ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐÀO THỊ THẢO

NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG
CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
SẮT - MALTODEXTRIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN, NĂM 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐÀO THỊ THẢO

NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG
CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
SẮT - MALTODEXTRIN
Chuyên ngành: Hoá phân tích
Mã số: 60.44.01.118

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Đình Vinh

THÁI NGUYÊN, NĂM 2017


1.1. Vai trò của sắt và hội chứng thiếu máu do thiếu sắt ................................... 3
1.1.1. Vai trò của sắt và quá trình hấp thụ sắt .................................................... 3
1.1.2. Thiếu sắt (ID) và hội chứng thiếu máu do thiếu sắt (IDA) ...................... 4
1.1.3. Hậu quả của thiếu máu do thiếu sắt ......................................................... 5
1.1.4. Giải pháp phòng chống thiếu máu do thiếu sắt ........................................ 7
1.2. Tổng quan về polysaccarit .......................................................................... 9
1.2.1. Monosaccarit ............................................................................................ 9
1.2.2. Định nghĩa và phân loại polysaccarit ....................................................... 9
1.2.3. Đương lượng đường khử ........................................................................ 10
1.2.4. Một số polysaccarit có nguồn gốc ngũ cốc ............................................ 11
1.3. Vật liệu sắt-polysaccarit (iron polysaccharide complex) .......................... 14
1.3.1. Sự hình thành và cấu trúc của vật liệu sắt-polysaccarit ......................... 15
1.3.2. Tình hình nghiên cứu tổng hợp vật liệu sắt-polysaccarit trên thế giới và ở
Việt Nam .......................................................................................................... 17
1.4. Ứng dụng của vi sóng trong tổng hợp vật liệu .......................................... 19
1.5. Các phương pháp phân tích các đặc trưng của vật liệu ............................. 20
1.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ....................................................... 20
1.5.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) ................................................... 21
1.5.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) .............................................. 22
1.5.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .................................... 22
1.5.5. Phương pháp phân tích nhiệt (TGA-DTA) ............................................ 22
b


1.5.6. Phương pháp tử ngoại - khả kiến (UV-Vis) ........................................... 23
1.5.7. Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDX) ........................................ 24
1.5.8. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) .......................................... 24
1.5.9. Phương pháp đo độ dẫn điện .................................................................. 25
Chương 3. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................. 26

3.2.1. Thành phần pha và cấu trúc tinh thể ...................................................... 39
3.2.2. Phổ hồng ngoại (FT-IR) ......................................................................... 40
3.2.3. Hiển vi điện tử quét (SEM) .................................................................... 41
3.2.4. Hiển vi điện tử truyền qua (TEM).......................................................... 42
3.2.5. Phân tích nhiệt (TGA-DTA) .................................................................. 43
3.2.6. Phổ hấp thụ tử ngoại-khả kiến (UV-Vis) ............................................... 44
3.2.7. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) ....................................................... 45
3.2.8. Độ dẫn điện ............................................................................................ 46
3.3. Tổng hợp vật liệu sắt-MDEX có hỗ trợ của vi sóng ................................. 47
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

d


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ID (Iron Defieciency)

Thiếu sắt

IDA (Iron Defieciency Anemea)

Thiếu máu do thiếu sắt

XRD (X-Ray Diffraction)

Nhiễu xạ tia X


Phổ hồng ngoại

MDEX

Maltodextrin

DE (Desxtrose Equivalent)

Giá trị đường khử

e


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Các hóa chất sử dụng trong luận văn .....................................................26
Bảng 2.2. Các thiết bị sử dụng trong luận văn .......................................................26
Bảng 3.1. Độ dẫn điện của một số dung dịch .........................................................46

f


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu tạo của hem (trái) và của Hb (phải).......................................... 3
Hình 1.2. Cơ chế hấp thụ, vận chuyển và dự trữ sắt trong cơ thể ................... 4
Hình 1.2. Cấu tạo của glucozơ......................................................................... 9
Hình 1.3. Cấu trúc chuỗi của phân tử amylozơ ............................................. 11
Hình 1.4. Cấu trúc phân nhánh của amylopectin ........................................... 12
Hình 1.5. Phản ứng thủy phân của tinh bột ................................................... 12
Hình 1.6. Một số sản phẩm thương mại chứa vật liệu sắt-polysaccarit ........ 14


h


MỞ ĐẦU
Sắt là một trong những nguyên tố vi lượng thiết yếu đối với cơ thể người. Nó
tham gia vào nhiều quá trình sinh hóa như vận chuyển oxi, vận chuyển electron và
tổng hợp DNA. Ngoài ra, sắt còn là thành phần quan trọng của nhiều loại enzym. Do
vậy, thiếu sắt sẽ gây ra nhiều biến đổi tiêu cực đối với sức khỏe của con người. Đặc
biệt, thiếu sắt sẽ dẫn đến hội chứng thiếu máu.
Theo tổ chức Y tế Thế Giới (WHO), thiếu sắt là một trong những hội chứng
thiếu dinh dưỡng phổ biến nhất, đặc biệt là ở các nước đang phát triển. Thiếu sắt là
nguyên nhân thường gặp nhất trong các nguyên nhân gây bệnh thiếu máu. Hội chứng
này có thể gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng, như làm chậm sự phát triển nhận thức
ở trẻ nhỏ, làm giảm khả năng làm việc, suy giảm sức đề kháng và ảnh hưởng lớn đến
phụ nữ mang thai.
Để giải quyết vấn đề trên, ngoài việc cung cấp dinh dưỡng đầy đủ, cân đối cho
cơ thể bằng các thức ăn tự nhiên, xu hướng chung trên thế giới hiện nay là dùng thực
phẩm chức năng và các dược phẩm bổ sung sắt. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, các hợp
chất chứa sắt(III) như sắt-dextran, sắt-polymaltose, sắt-polysaccarit... với nhiều ưu
điểm nổi trội như ít độc, dễ tương thích có nhiều tiềm năng trong việc điều trị bệnh
thiếu máu. Việc nghiên cứu chế tạo loại vật liệu này đang thu hút được sự quan tâm
của nhiều nhà khoa học trong nước và quốc tế. Tuy nhiên các đặc trưng của vật liệu
sắt-maltodextrin còn chưa được nghiên cứu nhiều và có hệ thống.
Từ đó, đề tài của luận văn “Nghiên cứu các đặc trưng cấu trúc và tính chất
của vật liệu sắt-maltodextrin” phù hợp với yêu cầu thực tiễn và có nhiều ý nghĩa về
mặt khoa học.
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn
1. Mục tiêu của luận văn
Nội dung của luận văn tập trung vào một số các mục tiêu sau:

Hình 1.1. Cấu tạo của hem (trái) và của Hb (phải)
Các phân tử Hb có khả năng vận chuyển oxi từ phổi đi tới các bộ phận của cơ thể
là do các ion sắt(II) trong Hb có khả năng tạo phức với các phân tử oxi. Ngoài ra, Hb còn
có khả năng vận chuyển các phân tử CO2 từ các mô trở lại phổi [1].
Không chỉ là thành phần quan trọng của Hb, sắt còn là thành phần thiết yếu
của myoglobin. Đây là những phân tử có chức năng vận chuyển và lưu trữ oxi ở trong
các cơ. Khi thiếu sắt, các cơ sẽ thiếu oxi để hoạt động do đó làm giảm hoạt động của
toàn bộ cơ thể [2].
Ngoài chức năng vận chuyển và lưu trữ oxi, sắt còn có vai trò quan trọng đối
với các quá trình sinh hóa của cơ thể. Nó là thành phần không thể thiếu của
cytochrome có chức năng chuyển hóa năng lượng, đào thải chất độc và tổng hợp các
hoocmon. Bên cạnh đó, sắt có vai trò quan trọng trong việc hình thành myelin thần
kinh, tổng hợp các neutron truyền tín hiệu [3].
3


Hơn nữa, sắt còn có vai trò quan trọng trong việc phân chia tế bào bạch huyết
có chức năng miễn dịch cho cơ thể. Sắt cũng cần thiết cho quá trình tổng hợp DNA
từ đó sẽ đảm bảo cho sự sinh trưởng, phát triển và tái tạo của cơ thể [4,5].
1.1.1.2. Cơ chế hấp thụ, vận chuyển và tích trữ sắt trong cơ thể
Sắt được cơ thể hấp thụ từ các nguồn thực phẩm, dược phẩm có thể tồn tại ở
trạng thái sắt(II) hoặc sắt(III) và cơ chế hấp thụ hai dạng sắt này có sự khác nhau. Đối
với dạng sắt(II), các tế bào ruột non sẽ hấp thụ trực tiếp, trong khi đó, sắt(III) sẽ bị
khử thành sắt(II) tại dạ dày, sau đó mới được hấp thụ ở ruột non. Sau khi bị hấp thụ
bởi các tế bào ruột non, sắt sẽ được gắn lên các protein được gọi là ferritin, chúng có
vai trò tích trữ sắt trong máu và ở trong các mô. Khi cơ thể cần sắt, transferrin sẽ vận
chuyển sắt đến các vị trí cần thiết. Sắt sẽ được vận chuyển đến tủy xương để tạo hồng
cầu, đến cơ và gan để tích trữ. Nếu cơ thể không cần sắt, nó sẽ được đẩy ra ngoài cơ
thể cùng với các tế bào chết. Cơ chế hấp thụ sắt được đưa ra ở Hình 1.2 [4,6,7].


Trong khoảng 3 thập kỷ gần đây, có rất nhiều nghiên cứu về mối quan hệ giữa
tình trạng sắt trong cơ thể và sự phát triển nhận thức đã được thực hiện. Thiếu sắt và
các dưỡng chất khác thường xuất hiện ở những người có điều kiện sống khó khăn
hoặc bị ảnh hưởng nhiều bởi stress. Điều này ảnh hưởng tới thể trạng và sức khỏe,
thậm chí còn phá hủy các mô. Mối liên hệ giữa IDA và sự chậm phát triển nhận thức
và tình trạng đa bệnh đã được phát hiện [9].
Các thí nghiệm được tiến hành trên động vật cho thấy, sắt đóng vai trò rất quan
trọng trong sự phát triển và hoạt động của bộ não. Các enzym chứa sắt và hemoprotein
rất cần thiết trong nhiều quá trình phát triển quan trọng như tạo myelin, hình thành
synapse, vận chuyển neuron. Thiếu sắt sẽ tác động tiêu cực đến các quá trình này theo

5


nhiều cách, phụ thuộc vào sự phát triển của bộ não tại thời điểm thiếu sắt. Sự tác động
này có thể dẫn tới nhiều ảnh hưởng đến sự phát triển của hệ thần kinh [2,8,9].
Đối với con người, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào sự ảnh hưởng của
IDA đến sự phát triển và hành vi của trẻ từ 6 đến 24 tháng tuổi. Nhiều nghiên cứu đã
chỉ ra rằng IDA là nguyên nhân làm chậm phát triển nhận thức và ảnh hưởng đến
chức năng thần kinh [2,4-10].
1.1.3.2. Khả năng miễn dịch
Ảnh hưởng của IDA đến sự suy giảm khả năng miễn dịch đã được nghiên cứu
trên người và động vật. IDA làm cho bạch cầu giảm khả năng hấp thụ và trung hòa
vi khuẩn và giảm khả năng tái tạo. Khả năng phản kháng của các tế bào cũng giảm
xuống cùng với IDA. Các biện pháp như bổ sung sắt, sử dụng thực phẩm giàu sắt
được xác định là giảm các bệnh truyền nhiễm và qua đó đã khẳng định vai trò của sắt
đối với khả năng miễn dịch [8].
1.1.3.3. Khả năng làm việc
Thiếu máu từ lâu đã được biết là làm giảm khả năng làm việc, sự bền bỉ và sự
sáng tạo [9]. Các nghiên cứu tại các nước đang phát triển ở Châu Phi và Đông Á cho

thói quen ăn uống và phải tạo được nguồn thực phẩm phong phú để các gia đình, nhất
là các gia đình nghèo, ít có khả năng tiếp cận với các loại thực phẩm đó [11].
Đa dạng hóa bữa ăn là lựa chọn tối ưu nhưng lại đòi hỏi nhiều thời gian thực
hiện. Tuyên truyền cho mọi người biết cách chọn thực phẩm giàu sắt, hạn chế sử dụng
thực phẩm gây ức chế hấp thụ sắt và hướng dẫn làm tăng khả năng hấp thụ sắt bằng
cách tăng hàm lượng vitamin C trong khẩu phần. Hướng dẫn chế độ ăn hợp lý, khuyến
khích cách chế biến hạt nẩy mầm, lên men như làm giá đỗ, dưa chua để tăng lượng
vitamin C và giảm axit phytic trong thực phẩm. Các loại đồ uống như chè, cà phê nên
uống cách xa bữa ăn. Bằng cách điều chỉnh, cải thiện và đa dạng hóa bữa ăn, con
người có thể cải thiện tình trạng dinh dưỡng về sắt [11-13].
1.1.4.2. Sử dụng thực phẩm bổ sung sắt
Bổ sung vi chất vào thực phẩm nói chung và tăng cường sắt nói riêng, giúp củng
cố và cải thiện vi chất dinh dưỡng. Sử dụng thực phẩm bổ sung sắt đã được triển khai
rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới. Hơn 20 quốc gia ở Châu Mỹ La tinh đã triển khai
chương trình bổ sung sắt vào thực phẩm trên quy mô lớn, hầu hết liên quan đến các
loại thực phẩm như lúa mì và bột ngô. So với các phương pháp khác dùng để phòng

7


chống IDA, bổ sung sắt được nhiều tác giả cho là một phương pháp rẻ nhất và đảm bảo
có thể thực hiện trong một thời gian dài. Thuận lợi chính ở đây là sự chấp nhận của
người tiêu dùng đối với sản phẩm bổ sung. Hiệu quả của bổ sung là làm giảm thiếu
máu do thiếu sắt và vấn đề này đã được nhiều tác giả nghiên cứu [11].
1.1.4.3. Sử dụng dược phẩm và thực phẩm chức năng chứa sắt
Đối tượng mà Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) khuyến nghị áp dụng là phụ nữ có thai,
phụ nữ tuổi sinh đẻ và trẻ em vị thành niên. Giải pháp này có khả năng cải thiện nhanh tình
trạng sắt và đặc biệt có giá trị trong những trường hợp tăng nhu cầu trong một giai đoạn ngắn
(như bổ sung trong giai đoạn có thai, phụ nữ trong độ tuổi sinh đẻ) [8-14].
WHO khuyến cáo bổ sung sắt định kỳ đối với phụ nữ trong độ tuổi sinh đẻ ở

1.2. Tổng quan về polysaccarit
1.2.1. Monosaccarit
Monosaccarit là những cacbonhyđrat đơn giản nhất và không bị thủy phân. Đây
là những hợp chất tạp chức, phân tử của chúng bao gồm nhiều nhóm OH và nhóm anđehit
hoặc xeton. Một số monosaccarit thông dụng như glucozơ, fructozơ, ribozơ...

Hình 1.2. Cấu tạo của glucozơ
Trong đó, glucozơ là một trong những monosaccarit phổ biến nhất. Nó có mặt
trong nhiều loại quả chín như nho, chuối, xoài... Glucozơ là mắt xích cơ bản tạo nên
nhiều polysaccarit như tinh bột, xenlulozơ... Glucozơ là một pentahiđroxianđehit, có thể
tồn tại ở dạng mạch thẳng hoặc mạch vòng (Hình 1.2) [28].
1.2.2. Định nghĩa và phân loại polysaccarit
Polysaccarit là những hợp chất cao phân tử rất phổ biến trong tự nhiên, được
cấu tạo bởi nhiều đơn vị monosaccarit nối với nhau bởi liên kết glicozit. Chúng có
thể có nguồn gốc từ cây (như tinh bột, xenlulozơ), từ tảo (như alginate), từ vi khuẩn
(như dextran, xanthan) và từ động vật (như chitosan, chonđroitin). Polysaccarit khá
9


bền, không độc, ưa nước và có khả năng phân hủy sinh học. Chúng có nhiều nhóm
hoạt động, khối lượng phân tử biến đổi trong một khoảng lớn với thành phần hóa học
đa dạng. Trong phân tử, polysaccarit có nhiều nhóm ưa nước có thể liên kết với các
mô tạo nên sự kết dính sinh học [29].
Polysaccarit gồm homopolysaccarit được cấu tạo từ một loại monosaccarit và
heteropolysaccarit được hình thành từ hai hoặc nhiều loại monosaccarit.Các polysaccarit
có thể được phân loại dựa theo mạch, theo monome và theo điện tích [29,30].
Theo cấu trúc mạch, các polysaccarit gồm mạch thẳng như amylozơ,
xenlulozơ, pectin, alginates), mạch nhánh ngắn (guar gum, locust bean gum, xanthan
gum) và mạch nhiều nhánh (amylopectin, gum arabic, arabinoxylan). Trong khi đó,
theo monome, polysaccarit được phân loại thành homoglycan (tinh bột, cellulose),

với protein và chất béo, tinh bột là thành phần quan trọng bậc nhất trong chế độ dinh
dưỡng của loài người cũng như nhiều loài động vật khác. Ngoài việc được sử dụng
làm thực phẩm, tinh bột còn được dùng trong công nghiệp sản xuất giấy, rượu, băng
bó xương… Tinh bột được tách ra từ hạt như ngô và lúa mì, từ rễ và củ như sắn, khoai
tây, dong, là những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp.
Tinh bột, tiếng Hy Lạp là amilon, công thức hóa học (C6H10O5)n, là một
polysaccarit chứa hỗn hợp amylozơ và amylopectin. Tỷ lệ phần trăm amylozơ và
amylopectin thay đổi tùy thuộc vào từng loại tinh bột. Tinh bột có nguồn gốc từ các
loại cây khác nhau có tính chất vật lí và thành phần hóa học khác nhau. Chúng đều
là các polyme cacbohydrat phức tạp của glucozơ có công thức phân tử là C6H12O6
[32,35,36].
Amylose là một chuỗi polyme có từ 500 đến 5000 gốc glucozơ kết hợp với
nhau qua liên kết α-1,4-glicozit tạo thành cấu trúc mở rộng và xoắn. Mặt bên trong
của chuỗi xoắn kị nước, có khả năng kết hợp với các hợp chất hữu cơ.

Hình 1.3. Cấu trúc chuỗi của phân tử amylozơ
Amylopectin gồm liên kết mạch thẳng 1,4-glicozit kết hợp với liên kết nhánh
1,6-glicozit. Amylopectin được tạo bởi từ 300000 đến 3000000 mắt xích glucozơ và
có kiểu cấu trúc xoắn kép tương tự như amylozơ [30,33].

11


Hình 1.4. Cấu trúc phân nhánh của amylopectin
Tinh bột có một số tính chất quan trọng như có phản ứng thủy phân, phản ứng
tạo phức, khả năng trương nở, khả năng hồ hóa….
Thủy phân là quá trình phá vỡ các liên kết giữa các đơn vị glucozơ bằng axit,
kiềm hoặc bằng enzym. Axit có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở
dạng hồ hóa, còn enzym chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa. Một số enzym thường
dùng là α-amilaza, β-amilaza… Axit và enzym giống nhau là đều thủy phân các phân

9-12 được dùng trong công nghiệp sản xuất đồ uống, đặc biệt là đồ uống cho trẻ
em, đồ uống và thức ăn riêng cho vận động viên thể thao, làm kẹo gum mềm, làm
chất trợ sấy, chất giữ mùi hương, yếu tố tạo hình. Sản phẩm có DE từ 15-18 được
dùng làm chất kết dính, chất tăng vị cho đồ uống, đưa vào thành phần bơ, sữa bột,
cà phê hòa tan, làm chất mang các thành phần không phải đường, làm tá dược
trong công nghệ dược phẩm [37].
13


Trong công nghiệp, maltodextrin được sản xuất từ tinh bột tự nhiên thông qua
quá trình thủy phân không hoàn toàn, lọc rửa và sấy phun. Những phương pháp chế
biến bằng vật lý và enzym dẫn đến sự mất đi cấu trúc dạng hạt của tinh bột. Khác với
tinh bột, maltodextrins tan trong nước lạnh, đây là một thuận lợi cho các ứng dụng
trong công nghiệp thực phẩm [34,38].
1.3. Vật liệu sắt-polysaccarit (iron polysaccharide complex)
Vật liệu sắt-polysaccarit ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong việc phòng
ngừa, điều trị IDA và tỏ ra rất hiệu quả [39-42]. Các vật liệu này được sử dụng trong
dược phẩm và thực phẩm chức năng có thể dưới dạng riêng biệt hoặc kết hợp với các
chất khác như axit folic, canxi, kẽm… Trên thị trường hiện nay có rất nhiều sản phẩm
chứa vật liệu sắt-polysaccarit ở nhiều dạng khác nhau như dạng lỏng, dạng bột và
dạng viên. Ví dụ, Công ty Dược phẩm ODAN (Canada) mới đưa ra thị trường sản
phẩm chứa vật liệu sắt-polysaccarit ở dạng viên (Hình 1.6 a), trong khi đó, Công ty
Dược phẩm VNP (Việt Nam) đưa ra sản phẩm có tên thương mại Fogyma (Hình 1.6
b) chứa dung dịch sắt-polymaltose.
a

b

Hình 1.6. Một số sản phẩm thương mại chứa vật liệu sắt-polysaccarit
Các vật liệu sắt-polysaccarit có nhiều ưu điểm như ổn định, hầu như không

âm phối trí mạnh hơn với ion sắt(III) trong FeOOH [18,48].
Cấu trúc của vật liệu cũng đã được phân tích bằng nhiều phương pháp và
kỹ thuật khác nhau. Thông qua phương pháp XRD, nhiều nhà khoa học
[15,18,27,44-46,49] đã chỉ ra rằng các hạt nano FeOOH chính là các hạt nano
akaganeite (β-FeOOH). Như đã trình bày ở phần trên, đây là một dạng khá bền
của oxi-hiđroxit sắt, nó chỉ bị chuyển hóa thành dạng khác ở nhiệt độ cao hoặc
trong những điều kiện khắc nghiệt khác như axit mạnh và bazơ mạnh. Đặc biệt,
akaganeite là một chất không phân li, do đó khi hấp thụ vào cơ thể không gây ra
độc tính và tác dụng phụ [20].
15