DSpace at VNU: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu phức hợp sắt-polymaltose (iron polymaltose complex, IPC) từ các maltodextrin có DE khác nhau.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ XUYÊN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU PHỨC HỢP SẮTPOLYMALTOSE (IRON POLYMALTOSE COMPLEX, IPC) TỪ CÁC MALTODEXTRIN CÓ DE KHÁC NHAU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ XUYÊN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU PHỨC HỢP SẮTPOLYMALTOSE (IRON POLYMALTOSE COMPLEX, IPC) TỪ CÁC MALTODEXTRIN CĨ DE KHÁC NHAU Chun ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 60520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐÀO QUỐC HƢƠNG Hà Nội – 2015 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Hiện tƣợng thiếu máu thiếu sắt 1.1.1 Vai trò sắt sống 1.1.2 Cơ chế hấp thụ vận chuyển sắt thể 1.1.3 Nguyên nhân hậu việc thiếu máu thiếu sắt 1.1.4 Giải pháp phòng chống thiếu máu thiếu sắt 1.2 Giới thiệu polysaccarit 11 1.2.1 Tinh bột 12 1.2.1.1 Cấu trúc phân tử 12 1.2.1.2 Tính chất 14 1.2.1.3 Sự hồ hóa tinh bột 15 1.2.2 Maltodextrin (polymaltose) 16 1.3 Vật liệu phức hợp sắt-polymaltose (Iron polymaltose complex, IPC) 17 1.3.1 Cấu trúc 17 1.3.2 Ứng dụng phức hợp IPC 18 1.3.3 Các phƣơng pháp điều chế vật liệu phức hợp IPC 19 1.4 Các phƣơng pháp xác định đặc trƣng phức hợp IPC 20 1.4.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (X - Ray Diffraction, XRD) 20 1.4.2 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier Transform Infrared Spectrophotometer, FT-IR) 21 1.4.3 Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy, TEM) 21 1.4.4 Phƣơng pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA), phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA) 22 1.4.5 Chuẩn độ oxi hóa khử phƣơng pháp đicromat 23 1.5 Ứng dụng phƣơng pháp sấy đông khô tổng hợp vật liệu 24 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 27 2.1 Dụng cụ, thiết bị hóa chất 27 2.1.1 Dụng cụ 27 2.1.2 Thiết bị 27 2.1.3 Hóa chất nguyên liệu đầu 27 2.2 Nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu phức hợp IPC 28 2.2.1 Lựa chọn MD có DE khác để tổng hợp vật liệu phức hợp IPC 28 2.2.2 Khảo sát số yếu tố ảnh hƣởng đến đặc trƣng phức hợp IPC sử dụng MD có DE 25 chƣa hoạt hóa 29 2.2.2.1 Khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng MD 29 2.2.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ phản ứng 30 2.2.2.3 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian ổn định MD muối sắt 30 2.2.2.4 Khảo sát ảnh hƣởng tốc độ cấp NaOH 30 2.2.2.5 Khảo sát ảnh hƣởng pH 31 2.2.2.6 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian già hóa 31 2.2.2.7 Khảo sát ảnh hƣởng tỉ lệ etanol/dung dịch phức hợp thể tích kết tủa 31 2.2.2.8 Khảo sát ảnh hƣởng kỹ thuật làm khô 32 2.2.3 Xây dựng quy trình tổng hợp vật liệu phức hợp IPC sử dụng MD có DE 25 hoạt hóa 32 2.3 Chuẩn bị mẫu phân tích 34 2.3.1 Nhiễu xạ tia X (XRD) 34 2.3.2 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) 34 2.3.3 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 34 2.3.4 Phân tích nhiệt (DTA-TGA) 34 2.3.5 Chuẩn độ oxi hóa khử phƣơng pháp đicromat để xác định hàm lƣợng sắt sản phẩm 35 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Kết lựa chọn MD với DE khác để tổng hợp vật liệu phức hợp IPC 37 3.1.1 Đặc trƣng XRD 37 3.1.2 Đặc trƣng FT-IR 37 3.1.3 Đặc trƣng TEM 39 3.1.4 Đặc trƣng phân tích nhiệt (DTA-TGA) 40 3.2 Kết khảo sát số yếu tố ảnh hƣởng đến đặc trƣng vật liệu phức hợp IPC sử dụng MD có DE 25 41 3.2.1 Ảnh hƣởng khối lƣợng MD 42 3.2.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ 43 3.2.3 Ảnh hƣởng thời gian ổn định hỗn hợp MD muối sắt 44 3.2.4 Ảnh hƣởng tốc độ cấp NaOH 45 3.2.5 Ảnh hƣởng giá trị pH 46 3.2.6 Ảnh hƣởng thời gian già hóa 49 3.2.7 Ảnh hƣởng tỉ lệ etanol/dung dịch phức hợp thể tích kết tủa phức hợp 50 3.2.8 Ảnh hƣởng kỹ thuật làm khô sản phẩm 51 3.3 Một số đặc trƣng phức hợp IPC sử dụng MD có DE 25 hoạt hóa 52 3.3.1 Đặc trƣng XRD 52 3.3.2 Đặc trƣng FT-IR 53 3.3.3 Đặc trƣng TEM 54 3.3.4 Đặc trƣng phân tích nhiệt (DTA-TGA) 55 KẾT LUẬN 57 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 MỞ ĐẦU Sắt vi chất dinh dƣỡng quan trọng cho thể, thành phần tạo nên hemoglobin tế bào hồng cầu máu Khi bị thiếu máu thiếu sắt, vận chuyển oxi đến mô thể nhƣ dự trữ oxi mô vân giảm sút, làm cho thể hoạt động không hiệu quả, mau mệt mỏi, tập trung, trí nhớ Tình trạng thiếu máu thiếu sắt phổ biến trẻ em phụ nữ Theo số liệu gần nhất, thiếu máu thiếu sắt phụ nữ Việt Nam tuổi sinh đẻ 28,8%, phụ nữ mang thai 36,5% Để khắc phục tình trạng này, liệu pháp thực phẩm chức bổ sung sắt dƣợc phẩm chống thiếu máu thiếu sắt đƣợc sử dụng phổ biến nƣớc ta nhƣ giới Nhiều loại sản phẩm đƣợc tổng hợp từ muối sắt(II) sắt(III) Tuy nhiên, chúng có nhƣợc điểm tạo thành ion sắt, thâm nhập vào hệ thống tuần hoàn gây ngộ độc sắt cho thể Nhƣợc điểm đƣợc khắc phục cách ổn định nhân sắt tác nhân tạo vật liệu phức hợp polysaccarit nhƣ tinh bột, dextrin, maltodextrin… Trong phức hợp, nhân sắt đƣợc bao bọc lớp vỏ polysaccarit Các phức hợp khơng giải phóng ion sắt có tính tƣơng thích sinh học cao Do đặc tính quý giá nên phức hợp sắt-polysaccarit thích hợp cho việc dùng làm thực phẩm chức bổ sung sắt bào chế thuốc chống thiếu máu thiếu sắt Trên giới, có nhiều cơng bố tổng hợp, cấu trúc ứng dụng vật liệu phức hợp Ở nƣớc ta, năm gần đây, việc nghiên cứu phức hợp sắt với số polysaccarit cụ thể nhƣ tinh bột, dextrin, maltodextrin… đƣợc phòng Hóa học Vơ (Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) thực Nhìn chung, vật liệu có đặc trƣng chứng tỏ chúng chứa nhân sắt đƣợc bao bọc lớp vỏ polysaccarit nhƣng hàm lƣợng sắt khả hòa tan nƣớc sản phẩm khơng thật ổn định Để góp phần tạo loại vật liệu với nhiều ƣu điểm có khả ứng dụng y học dƣợc học, lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu phức hợp sắt-polymaltose (iron polymaltose complex, IPC) từ maltodextrin có DE khác nhau” Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu lựa chọn maltodextrin từ maltodextrin có DE khác tổng hợp vật liệu phức hợp sắt-polymaltose Tiếp đó, khảo sát số yếu tố ảnh hƣởng đến trình tổng hợp phức hợp Những nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu lựa chọn maltodextrin tổng hợp vật liệu phức hợp sắtpolymaltose; - Khảo sát số yếu tố ảnh hƣởng trình tổng hợp đến độ tan, hàm lƣợng sắt, kích thƣớc nhân sắt sản phẩm: + Khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng maltodextrin; + Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ; + Khảo sát ảnh hƣởng thời gian ổn định maltodextrin muối sắt; + Khảo sát ảnh hƣởng tốc độ cấp NaOH; + Khảo sát ảnh hƣởng giá trị pH; + Khảo sát ảnh hƣởng thời gian già hóa; + Khảo sát ảnh hƣởng tỉ lệ etanol/dung dịch phức hợp thể tích; + Khảo sát ảnh hƣởng kỹ thuật làm khô sản phẩm; - Nghiên cứu đƣa quy trình tổng hợp vật liệu phức hợp sắt-polymaltose sử dụng MD hoạt hóa phƣơng pháp sấy nhiệt; Phương pháp nghiên cứu: Luận văn sử dụng phƣơng pháp thực nghiệm để tổng hợp, khảo sát số yếu tố ảnh hƣởng phƣơng pháp vật lý khảo sát, đánh giá chất lƣợng sản phẩm thu đƣợc: - Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD); - Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (FT-IR); - Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM); - Phƣơng pháp phân tích nhiệt (DTA-TGA); - Chuẩn độ oxi hóa khử phƣơng pháp đicromat Những đóng góp luận văn: Đã nghiên cứu cách có hệ thống phƣơng pháp tổng hợp khảo sát đặc trƣng vật liệu phức hợp sắt-polymaltose Góp phần đƣa quy trình hồn chỉnh để tiết kiệm chi phí tổng hợp, hƣớng tới đƣa sản phẩm vào sản xuất thực tế Bố cục luận văn  Mở đầu  Nội dung với chƣơng - Chƣơng 1: Tổng quan - Chƣơng 2: Thực nghiệm - Chƣơng 3: Kết thảo luận  Kết luận  Tài liệu tham khảo  Phụ lục CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Hiện tƣợng thiếu máu thiếu sắt 1.1.1 Vai trò sắt sống Sắt vi chất dinh dƣỡng quan trọng thể Nó khơng ngun liệu để tổng hợp nên hemoglobin (Hb), myoglobin mà thành phần cấu tạo số loại protein enzim Trong thể ngƣời, khoảng 70% sắt tồn phân tử Hb tế bào hồng cầu làm cho hồng cầu có màu đỏ [44] Hb protein phức tạp, chứa chuỗi α (mỗi chuỗi gồm 141 loại axit amin) chuỗi β (mỗi chuỗi gồm 146 loại axit amin) [16] Mỗi phân tử Hb chứa nhân sắt dạng hem (Fe2+) Cấu tạo hem Hb đƣợc đƣa Hình 1.1 Hình 1.1 Cấu tạo hem (trái) Hb (phải) Không thành phần quan trọng Hb, sắt thành phần thiết yếu myoglobin vân, có tác dụng dự trữ oxi cho hoạt động vân Chúng kết hợp với chất dinh dƣỡng khác để giải phóng lƣợng cho co Ngoài chức vận chuyển lƣu trữ oxi, sắt tham gia vào q trình sinh hóa thể Nó thành phần khơng thể thiếu số loại protein enzim, có vai trò quan trọng q trình giải phóng lƣợng oxi hóa chất dinh dƣỡng ATP Bên cạnh đó, sắt có vai trò việc hình thành myelin thần kinh, tổng hợp neutron truyền tín hiệu Nó nguyên tố cần thiết cho trình tổng hợp ADN, đảm bảo cho sinh trƣởng, phát triển tái tạo thể [11] 1.1.2 Cơ chế hấp thụ vận chuyển sắt thể * Cơ chế hấp thụ Trong thức ăn, sắt chủ yếu trạng thái sắt(III) dƣới dạng vô hữu cơ, tồn dƣới dạng hiđroxit liên hợp với protein Hàm lƣợng sắt khác loại thức ăn nhƣng nhìn chung thức ăn từ thịt chứa nhiều sắt thức ăn từ thực vật, trứng hay sữa Khẩu phần ăn ngày trung bình ngƣời có chứa khoảng 10 - 15 mg sắt Tuy vậy, có khoảng - 10% sắt lƣợng sắt nói đƣợc thể hấp thụ Quá trình hấp thụ sắt dày nhƣng chủ yếu diễn hành tá tràng mức độ đoạn đầu ruột non Để thể hấp thụ đƣợc, sắt phải đƣợc chuyển từ dạng sắt(III) sang sắt(II) Trong dày, axit clohiđric khử sắt(III) thành sắt(II) để sắt dễ đƣợc hấp thụ Vitamin C có vai trò tƣơng tự trình Quá trình hấp thụ sắt vào tĩnh mạch phụ thuộc vào nhu cầu sắt thể Nếu thể thiếu sắt, lƣợng lớn sắt đƣợc hấp thụ qua niêm mạc ruột, sau vào máu Ngƣợc lại, trƣờng hợp thể nhiều sắt, lƣợng sắt đƣợc hấp thụ vào niêm mạc ruột giảm Nếu thể không cần sắt, đẩy sắt ngồi với tế bào chết Sự hấp thụ sắt bị ảnh hƣởng đáng kể có mặt tác nhân khác có thực phẩm dƣợc phẩm Chẳng hạn, vitamin C làm tăng khả hấp thụ dạng sắt(II) sắt(III) Ngƣợc lại, axit phytic, tannin có tác dụng ức chế hấp thụ sắt(III), canxi có ảnh hƣởng tiêu cực đến hấp thụ dạng sắt(II) Do vậy, việc kết hợp sử dụng loại thực phẩm dƣợc phẩm cần đƣợc cân nhắc để hấp thụ sắt đạt hiệu cao [11] TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trƣơng Thị Minh Hạnh (2008), “Nghiên cứu sản xuất maltodextrin có DE