Tổng hợp và xác định các đặc trưng của một số vật liệu sắt polysaccarit, hướng đến ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC NGUYỄN ĐÌNH VINH TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU SẮT-POLYSACCARIT, HƯỚNG ĐẾN ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM CHỨC NĂNG VÀ DƯỢC PHẨM LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC NGUYỄN ĐÌNH VINH TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU SẮT-POLYSACCARIT, HƯỚNG ĐẾN ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM CHỨC NĂNG VÀ DƯỢC PHẨM Chuyên ngành: Hóa vô Mã số: 62.44.01.13 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đào Quốc Hương PGS.TS Phan Thị Ngọc Bích Hà Nội - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án công trình nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS.TS Đào Quốc Hương PGS.TS Phan Thị Ngọc Bích Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận án Nguyễn Đình Vinh LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Đào Quốc Hương PGS.TS Phan Thị Ngọc Bích tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi động viên hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa học, Phòng Quản lý tổng hợp Phòng Hóa Vô cơ, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho trình nghiên cứu hoàn thành đề tài luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Khoa học, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện tận tình giúp đỡ để hoàn thành luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đến nhà khoa học, chuyên gia giúp đỡ đóng góp nhiều ý kiên quí báu liên quan đến luận án Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp ủng hộ cổ vũ để hoàn thành tốt luận án TÁC GIẢ LUẬN ÁN Nguyễn Đình Vinh MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Oxi-hiđroxit sắt 1.1.1 Giới thiệu oxi-hiđroxit sắt 1.1.2 Sự hình thành oxi-hiđroxit sắt dung dịch muối sắt(III) 1.1.3 Sự chuyển hóa hợp chất oxi-hiđroxit sắt 1.2 Tổng quan polysaccarit 1.2.1 Monosaccarit 1.2.2 Định nghĩa phân loại polysaccarit 1.2.3 Đương lượng đường khử 1.2.4 Một số polysaccarit có nguồn gốc ngũ cốc 1.2.4.1 Tinh bột 1.2.4.2 Tinh bột sắn (TBS) 12 1.2.4.3 Tinh bột tan (TBT) 12 1.2.4.4 Dextrin (DEX) 12 1.2.4.5 Maltodextrin (MDEX) 14 1.3 Vật liệu phức hợp sắt-polysaccarit (iron polysaccharide complex) 14 1.3.1 Sự hình thành cấu trúc phức hợp sắt-polysaccarit 15 1.3.2 Tình hình nghiên cứu tổng hợp phức hợp sắt-polysaccarit giới Việt Nam 18 1.4 Vai trò sắt hội chứng thiếu máu thiếu sắt 19 1.4.1 Vai trò sắt trình hấp thụ sắt 19 1.4.2 Thiếu sắt (ID) hội chứng thiếu máu thiếu sắt (IDA) 21 1.4.3 Hậu thiếu máu thiếu sắt 22 1.4.4 Giải pháp phòng chống thiếu máu thiếu sắt 24 1.5 Ảnh hưởng số kim loại nặng vi khuẩn đến sức khỏe 26 1.5.1 Ảnh hưởng số kim loại nặng 26 1.5.2 Ảnh hưởng số vi khuẩn 27 1.6 Ứng dụng vi sóng sóng siêu âm tổng hợp vật liệu 28 1.6.1 Ứng dụng vi sóng 28 1.6.2 Ứng dụng sóng siêu âm 29 1.7 Mục tiêu nội dung nghiên cứu luận án 30 1.7.1 Mục tiêu luận án 30 1.7.2 Nội dung luận án 30 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Hóa chất 32 2.2 Nghiên cứu quy trình tổng hợp akaganeite 33 2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 34 2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng anion 34 2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng giá trị pH tác nhân kiềm 34 2.2.4 Điều chế pha akaganeite với hỗ trợ vi sóng 34 2.2.5 Điều chế pha akaganeite với hỗ trợ sóng siêu âm 34 2.3 Xác định giá trị DE polysaccarit 34 2.4 Nghiên cứu quy trình tổng hợp phức hợp sắt-polysaccarit từ muối sắt(III) clorua polysaccarit 36 2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng giá trị pH 37 2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 38 2.4.5 Điều chế phức hợp sắt-MDEX có hỗ trợ vi sóng 38 2.4.6 Điều chế phức hợp sắt-MDEX có hỗ trợ sóng siêu âm 38 2.5 Các phương pháp xác định đặc trưng 39 2.5.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 39 2.5.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) 40 2.5.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 40 2.5.4 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 41 2.5.5 Phương pháp phân tích nhiệt (TGA-DTA) 41 2.5.6 Phương pháp tử ngoại – khả kiến (UV-Vis) 42 2.5.7 Phương pháp tán xạ lượng tia X (EDX) 43 2.5.8 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 44 2.5.9 Phương pháp đo độ dẫn điện 45 2.5.10 Phương pháp xác định độ tan 46 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1 Nghiên cứu hình thành pha akaganeite 47 3.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 47 3.1.2 Ảnh hưởng loại anion 48 3.1.3 Ảnh hưởng giá trị pH tác nhân kiềm 52 3.1.4 Một số đặc trưng akaganeite 54 3.1.5 Tổng hợp akaganeite với hỗ trợ vi sóng 58 3.1.6 Tổng hợp akaganeite với hỗ trợ sóng siêu âm 59 3.1.7 Kết luận hình thành pha akaganeite 61 3.2 Nghiên cứu tổng hợp phức hợp sắt-TBS 63 3.2.1 Ảnh hưởng giá trị pH 63 3.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 65 3.2.3 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng sắt/TBS 66 3.2.4 Ảnh hưởng thời gian 67 3.2.5 Kết luận hình thành phức hợp sắt-TBS 68 3.3 Nghiên cứu tổng hợp phức hợp sắt-TBT 69 3.3.1 Ảnh hưởng giá trị pH 69 3.3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ 71 3.3.3 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng sắt/TBT 72 3.3.4 Ảnh hưởng thời gian phản ứng 73 3.3.5 Kết luận hình thành phức hợp sắt- TBT 74 3.4 Nghiên cứu tổng hợp phức hợp sắt-DEX 75 3.4.1 Ảnh hưởng giá trị pH 75 3.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ 76 3.4.3 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng sắt/DEX 78 3.4.4 Ảnh hưởng thời gian 79 3.4.5 Kết luận hình thành phức hợp sắt-DEX 79 3.5 Nghiên cứu tổng hợp phức hợp sắt-MDEX 80 3.5.1 Ảnh hưởng giá trị pH 80 3.5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 82 3.5.3 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng sắt/MDEX 84 3.5.4 Ảnh hưởng thời gian 85 3.5.5 Kết luận hình thành phức hợp sắt-MDEX 85 3.6 Một số đặc trưng phức hợp sắt-TBS, sắt-TBT, sắt-DEX sắt-MDEX 86 3.6.1 Phổ hồng ngoại (FT-IR) 86 3.6.2 Hiển vi điện tử quét (SEM) 88 3.6.3 Hiển vi điện tử truyền qua ( TEM) 90 3.6.4 Phân tích nhiệt (TGA-DTA) 91 3.6.5 Phổ hấp thụ tử ngoại-khả kiến (UV-Vis) 93 3.6.6 Phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 94 3.6.7 Độ dẫn điện 96 3.6.8 Một số đặc trưng khác hướng đến ứng dụng phức hợp sắt-MDEX 98 3.6.8.1 Độ bền nhiệt độ bền theo thời gian phức hợp 98 3.6.8.2 Độ tan phức hợp 100 3.6.8.3 Các tiêu vi khuẩn hàm lượng kim loại nặng phức hợp 100 3.7 Tổng hợp phức hợp sắt-MDEX có hỗ trợ vi sóng 102 3.8 Tổng hợp phức hợp sắt-MDEX có hỗ trợ sóng siêu âm 103 3.9 Kết luận hình thành bốn phức hợp sắt-polysaccarit từ muối sắt(III) clorua với TBS, TBT, DEX MDEX 105 3.10 Những điểm luận án 106 KẾT LUẬN CHUNG 108 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc akaganeite Hình 1.2 Cấu tạo glucozơ Hình 1.3 Cấu trúc chuỗi phân tử amylozơ 10 Hình 1.4 Cấu trúc phân nhánh amylopectin 10 Hình 1.5 Phản ứng thủy phân tinh bột 11 Hình 1.6 Cấu trúc DEX 13 Hình 1.7 Một số sản phẩm thương mại chứa phức hợp sắt-polysaccarit 14 Hình 1.8 Mô hình vị trí liên kết 16 Hình 1.9 Mô hình keo 17 Hình 1.10 Cấu tạo hem Hb 20 Hình 1.11 Cơ chế hấp thụ, vận chuyển dự trữ sắt thể 21 Hình 2.1 Sơ đồ điều chế pha akaganeite 33 Hình 3.1 Giản đồ XRD mẫu nhiệt độ khác 47 Hình 3.2 Ảnh SEM mẫu hình thành nhiệt độ 70oC 90oC 48 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu với có mặt anion khác 49 Hình 3.4 Ảnh SEM mẫu hình thành từ dung dịch muối sắt(III) chứa anion NO3-, SO42-, Cl-, NO3-/Cl- 50 Hình 3.5 Phổ EDX mẫu hình thành từ dung dịch FeCl3 51 Hình 3.6 Giản đồ XRD mẫu với tác nhân kiềm giá trị pH khác 52 Hình 3.7 Ảnh SEM mẫu có tác nhân kiềm khác pH 3,0 54 Hình 3.8 Phổ FT-IR mẫu akaganeite 55 Hình 3.9 Giản đồ TGA-DTA mẫu akaganeite 56 Hình 3.10 Ảnh TEM mẫu akaganeite 57 Hình 3.11 Giản đồ XRD mẫu hình thành với hỗ trợ vi sóng 58 PHỤ LỤC Phụ luc 1: Giản đồ XRD mẫu akaganeite hình thành 70oC Phụ luc 2: Giản đồ XRD mẫu akaganeite hình thành 90oC Phụ luc 3: Giản đồ XRD mẫu hình thành môi trường nitrat Phụ luc 4: Giản đồ XRD mẫu akaganeite hình thành môi trường sun phat Phụ luc 5: Giản đồ XRD mẫu hình thành môi trường nitrat/clorua Phụ luc 6: Giản đồ XRD mẫu với tác nhân kiềm NaHCO3, pH=3,0 Phụ luc 7: Giản đồ XRD mẫu với tác nhân kiềm NH3, pH=3,0 Phụ luc 8: Giản đồ XRD mẫu với tác nhân kiềm NH3, pH=5,0 Phụ luc 9: Giản đồ XRD mẫu với tác nhân kiềm NH3, pH=7,0 Phụ luc 10: Giản đồ XRD mẫu với tác nhân kiềm (NH4)2CO3, pH=3,0 Phụ luc 11: Giản đồ XRD mẫu với tác nhân kiềm (NH4)2CO3, pH=5,0 Phụ luc 12: Giản đồ XRD mẫu với tác nhân kiềm (NH4)2CO3, pH=7,0 Phụ luc 13: Giản đồ XRD mẫu với tác động siêu âm Phụ luc 14: Giản đồ XRD mẫu với tác động vi sóng Phụ luc 15: Giản TGA-DTA akaganeite Phụ luc 16: Giản phổ FT-IR akaganeite Phụ luc 17: Giản đồ XRD phức hợp sắt-TBS 50oC Phụ luc 18: Giản đồ XRD phức hợp sắt-TBS 60oC Phụ luc 19: Giản đồ XRD phức hợp sắt-TBS 70oC Phụ luc 20: Giản đồ XRD phức hợp sắt-TBS 80oC Phụ luc 21: Giản đồ XRD phức hợp sắt-TBS 90oC Phụ luc 22: Giản đồ XRD phức hợp sắt-TBS pH=3,0 Phụ luc 23: Giản đồ XRD phức hợp sắt-TBS pH=5,0 Phụ luc 24: Giản đồ XRD phức hợp sắt-TBS pH=7,0 Phụ luc 25: Giản đồ XRD phức hợp sắt-TBS pH=9,0 Phụ luc 26: Giản đồ XRD phức hợp sắt-TBS pH=9,0 Phụ luc 27: Giản đồ XRD phức hợp sắt-TBT pH=3,0 Phụ luc 28: Giản đồ XRD phức hợp sắt-TBT pH=5,0 Phụ luc 29: Giản đồ XRD phức hợp sắt-TBT pH=7,0 Phụ luc 30: Giản đồ XRD phức hợp sắt-TBT pH=9,0 [...]... tài của luận án Tổng hợp và xác định các đặc trưng của một số vật liệu sắt- polysaccarit, hướng đến ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm có nhiều ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Oxi-hiđroxit sắt 1.1.1 Giới thiệu về oxi-hiđroxit sắt Oxi-hiđroxit sắt là những hợp chất phổ biến, có thể hình thành trong tự nhiên và cũng có thể được tổng hợp dễ dàng trong phòng thí... tài liệu này, vật liệu sắt- polysaccarit được tổng hợp ở nhiệt độ 90oC Sự hình thành vật liệu giữa sắt và TBS cũng được Nattinee Mophan và cộng sự [41] nghiên cứu Somsook và cộng sự [54] điều chế vật liệu sắt- tinh bột gạo, trong khi đó, Milorad và các cộng sự [37] tổng hợp vật liệu từ sắt và các polysaccarit như pullulan, inulin Các kết quả cho thấy các vật liệu có nhiều tiềm năng ứng dụng trong thực. .. giới và ở Việt Nam quan tâm Tuy nhiên, các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp các vật liệu chứa sắt và trạng thái của sắt bao gồm dạng hợp chất, sự phân bố, hình dạng và kích thước của nhân sắt trong vật liệu chưa được khảo sát một cách hệ thống Việc nghiên cứu ảnh hưởng của sóng siêu âm và vi sóng đến quá trình tổng hợp các vật liệu sắt- polysaccarit cũng ít được đề cập đến 1 Do đó, đề tài của. .. hợp sắt- DEX ở 80 và 90oC 77 Bảng 3.9 Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của phức hợp sắt- DEX với tỉ lệ khối lượng sắt/ DEX khác nhau 78 Bảng 3.10 Hàm lượng sắt của phức hợp sắt- DEX với thời gian phản ứng khác nhau 79 Bảng 3.11 Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của phức hợp sắt- MDEX ở 80 và 90oC 83 Bảng 3.12 Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của phức hợp sắt- MDEX... của các polysaccarit 36 Bảng 3.1 Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của phức hợp sắt –TBS ở các nhiệt độ khác nhau 66 Bảng 3.2 Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của phức hợp sắt- TBS với tỉ lệ khối lượng sắt/ TBS khác nhau 67 Bảng 3.3 Hàm lượng sắt của phức hợp sắt- TBS với thời gian phản ứng khác nhau 68 Bảng 3.4 Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của phức hợp sắt- TBT... ngọt, bia Trong y học, loạại hợp chất này được sử dụng để bào chế thu thuốc, thực phẩm chức năng [35] 1.3 Vật liệu sắt- polysaccarit polysaccarit (iron polysaccharide complex) Vật liệu sắt- polysaccarit polysaccarit ngày càng được đư ứng dụng rộng rãi trong vi việc phòng ngừa, điều trị IDA và tỏ ra rất r hiệu quả [1-2] Các vật liệu này đượcc ssử dụng trong dược phẩm và thực phẩm m chức ch năng có thể... ở các nhiệt độ khác nhau 72 Bảng 3.5 Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của phức hợp sắt- TBT với tỉ lệ khối lượng sắt/ TBT khác nhau 73 Bảng 3.6 Hàm lượng sắt của phức hợp sắt- TBT với thời gian phản ứng khác nhau 74 Bảng 3.7 Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của phức hợp sắt- TBT ở các pH khác nhau 76 Bảng 3.8 Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của phức hợp. .. dịch NaOH và etanol cũng được sử dụng làm chất kết tủa vật liệu Các phản ứng được thực hiện trong môi trường từ trung tính đến kiềm Ngoài việc tổng hợp vật liệu từ dextran và DEX, các nhà khoa học còn nghiên cứu tổng hợp từ các polysaccarit chưa biến tính như TBS, tinh bột gạo, alginate… Quy trình tổng hợp vật liệu sắt- polysaccarit từ muối FeCl3 và TBS, tinh bột dong được trình bày trong tài liệu [55]... ít các công trình nghiên cứu về quy trình tổng hợp vật liệu sắt- polysaccarit Tác giả Nguyễn Thị Hạnh và các cộng sự [56] đã bước đầu đưa ra quy trình tổng hợp vật liệu sắt- polysaccarit từ muối FeCl3 và MDEX Tuy nhiên, sản phẩm thu được không có cấu trúc hạt cầu mà ở dạng khối 1.4 Vai trò của sắt và hội chứng thiếu máu do thiếu sắt 1.4.1 Vai trò của sắt và quá trình hấp thụ sắt 1.4.1.1 Vai trò của sắt. .. về việc tổng hợp vật liệu sắt- polysaccarit Trước tiên, phải kể đến vật liệu sắt- dextran là sản phẩm được ứng dụng sớm nhất và được nghiên cứu tương đối nhiều Eric London [64] và các cộng sự đã đăng ký bằng sáng chế về quá trình tổng hợp vật liệu sắt- dextran từ muối sắt( III) clorua và citrate với dextran Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng dung dịch natri hyđroxit để điều chỉnh giá trị pH và etanol ... sóng đến trình tổng hợp vật liệu sắt- polysaccarit đề cập đến Do đó, đề tài luận án Tổng hợp xác định đặc trưng số vật liệu sắt- polysaccarit, hướng đến ứng dụng thực phẩm chức dược phẩm có nhiều... VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC NGUYỄN ĐÌNH VINH TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU SẮT -POLYSACCARIT, HƯỚNG ĐẾN ỨNG DỤNG TRONG THỰC... xu hướng chung giới dùng thực phẩm chức dược phẩm bổ sung sắt [4] Các hợp chất chứa sắt sử dụng cho mục đích bao gồm dạng sắt( II) sắt( III) Hợp chất sắt( II) thường sử dụng sắt( II) sunphat, sắt( II)