Xây dựng quy trình sản xuất agarose từ rong câu Gracilaria sp. không sử dụng bột trợ lọc

22/08/2024

Agarose là một polysaccharide tự nhiên được tạo thành bởi các monome β-D-galactopyranose và 3,6-anhydro-α-L-galactopyranose thông qua liên kết (1-3) hoặc (1-4), chúng được cô lập từ polysaccharide dạng agar được tách một số loài rong đỏ chi rong Gelidium, Gracilaria, Gelidiella, Pterocladia, Porphyra. Nhờ có khả năng tạo gel thông qua các liên kết hydro được tạo bởi các nhóm hydroxyl có trong cấu trúc phân tử của agarose với các nguyên tử hydro khác mà chúng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như trong thực phẩm, y học, sinh học và đặc biệt là nguyên liệu đầy tiềm năng cho vật liệu y sinh: Điện di gel agarose, sắc ký lọc gel, chất dẫn thuốc, nuôi cấy mô…

Polysaccharide dạng agar bao gồm 02 thành phần chính là polysaccharide không điện tích và anion polysaccharide điện tích với tên gọi tương ứng là agarose và agaropectin, do đó quy trình sản xuất agarose từ rong biển gồm 02 giai đoạn chính là sản xuất agar từ rong biển và sản xuất agarose từ agar.

Phương pháp tách agarose ra khỏi agar thường sử dụng các phương pháp: tủa agaropectin với các tác nhân là các muối amin bậc 4, tủa agarose với các tác nhân polyethylene glycol với khối lượng phân tử khác nhau, sử dụng nhựa trao đổi ion DEAE-Sephadex A-50, sử dụng nhựa trao đổi ion 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate, choline acetate, 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate hoặc kết hợp cả 02 phương pháp tủa và nhựa trao đổi ion. Nhìn chung, tất cả các phương pháp kể trên đều phải sử dụng dung dịch agar có nồng độ cao từ 2 -10 %. Vì vậy muốn xây dựng quy trình sản xuất agarose từ rong biển bắt buộc phải qua các bước: (i) Xử lý rong biển bằng kiềm, nấu chiết rong biển sau xử lý và lọc thu dịch chiết rong biển; (ii) Đưa dịch chiết nước vào nhiều chu kỳ đông lạnh - rã đông để cô lập sản phẩm agar; (iii) Thu nhận agarose sản phẩm thông qua xử lý dung môi/ hóa học và/hoặc sắc ký để loại bỏ các tạp chất và agaropectin còn sót lại.

Như vậy, việc thu nhận agarose sẽ tốn năng lượng và thời gian cho việc chuyển từ dịch chiết rong biển sang agar dạng bột và sử dụng thêm hóa chất cho việc tinh chế agarose. Đây là lý do chính làm cho giá thành sản phẩm agarose cao. Để khắc phục nhược điểm này, nhiệm vụ “Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất agarose từ Rong câu Gracilaria sp. không sử dụng bột trợ lọc” do Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang thực hiện đã sử dụng kỹ thuật thay thế việc thu nhận agarose từ dịch chiết rong biển bỏ qua bước thu nhận agar bằng chu kỳ đông lạnh - rã đông.

Tính chất gel của agar bị ảnh hưởng mạnh bởi các chất hoạt động bề mặt khác nhau, sức đông, nhiệt độ tạo đông và tan đông tăng khi có mặt các chất hoạt động dạng ion trong khi các chất hoạt động bề mặt trung tính có tác dụng ngược lại. Sự suy yếu rõ ràng của mạng lưới gel của agar với chất hoạt động bề mặt trung tính dẫn đến tính chất gel giảm là do sự tạo thành các hạt đông tụ dạng micellar mà trong đó nhân micellae là nhóm thơm kỵ nước bên ngoài là chuỗi ethyoxylate ưa nước và chính nhóm chức ưa nước này hình thành liên kết hydro với các nguyên tử hydro của nhóm hydroxyl của các monomer galactose trong phân tử agarose. Dựa trên cơ sở khoa học này, nhóm nghiên cứu thay thế sự thu nhận agarose từ dịch chiết rong biển agar bỏ qua bước thu nhận agar nhằm giảm chi phí năng lượng, giảm thời gian thực hiện. Nhiệm vụ đã đạt được một số kết quả chính:

Lựa chọn 02 loài rong câu làm nguyên liệu sản xuất agarose là Gracilaria tenuistipitata và Gracilaria bailiniae sau khi khảo sát thành phần hóa học và tính chất gel của 07 loài rong câu thu nhận ở vùng biển Việt Nam (Hình 1).

Hình 1. Hình ảnh hai loài rong câu Gracilaria tenuistipitata và Gracilaria bailiniae thu nhận tại vùng biển Khánh Hòa làm nguyên liệu để sản xuất agarose

Xây dựng quy trình thu nhận agarose từ một số loài rong câu không sử dụng bột trợ lọc và tiết kiệm năng lượng trong quá trình tách nước, với các thông số cụ thể: Quy mô sản xuất: 0,1 kg đến 3,0 kg rong câu, nguyên liệu 02 loài rong câu. Điều kiện xử lý kiềm: Nồng độ NaOH: 10,0 %, nhiệt độ: 80,0 ºC; thời gian chiết: 3,0 giờ. Điều kiện chiết Nhiệt độ chiết: 90,0 ºC; thời gian chiết: 3,0 giờ; tại pH = 9, Sử dụng hệ lọc ly tâm 10.000 vòng/phút. Điều kiện tủa agarose: Dịch chiết agar có nồng độ carbohydrae: >0,7%, Nồng độ Sulfate < 1,0 %, nồng độ Synperonic 91/6:4,0%. Tinh chế agarose: Rửa tủa agarose bằng hỗn hợp dung môi IPA: H₂O theo tỷ lệ thay đổi từ 1:1 đến 1:0 và agarose có thành phần hóa học và tính chất gel sau: Hàm lượng sulfate: 0,35 %; Hàm lượng tro: 0,5 %; Sức đông 1200 g/cm²và nhiệt độ tan đông: 39,5°C. Agarose có thể dùng để điện di DNA.

Hình 2. Sơ đồ quy trình tổng hợp thu nhận agarose từ rong câu

Kết quả của nhiệm vụ đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp 02 bằng độc quyền Giải pháp hữu ích: số 3314 và Quyết định số 26612/SHTT-SC của Cục Sở hữu trí tuệ về dự định cấp văn bảng bảo hộ và nộp phí, lệ phí.