Nghiên cứu các đặc trưng cấu trúc và tính chất của vật liệu sắt maltodextrin

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

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được gửi tới TS. Nguyễn Đình Vinh lời biết ơn
chân thành và sâu sắc nhất. Người đã trực tiếp giao đề tài và tận tình chỉ
bảo, hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm quí báu, giúp đỡ tôi trong quá trình
nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô: Khoa Hoá học - Đại học Khoa học
Thái Nguyên, Viện Khoa học Vật liệu và Viện Hóa học ( Viện Hàn lâm khoa học và
Công nghệ Việt Nam), Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, Trường Đại học Khoa học
Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn đơn vị cơ quan nơi tôi công tác đã tạo điều
kiện để tôi học tập, nghiên cứu hoàn thành tốt bản luận văn. Cuối cùng tôi xin được
cảm ơn những người thân trong gia đình, đã luôn động viên, cổ vũ để tôi hoàn thành
tốt luận văn của mình.
Thái Nguyên, ngày 16 tháng 5 năm 2017
Tác giả

Đào Thị Thảo

a


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... a
MỤC LỤC .......................................................................................................... b
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................ e
DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................. f
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. g
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN ................................................................................ 3

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

2.1. Hóa chất và thiết bị ................................................................................... 26
2.2. Xác định giá trị DE của maltodextrin ....................................................... 27
2.3. Nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu sắt-maltodextrin từ muối sắt(III)
clorua và các polysaccarit ................................................................................ 28
2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ........................................... 29
2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của giá trị pH ......................................................... 29
2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng MDEX/sắt ............................. 29
2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian .......................................................... 29
2.3.5. Điều chế vật liệu sắt-MDEX có hỗ trợ của vi sóng ............................... 30
2.4. Phân tích các đặc trưng của vật liệu .......................................................... 30
2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ....................................................... 30
2.4.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) ................................................... 30
2.4.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) .............................................. 30
2.4.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .................................... 30
2.4.5. Phương pháp phân tích nhiệt (TGA-DTA) ............................................ 30
2.4.6. Phương pháp tử ngoại - khả kiến (UV-Vis) ........................................... 31
2.4.7. Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDX) ........................................ 31
2.4.8. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) .......................................... 31
2.4.9. Phương pháp đo độ dẫn điện .................................................................. 32
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 33
3.1. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu sắt-MDEX ................................................. 33
3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ......................................................... 33
3.1.2. Ảnh hưởng của giá trị pH ....................................................................... 35
3.1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng MDEX/sắt ........................................... 37
3.1.4. Ảnh hưởng của thời gian ........................................................................ 38
c


3.1.5. Kết luận về sự hình thành vật liệu sắt-MDEX ....................................... 39
3.2. Phân tích các đặc trưng của vật liệu sắt-MDEX ....................................... 39

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

TGA (Thermal Gravimetric Analysis)

Phân tích nhiệt trọng lượng

DTA (Differential Thermal Analysis)

Phân tích nhiệt vi sai

SEM (Scanning Electron Microscopy)

Hiển vi điện tử quét

TEM (Transmission Electron Microscopy)

Hiển vi điện tử truyền qua

EDX (Energy Dispersive X-Ray)

Tán xạ năng lượng tia X

AAS (Atomic Absorption Spectroscopy)

Phổ hấp thụ nguyên tử

UV-Vis (Ultraviolet-Visible)

Tử ngoại, khả kiến

FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

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

Hình 1.7. Mô hình vị trí liên kết .................................................................... 16
Hình 1.8. Mô hình keo ................................................................................... 17
Hình 2.1. Quy trình tổng hợp vật liệu sắt-maltodextrin ................................ 28
Hình 2.2. Đường chuẩn dung dịch sắt (III) ................................................... 32
Hình 3.1. Giản đồ XRD của vật liệu sắt-MDEX ở các nhiệt độ khác nhau .. 33
Hình 3.2. Hàm lượng sắt (trái) và hiệu suất tổng hợp (phải) của vật liệu sắtMDEX thu được ở 80 và 90oC ...................................................... 34
Hình 3.3. Giản đồ XRD của vật liệu sắt-MDEX ở các pH khác nhau .......... 35
Hình 3.4. Hàm lượng sắt của vật liệu sắt-MDEX thu được giá trị pH khác
nhau ................................................................................................ 36
Hình 3.5. Sự phụ thuộc của hiệu suất tổng hợp vào giá trị pH...................... 36
Hình 3.6. Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của vật liệu sắt-MDEX thu
được ở các tỉ lệ MDEX/sắt khác nhau .......................................... 37
Hình 3.7. Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của vật liệu sắt-MDEX thu
được ở các thời gian phản ứng khác nhau ..................................... 38
Hình 3.8. Giản đồ XRD của vật liệu sắt-MDEX hình thành ở điều kiện tối
ưu ................................................................................................... 39
Hình 3.9. Phổ hổng ngoại của akaganeite và vật liệu sắt-MDEX ................. 40
Hình 3.10. Ảnh SEM của các polysaccarit và các vật liệu .............................. 42
Hình 3.11. Ảnh TEM và HRTEM của vật liệu sắt-MDEX ............................. 42
Hình 3.12. Giản đồ TGA-DTA của các vật liệu .............................................. 43
Hình 3.13. Phổ UV-Vis của các dung dịch vật liệu......................................... 44
Hình 3.14. Phổ EDX của akaganeite và vật liệu sắt-MDEX ........................... 45
Hình 3.15. Độ dẫn điện của các vật liệu .......................................................... 46

g


Hình 3.16. Ảnh SEM của MDEX (trái) và vật liệu sắt-MDEX dưới sự hỗ trợ
của vi sóng ..................................................................................... 47
Hình 3.17. Giản đồ XRD của vật liệu sắt-MDEX với sự hỗ trợ của vi sóng .. 48

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:

1. Nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu sắt-maltodextrin;
2. Xác định các đặc trưng như dạng tồn tại của sắt, kích thước hạt, thành phần
nguyên tố, cấu trúc... của vật liệu;
3. Nghiên cứu ảnh hưởng của vi sóng đến sự hình thành vật liệu sắt-maltodextrin.
1


2. Nội dung của luận văn
Để hoàn thành các mục tiêu đề ra, luận văn bao gồm các nội dung nghiên cứu
sau:
1. Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố như giá trị pH, nhiệt độ phản ứng, tỉ lệ
polysaccarit/sắt và thời gian phản ứng đến sự hình thành vật liệu sắt-maltodextrin;
2. Xác định một số các đặc trưng của vật liệu trên bằng các phương pháp XRD,
FT-IR, SEM, TEM, UV-Vis, DTA-TGA, EDX, AAS.. ;
3. Khảo sát sự ảnh hưởng của vi sóng đến sự hình thành của vật liệu sắtmaltodextrin.

2


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Vai trò của sắt và hội chứng thiếu máu do thiếu sắt
1.1.1. Vai trò của sắt và quá trình hấp thụ sắt
1.1.1.1. Vai trò của sắt đối với cơ thể người
Sắt là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho mọi sinh vật. Nó tham gia vào quá
trình vận chuyển oxy, tổng hợp DNA, xúc tác, chuyển hóa năng lượng… [1,2]. Trong
cơ thể người, khoảng 70% sắt tồn tại trong các phân tử hemoglobin (Hb) của tế bào hồng
huyết cầu có chức năng vận chuyển oxi. Mỗi phân tử Hb có chứa 4 nguyên tử sắt ở dạng
hem (Fe2+) [3]. Cấu tạo của hem và hemoglobin được đưa ra ở Hình 1.1.

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].

Hình 1.2. Cơ chế hấp thụ, vận chuyển và dự trữ sắt trong cơ thể
Sự hấp thụ sắt cũng bị ảnh hưởng đáng kể bởi sự có mặt của các chất khác có
trong thực phẩm hoặc dược phẩm. Chẳng hạn, vitamin C làm tăng khả năng hấp thụ
cả dạng sắt(II) và sắt(III), các chất như phytate, tannin có tác dụng ức chế sự hấp thụ
sắt(III), còn canxi có ảnh hưởng tiêu cực đến sự hấp thụ dạng sắt(II). Do vậy, việc kết
hợp sử dụng các loại thực phẩm và dược phẩm cần được cân nhắc để sự hấp thụ sắt
đạt hiệu quả cao nhất [[4,6]].
1.1.2. Thiếu sắt (ID) và hội chứng thiếu máu do thiếu sắt (IDA)
4


Thiếu sắt là hiện tượng thiếu dinh dưỡng phổ biến nhất trên thế giới. Theo Tổ
chức Y tế Thế giới (WHO), ID ảnh hưởng đến khoảng 80% dân số thế giới. Thiếu sắt
có liên quan mật thiết đến điều kiện sống và hiện tượng này phổ biến ở các nước đang
phát triển, nơi mà điều kiện về kinh tế và chăm sóc sức khỏe còn hạn chế [2].
Thiếu sắt có thể được chia thành ba mức độ là thiếu sắt dự trữ, tiền thiếu sắt
và thiếu máu do thiếu sắt.
- Thiếu sắt dự trữ: Nếu chế độ ăn bị thiếu sắt, thì lượng sắt dự trữ trong cơ thể
sẽ được sử dụng để đảm bảo mọi chức năng của cơ thể. Trong giai đoạn này, nồng độ
Hb vẫn ở mức bình thường chỉ có lượng sắt dự trữ bị giảm xuống [8,9].
- Tiền thiếu sắt: Lượng sắt dự trữ bị giảm xuống đến mức mà việc sản xuất hồng
cầu của cơ thể gặp nhiều khó khăn. Do đó, trong giai đoạn này, không những lượng sắt
dự trữ bị giảm xuống mà lượng sắt tuần hoàn trong máu cũng bắt đầu giảm [9,10].
- Thiếu máu do thiếu sắt (IDA): Giai đoạn cao hơn của sự suy giảm sắt là
lượng sắt trong cơ thể không còn đáp ứng đủ cho việc tạo Hb và do đó, sự hình thành
các tế bào hồng huyết cầu trở nên mất cân đối. IDA là hiện tượng có quá ít hồng huyết
cầu để vận chuyển oxi. Các tế bào hồng cầu cũng trở nên nhỏ hơn bình thường do
lượng hàm lượng Hb quá thấp [8].
1.1.3. Hậu quả của thiếu máu do thiếu sắt
1.1.3.1. Sự phát triển nhận thức

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

thấy, có một mối liên hệ mật thiết giữa thiếu sắt và khả năng làm việc [4]. Nghiên
cứu [11] cho thấy khi tăng nồng độ Hb lên 10g/l sẽ gia tăng hiệu quả làm việc lên 14
%. Nghiên cứu [2] cũng chỉ ra, hiệu suất làm việc tăng lên khi các công nhân sản xuất
chè và cao su được điều trị bệnh thiếu máu do thiếu sắt. Ảnh hưởng của IDA đến khả
năng làm việc là do giảm khả năng vận chuyển oxi và oxi hóa tế bào bởi sự thiếu sắt
ở các mô [1].
1.1.3.4. Khả năng sinh sản
Trong các nghiên cứu [8,9], các tác giả chỉ ra mối liên hệ chặt chẽ giữa tỉ lệ tử
vong ở sản phụ với IDA. Các nghiên cứu [2,10]cũng cho thấy, tỉ lệ này tăng lên với
sự giảm của nồng độ Hb. Theo tác giả , IDA có ảnh hưởng tiêu cực đến phụ nữ mang
thai như gây ra hiện tượng thiếu oxi trong máu dẫn đến stress. Ở các sản phụ thiếu
sắt, thai nhi thường nhẹ cân và chậm phát triển [6,9].
1.1.3.5. Sự hấp thụ các kim loại nặng
6


Một hệ quả khác của IDA là làm tăng khả năng hấp thụ kim loại nặng, dẫn đến
hiện tượng nhiễm độc các kim loại này. IDA có mối quan hệ mật thiết với khả năng
hấp thụ kim loại nặng hóa trị II như Pb, Cd, Hg… từ môi trường. Nhiễm độc kim loại
nặng ảnh hưởng rất mạnh đến trẻ nhỏ, do đó việc ngăn chặn IDA là rất quan trọng,
đặc biệt là trong khu vực dễ bị ảnh hưởng bởi kim loại nặng [4,6].
1.1.4. Giải pháp phòng chống thiếu máu do thiếu sắt
Đa dạng hóa bữa ăn, tăng cường vi chất vào thực phẩm, bổ sung sắt và phòng
chống bệnh các bệnh nhiễm trùng, nhiễm ký sinh trùng là các giải pháp được đề xuất
để phòng chống thiếu máu thiếu sắt.
1.1.4.1. Đa dạng hóa bữa ăn
Đa dạng hóa bữa ăn là giải pháp bền vững nhất để cải thiện tình trạng vi chất
của con người. Đa dạng hóa bữa ăn thể hiện qua sự kết hợp các loại thực phẩm khác
nhau làm cho bữa ăn cân đối hơn về giá trị và vi chất dinh dưỡng, đồng thời làm tăng
khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng. Đa dạng hóa bữa ăn đòi hỏi phải có sự thay đổi

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

những cộng đồng có tỷ lệ thiếu máu lớn hơn 20%. Việc bổ sung sắt thường xuyên
được coi là giải pháp hiệu quả để phòng chống IDA [14].
Các dược phẩm và thực phẩm chức năng có thể chứa sắt ở dạng sắt(II) hoặc
sắt(III). Trong đó, một số loại hợp chất sắt(II) thường được sử dụng như sắt sunphat,
sắt gluconat, sắt fumarat… Các hợp chất này có ưu điểm là dễ tổng hợp, giá thành rẻ,
tuy nhiên chúng cũng tạo ra nhiều tác dụng phụ không mong muốn như gây táo bón,
làm hỏng men răng... Sự hấp thụ sắt(II) cũng dễ bị ảnh hưởng bởi các chất ức chế có
trong thức ăn hay từ các loại thuốc khác [6,14-17].
Trong những năm gần đây, các hợp chất sắt(III) như sắt-dextran, sắtpolysaccarit, sắt-polymatose... đang được sử dụng nhiều trong dược phẩm và thực
phẩm chức năng để điều trị IDA. Các chất này có nhiều ưu điểm như độ bền, khả
năng tương thích sinh học, không độc và đặc biệt là không gây các tác dụng phụ.
Chủng loại của chúng cũng khá đa dạng như dạng bột, dạng dung dịch, dạng keo và
có thể sử dụng bằng cách uống hoặc tiêm [17-26].
1.1.4.4. Phòng chống nhiễm khuẩn
Phòng chống các bệnh nhiễm ký sinh trùng, sốt rét và nhiễm trùng cũng là một
trong những giải pháp phòng chống thiếu máu. Nhiễm ký sinh trùng đường ruột gây
tác hại lớn nhất cho cơ thể là chiếm thức ăn. Ngoài ra, chúng còn tiết ra chất độc như
ascaridol, chất ức chế men pepsin, cathepsin và chymotrypsin của vật chủ gây chán
ăn, rối loạn tiêu hóa.

8


Nhiễm trùng làm giảm sự phát triển của cơ thể qua sự phá hủy các tuyến nhầy
của dạ dày và ruột, dẫn tới hấp thu kém các thực phẩm cũng như các vi chất dinh
dưỡng. Nhiễm trùng cũng sẽ làm giảm cảm giác ngon miệng khi ăn, từ đó dẫn đến
tình trạng kém ăn và hậu quả là gây ra hiện tượng thiếu vi chất dinh dưỡng.
Ngoài ra, sốt rét được biết đến như là nguyên nhân gây thiếu máu do phân hủy
hồng cầu. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, có sự liên quan chặt chẽ giữa IDA
và tình trạng nhiễm ký sinh trùng sốt rét [4,6,8-14,27].

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),

điheteroglycan (agars, alginate, carrageenans) và triheteroglycans (xanthan, gellan,
arabinoxylan). Ngoài ra, dựa trên điện tích, polysaccarit có thể được phân chia thành
polysaccarit trung hòa (amylose, amylopectin, cellulose, guar gum), polysaccarit tích
điện âm (alginates, carrageenans, gellan, gum arabic, xanthan) và polysaccarit tích
điện dương (chitosan) [31-33].
Polysaccarit có vai trò rất quan trọng đối với các sinh vật như cấu tạo nên
màng tế bào, dự trữ năng lượng… Chúng cũng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
như công nghiệp, thực phẩm, y học… Các polysaccarit có thể được sử dụng ở dạng
tự nhiên như tinh bột, xelulozơ, chitin… hoặc được biến tính để tạo thành các sản
phẩm có nhiều tính năng khác nhau như dextrin, chitosan... [30,32,33]
Các polysaccarit tự nhiên có thể được biến tính bằng phương pháp hóa học
như bởi axit, kiềm... hoặc bằng phương pháp sinh học như bởi các enzym thành nhiều
loại polysaccarit biến tính khác nhau có nhiều ứng dụng trong thực tế [34].
1.2.3. Đương lượng đường khử
Đương lượng đường khử DE (dextrose equivalent) là một đại lượng được sử
dụng để xác định mức độ thủy phân hoặc polyme hóa của polysaccarit. DE là thước
đo, biểu thị khả năng khử của đường tương đương với khối lượng D-glucozơ trong 1
g cacbonhyđrat khô và được tính theo đơn vị phần trăm. Giá trị DE tỉ lệ nghịch với
khối lượng phân tử và mức độ polyme hóa của polysaccarit. Ví dụ, giá trị DE của
glucozơ là 100, của maltose là 52 và của tinh bột gần như bằng 0 [31].

10


Giá trị DE là một thông số quan trọng trong công nghiệp thực phẩm để phân
loại và lựa chọn sử dụng các polysaccarit, đặc biệt là các polysaccarit biến tính như
dextrin, maltodextrin... [29].
1.2.4. Một số polysaccarit có nguồn gốc ngũ cốc
1.2.4.1. Tinh bột
Tinh bột được thực vật tạo ra trong tự nhiên trong các quả, củ, ngũ cốc. Cùng

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

tử tinh bột bằng cách thủy phân liên kết α-1,4-glicozit. Đặc trưng của phản ứng này
là độ nhớt giảm nhanh và sinh ra đường.

Hình 1.5. Phản ứng thủy phân của tinh bột
12


Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể bị oxi hóa tạo thành các nhóm
cacbonyl hoặc cacboxyl. Quá trình oxi hóa thay đổi tùy thuộc vào tác nhân oxi hóa
và điều kiện tiến hành phản ứng. Quá trình oxi hóa tinh bột trong môi trường kiềm
bằng hypoclorit là một trong những phản ứng hay dùng, thường tạo ra nhóm cacboxyl
trên tinh bột và lượng nhỏ nhóm cacbonyl. Quá trình này còn làm giảm chiều dài
mạch tinh bột và tăng khả năng hòa tan trong nước [32].
1.2.4.2. Maltodextrin (MDEX)
Theo định nghĩa của Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ
(FDA) thì maltodextrin là các loại polysaccarit không ngọt, có công thức
(C6H10O5).nH2O, là sản phẩm thủy phân tinh bột không hoàn toàn, có DE từ 3 đến
20. Đặc tính của maltodextrin phụ thuộc vào chỉ số DE của chúng. Sản phẩm có thể
ở dạng bột màu trắng hoặc dạng dung dịch đậm đặc. Maltodextrin được công nhận là
phụ gia an toàn đối với thực phẩm và dược phẩm cho người dùng [32].
Maltodextrin bao gồm một hỗn hợp của polysaccarit, chủ yếu là D-glucozơ,
maltose và một loạt các oligosaccarit và do đó, khối lượng phân tử là một khoảng giá
trị biến đổi rộng.
Maltodextrin thường được phân loại theo giá trị DE. Sản phẩm có DE lớn
thể hiện sự chuyển đổi thủy phân cao hơn và có khối lượng phân tử trung bình
thấp hơn so với sản phẩm có DE nhỏ. Các tính chất đặc trưng của maltodextrin
được cho là tương quan với DE và dựa vào DE có thể xác định các ứng dụng của
chúng. Ví dụ, sản phẩm có DE từ 4-7 được sử dụng để tạo màng mỏng dễ tan và
tự hủy, dùng để bọc kẹo, bọc trái cây khi bảo quản, làm phụ gia cho kem và các
loại nước sốt, làm chất độn tạo viên trong công nghiệp dược. Sản phẩm có DE từ

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

phân li thành ion, khả năng tương thích sinh học tốt, không độc và không gây tác
dụng phụ cho người sử dụng [39-41]. Do đó, loại vật liệu này thu hút được sự quan
tâm của nhiều nhà khoa học [36-40]. Các nghiên cứu tập trung vào tổng hợp các vật
liệu từ nhiều các polysaccarit khác nhau như từ tinh bột sắn, tinh bột khoai tây, từ
dextrin, dextran, maltodextrin... nhằm tạo ra nhiều sản phẩm để đáp ứng các mục đích
sử dụng khác nhau. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu các đặc trưng và tính chất của các
vật liệu này cũng được nhiều công trình đề cập tới.
Trong mục này, cấu trúc, tính chất và phương pháp tổng hợp một số vật liệu
sắt-polysaccarit sẽ được thảo luận.
14


1.3.1. Sự hình thành và cấu trúc của vật liệu sắt-polysaccarit
Hầu hết các công trình nghiên cứu đều cho rằng vật liệu tồn tại ở trạng thái
không ion, gồm các hạt nano hình cầu có cấu trúc lõi-vỏ. Phần lõi là các hạt nano oxihiđroxit sắt (FeOOH) và phần vỏ là các phân tử polysaccarit [15,43]. Tuy được nhiều
nhà khoa học quan tâm nghiên cứu [15,16,43-47] nhưng sự hình thành và cấu trúc
của loại vật liệu này vẫn chưa được hiểu biết chi tiết. Cho đến nay, có rất ít các tài
liệu chứng minh cụ thể cấu trúc lõi-vỏ của vật liệu.
Trước hết, oxi-hiđroxit sắt được hình thành từ quá trình thủy phân của muối
sắt(III) do nhiệt độ, do pha loãng hoặc do tác dụng của bazơ. Ban đầu, ion
[Fe(H2O)6]3+ bị thủy phân thành các ion [FeOH(H2O)5]2+, [Fe(OH)2(H2O)4]+... đơn
nhân. Sau đó, các ion này hình thành Fe(OH)3(H2O)3 đa nhân và cuối cùng chuyển
thành dạng FeOOH cũng ở dạng đa nhân. Đây là dạng hợp chất của sắt không tan
trong nước. Chúng chỉ tan khi được làm bền bởi các tác nhân có khả năng phối trí và
ưa nước [15,16,44,45].
Các phân tử polysaccarit có nhiều nhóm hyđroxyl (-OH) hoặc cacboxyl (nếu
được oxi hóa) nên rất phù hợp cho việc làm bền các hạt FeOOH trong dung dịch. Các
nhóm chức này sẽ phối trí với bề mặt của các hạt nano oxi-hiđroxit sắt và làm cho
chúng bền trong dung dịch. Sự tương tác này được tăng cường trong môi trường có
giá trị pH cao bởi vì các nhóm -OH bị tách proton để trở thành các nhóm tích điện

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