc điểm cấu trúc của pectin từ cỏ biển Enhalus acoroides ở Khánh Hòa” là cần thiết nhằm đánh giá giá trị của cỏ biển về mặt dƣợc liệu và đồng thời tìm ra các hoạt tính sinh học mới từ cỏ biển.
7 Mục tiêu của luận văn:  Phân tích thành phần hóa học và đặc điểm cấu trúc của pectin thu nhận đƣợc từ cỏ biển Enhalus acoroides. Để đạt đƣợc các mục tiêu đề ra, nội dung nghiên cứu của luận văn bao gồm:  Thu thập cỏ biển Enhalus acoroides tại vùng biển Cam Lâm (Khánh Hòa).  Tách chiết và phân đoạn pectin từ cỏ biển thu đƣợc.  Phân tích thành phần hóa học của pectin và các phân đoạn của chúng.  Xác định một số chỉ số đặc trƣng của pectin thu đƣợc.  Xác định đặc điểm cấu trúc của phân đoạn pectin thu đƣợc từ cỏ biển Enhalus acoroides. Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp thông tin về phƣơng pháp chiết tách, thu nhận và đặc điểm cấu trúc của pectin có trong cỏ biển Enhalus acoroides tại vùng biển Cam Lâm (Khánh Hòa). Từ đó làm cơ sở khoa học cho các nghiên cứu sâu hơn về loại cỏ biển này và một số loài cỏ biển khác. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả của đề tài sẽ góp phần đánh giá giá trị của cỏ biển nhƣ là nguồn hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học, đồng thời giúp định hƣớng nghiên cứu khai thác và sử dụng bền vững nguồn lợi từ cỏ biển nhằm tạo ra các sản phẩm có giá trị sử dụng cao trong lĩnh vực: thực phẩm, thực phẩm chức năng, mỹ phẩm và dƣợc phẩm.
8 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỎ BIỂN 1.1.1. Giới thiệu và sự phân bố cỏ biển 1.1.1.1. Giới thiệu chung về cỏ biển Cỏ biển (seagrasses) là nhóm thực vật có hoa duy nhất sống trong môi trƣờng biển và nƣớc lợ, thuộc ngành Anthophyta, lớp một lá mầm Monocotyledoneae, bộ Helobiae. Cũng giống nhƣ các loài thực vật bậc cao trên cạn, cỏ biển có rễ, thân bò, thân đứng, lá, bẹ lá, cuống lá, hoa, quả và hạt. Cỏ biển khác các cây trên cạn là có một số cấu trúc thích nghi với môi nƣớc biển ven bờ, ven đảo. Cùng với các loài sinh vật phù du, rong biển và cây ngập mặn, cỏ biển đã tạo nên nhóm những loài thực vật biển rất quan trọng đối với hệ sinh thái biển nói chung [2]. Thảm cỏ biển cùng với rạn san hô và rừng ngập mặn tạo thành ba hệ sinh thái quan trọng bậc nhất vùng bờ. Thảm cỏ biển đƣợc mệnh danh “rừng mƣa nhiệt đới dƣới biển” vì tính phức tạp về cấu trúc và tính đa dạng sinh học đi kèm, cũng nhƣ năng suất sinh học rất cao [2]. Hệ sinh thái cỏ biển là một trong những hệ sinh thái biển nhiệt đới điển hình, đóng vai trò quan trọng trong điều hòa và ổn định môi trƣờng của vùng nƣớc biển ven bờ, tạo nguồn thức ăn, nơi cƣ trú và sinh sản cho các loài thủy sản và là nguồn cung cấp vật chất hữu cơ. Cách đây 100 triệu năm, các nhà khoa học dựa vào kết quả nghiên cứu hóa thạch đã tìm ra loại cỏ biển đầu tiên, cho đến nay trên thế giới có khoảng 60 loài thuộc 4 họ [3]. Do đặc điểm sống trong môi trƣờng có độ muối cao, khả năng thẩm thấu mạnh nên cỏ biển có chứa một số hợp chất chuyển hóa thứ cấp khác so với các thực vật sống ở nƣớc ngọt và ở trên cạn. Cỏ biển nói riêng và thực vật biển nói chung là nguồn tạo ra một lƣợng lớn và đa dạng về cấu trúc các chất chuyển hóa có hoạt tính sinh học cao nhƣ (polyphenol, flavonoid, terpenoid, polysaccharide, polysaccharide sulfat hóa…). Các hợp chất này có tiềm năng rất lớn để phát triển thành các sản phẩm hữu ích có giá trị cao trong các lĩnh vực nhƣ: thực phẩm bổ sung, mỹ phẩm, dƣợc phẩm. Chính nhờ các hợp chất có hoạt tính
9 sinh học tốt mà cỏ biển từ xa xƣa cũng đã đƣợc sử dụng trong những bài thuốc dân gian để điều trị một số bệnh nhƣ: sốt, các bệnh về da, đau cơ, bỏng, các vấn đề về dạ dày, thuốc giảm đau cho trẻ con,… [4]. Khi nhắc đến cỏ biển, rong biển và tảo biển, thông thƣờng dễ bị nhầm lẫn các loài này với nhau. Tuy nhiên, chúng có rất nhiều điểm khác nhau nhƣ: cỏ biển thƣờng phát triển thành đồng cỏ rộng lớn nơi chúng mọc. Xét về tiến hóa thì cỏ biển tiến hóa cao hơn tảo; cỏ biển có hoa, quả và hạt, còn tảo thì chỉ có bào tử; tảo có rễ giả nhƣng cỏ biển thì có rễ, lá và thân ngầm; cỏ biển là thực vật có mạch, hệ thống các mạch có nhiêm vụ dẫn truyền các chất đến khắp nơi nuôi dƣỡng cơ thể, còn tảo chỉ có các quản bào nên khả năng dẫn truyền kém [4]. Về đặc điểm hình thái, các loài cỏ biển đã đƣợc nghiên cứu tƣơng đối đầy đủ. Hầu hết cỏ biển có hình thái ngoài khá giống nhau, bao gồm thân bò phân đốt, thân đứng, rễ, chồi mang lá, hoa và quả tùy thuộc vào từng thời điểm sinh trƣởng [5, 6] (Hình 1.1). Hình 1.1: Hình thái chung của cỏ biển. (Nguồn: www.seagrasswatch.org) + Rễ (root): Rễ thƣờng mọc ra từ các đốt ở phần dƣới của thân bò, hệ thống rễ phát triển mạnh, rễ của mỗi loài đều có đặc điểm riêng, phân nhánh nhƣ ở chi Cymodoceae hoặc ít phát triển, không phân nhánh kèm theo nhiều
10 lông mịn nhƣ ở chi Halophila. Số lƣợng rễ ở mỗi đốt có thể là một hay nhiều tùy vào mỗi loài. + Thân (rhizome): Thân gồm có phần thân bò hoặc thân ngầm và chồi đứng hoặc thân đứng (shoot). Thân thƣờng có dạng hình trụ tròn hoặc dẹp; chia nhánh theo kiểu đơn trục hay không có qui luật. Trên thân bò có nhiều đốt, khoảng cách giữa các đốt là lóng (gióng). Tùy loài mà thân bò mọc ngầm dƣới lớp bùn (cát) đáy hoặc bò lan trên mặt nền đáy. Từ đốt mọc lên một hay nhiều chồi đứng, chồi đứng thƣờng mang các lá. + Lá – phiến lá (leaf blade): Lá hình thành từ mô sinh trƣởng ở các mấu thân; có hình dải dài, ô van hay trụ tròn. Đây là chỉ tiêu hình thái quan trọng trong định loại cỏ. Đa phần các loài cỏ có lá không có cuống, ngoại trừ ở một số chi Halophila. Lá có cuống thƣờng có hình ô van, còn các lá không cuống có hình dải dài nhƣ ở chi Cymodoceae. Trên lá có các gân chạy song song hay gần hình lông chim, các gân song song đƣợc nối với nhau bằng cách vách ngăn. Chóp lá tròn nhẵn hay có gai nhọn. Lƣỡi (bìa) lá nhẵn hoặc có răng cƣa nhỏ. + Bẹ lá (sheath): Bẹ lá là phần cuống lá phình ra ôm lấy chồi đứng (thân đứng) và bọc lấy những lá non đang phát triển. Bẹ lá có dạng lƣỡi nhỏ, màu trắng do không có lục lạp nên không có chức năng quang hợp. + Sẹo lá (leaf scars): Khi các lá rụng đi sẽ để lại các sẹo trên thân đứng, sẹo lá mở (nhƣ ở loài Cymodoceae serrulata) hay sẹo lá đóng (nhƣ ở loài Cymodoceae rotundata) là tùy vào mỗi loài. Các sẹo lá là một kiểu biểu thị cách sắp xếp của lá. + Hoa, quả và hạt: Hoa, quả và hạt là cơ quan sinh sản hữu tính của thực vật hạt kín nói chung và của cỏ biển nói riêng. Ở cỏ biển, một số có hoa đực và hoa cái trên cùng một cây (đơn tính cùng gốc), số khác có hoa đực và hoa cái riêng biệt trên mỗi cây (đơn tính khác gốc). Quả đƣợc hình thành từ sự phát triển của bầu sau thụ tinh (giao phấn) và mang các hạt bên trong. Hạt đƣợc hình thành từ sự phát triển của noãn. Hoa, quả và hạt của mỗi loài tùy vào điều kiện sống mà chúng có cấu trúc và hình dạng khác nhau.