Tổng hợp và xác định các đặc trưng của một số vật liệu sắtpolysaccarit, hướng đến ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và xác định các đặc trưng của một số vật liệu sắtpolysaccarit, hướng đến ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và xác định các đặc trưng của một số vật liệu sắtpolysaccarit, hướng đến ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và xác định các đặc trưng của một số vật liệu sắtpolysaccarit, hướng đến ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và xác định các đặc trưng của một số vật liệu sắtpolysaccarit, hướng đến ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và xác định các đặc trưng của một số vật liệu sắtpolysaccarit, hướng đến ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và xác định các đặc trưng của một số vật liệu sắtpolysaccarit, hướng đến ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và xác định các đặc trưng của một số vật liệu sắtpolysaccarit, hướng đến ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm (Luận án tiến sĩ)
Trang 1BỘ 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
Trang 2
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 cơ
Mã số: 62.44.01.13
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1 PGS.TS Đào Quốc Hương
2 PGS.TS Phan Thị Ngọc Bích
Hà Nội - 2016
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung của luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới
sự hướng dẫn của PGS.TS Đào Quốc Hương và PGS.TS Phan Thị Ngọc Bích Các số liệu, kết quả nêu trong luận án này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào khác
Tác giả luận án
Nguyễn Đình Vinh
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Đào Quốc Hương và PGS.TS Phan Thị Ngọc Bích đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi và động viên tôi hoàn thành bản luận án
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa học, Phòng Quản lý tổng hợp và Phòng Hóa Vô cơ, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành
đề tài luận án
Tôi cũng 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 đã tạo điều kiện
và tận tình giúp đỡ để tôi hoàn thành bản luận án này
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các nhà khoa học, các chuyên gia đã giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiên quí báu liên quan đến luận án
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn ủng
hộ và cổ vũ để tôi hoàn thành tốt luận án của mình
TÁC GIẢ LUẬN ÁN
Nguyễn Đình Vinh
Trang 5MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3
1.1 Oxi-hiđroxit sắt 3
1.1.1 Giới thiệu về oxi-hiđroxit sắt 3
1.1.2 Sự hình thành của oxi-hiđroxit sắt trong dung dịch muối sắt(III) 3
1.1.3 Sự chuyển hóa của các hợp chất oxi-hiđroxit sắt 4
1.2 Tổng quan về polysaccarit 7
1.2.1 Monosaccarit 7
1.2.2 Định nghĩa và phân loại polysaccarit 8
1.2.3 Đương lượng đường khử 9
1.2.4 Một số polysaccarit có nguồn gốc ngũ cốc 9
1.2.4.1 Tinh bột 9
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 và cấu trúc của phức hợp sắt-polysaccarit 15
1.3.2 Tình hình nghiên cứu tổng hợp phức hợp sắt-polysaccarit trên thế giới và ở Việt Nam 18
1.4 Vai trò của sắt và hội chứng thiếu máu do thiếu sắt 19
1.4.1 Vai trò của sắt và quá trình hấp thụ sắt 19
1.4.2 Thiếu sắt (ID) và hội chứng thiếu máu do thiếu sắt (IDA) 21
1.4.3 Hậu quả của thiếu máu do thiếu sắt 22
Trang 61.4.4 Giải pháp phòng chống thiếu máu do thiếu sắt 24
1.5 Ảnh hưởng của một số kim loại nặng và vi khuẩn đến sức khỏe 26
1.5.1 Ảnh hưởng của một số kim loại nặng 26
1.5.2 Ảnh hưởng của một số vi khuẩn 27
1.6 Ứng dụng của vi sóng và sóng siêu âm trong tổng hợp vật liệu 28
1.6.1 Ứng dụng của vi sóng 28
1.6.2 Ứng dụng của sóng siêu âm 29
1.7 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án 30
1.7.1 Mục tiêu của luận án 30
1.7.2 Nội dung của 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 của nhiệt độ 34
2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của anion 34
2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của giá trị pH và tác nhân kiềm 34
2.2.4 Điều chế pha akaganeite với sự hỗ trợ của vi sóng 34
2.2.5 Điều chế pha akaganeite với sự hỗ trợ của sóng siêu âm 34
2.3 Xác định giá trị DE của polysaccarit 34
2.4 Nghiên cứu quy trình tổng hợp phức hợp sắt-polysaccarit từ muối sắt(III) clorua và các polysaccarit 36
2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của giá trị pH 37
2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 38
2.4.5 Điều chế phức hợp sắt-MDEX có hỗ trợ của vi sóng 38
2.4.6 Điều chế phức hợp sắt-MDEX có hỗ trợ của sóng siêu âm 38
Trang 72.5 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 năng 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 sự hình thành pha akaganeite 47
3.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 47
3.1.2 Ảnh hưởng của loại anion 48
3.1.3 Ảnh hưởng của giá trị pH và tác nhân kiềm 52
3.1.4 Một số đặc trưng của akaganeite 54
3.1.5 Tổng hợp akaganeite với sự hỗ trợ của vi sóng 58
3.1.6 Tổng hợp akaganeite với sự hỗ trợ của sóng siêu âm 59
3.1.7 Kết luận về sự hình thành pha akaganeite 61
3.2 Nghiên cứu tổng hợp phức hợp sắt-TBS 63
3.2.1 Ảnh hưởng của giá trị pH 63
3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 65
3.2.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng sắt/TBS 66
3.2.4 Ảnh hưởng của thời gian 67
Trang 83.2.5 Kết luận về sự hình thành phức hợp sắt-TBS 68
3.3 Nghiên cứu tổng hợp phức hợp sắt-TBT 69
3.3.1 Ảnh hưởng của giá trị pH 69
3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 71
3.3.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng sắt/TBT 72
3.3.4 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng 73
3.3.5 Kết luận về sự hình thành phức hợp sắt- TBT 74
3.4 Nghiên cứu tổng hợp phức hợp sắt-DEX 75
3.4.1 Ảnh hưởng của giá trị pH 75
3.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 76
3.4.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng sắt/DEX 78
3.4.4 Ảnh hưởng của thời gian 79
3.4.5 Kết luận về sự hình thành phức hợp sắt-DEX 79
3.5 Nghiên cứu tổng hợp phức hợp sắt-MDEX 80
3.5.1 Ảnh hưởng của giá trị pH 80
3.5.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 82
3.5.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng sắt/MDEX 84
3.5.4 Ảnh hưởng của thời gian 85
3.5.5 Kết luận về sự hình thành phức hợp sắt-MDEX 85
3.6 Một số đặc trưng của các phức hợp sắt-TBS, sắt-TBT, sắt-DEX và 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
Trang 93.6.5 Phổ hấp thụ tử ngoại-khả kiến (UV-Vis) 93
3.6.6 Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) 94
3.6.7 Độ dẫn điện 96
3.6.8 Một số đặc trưng khác hướng đến ứng dụng của phức hợp sắt-MDEX 98
3.6.8.1 Độ bền nhiệt và độ bền theo thời gian của phức hợp 98
3.6.8.2 Độ tan của phức hợp 100
3.6.8.3 Các chỉ tiêu vi khuẩn và hàm lượng kim loại nặng của phức hợp 100
3.7 Tổng hợp phức hợp sắt-MDEX có hỗ trợ của vi sóng 102
3.8 Tổng hợp phức hợp sắt-MDEX có hỗ trợ của sóng siêu âm 103
3.9 Kết luận về sự hình thành bốn phức hợp sắt-polysaccarit từ muối sắt(III) clorua với TBS, TBT, DEX và MDEX 105
3.10 Những điểm mới của luận án 106
KẾT LUẬN CHUNG 108
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
Trang 10DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Cấu trúc của akaganeite 6
Hình 1.2 Cấu tạo của glucozơ 8
Hình 1.3 Cấu trúc chuỗi của phân tử amylozơ 10
Hình 1.4 Cấu trúc phân nhánh của amylopectin 10
Hình 1.5 Phản ứng thủy phân của 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 của hem và của Hb 20
Hình 1.11 Cơ chế hấp thụ, vận chuyển và dự trữ sắt trong cơ thể 21
Hình 2.1 Sơ đồ điều chế pha akaganeite 33
Hình 3.1 Giản đồ XRD của các mẫu ở các nhiệt độ khác nhau 47
Hình 3.2 Ảnh SEM của mẫu hình thành ở các nhiệt độ 70oC và 90oC 48
Hình 3.3 Giản đồ XRD của các mẫu với sự có mặt của các anion khác nhau 49
Hình 3.4 Ảnh SEM của mẫu hình thành từ dung dịch muối sắt(III) chứa anion NO3-, SO42-, Cl-, NO3-/Cl- 50
Hình 3.5 Phổ EDX của mẫu hình thành từ dung dịch FeCl3 51
Hình 3.6 Giản đồ XRD của các mẫu với các tác nhân kiềm và giá trị pH khác nhau 52
Hình 3.7 Ảnh SEM của các mẫu có tác nhân kiềm khác nhau ở pH 3,0 54
Hình 3.8 Phổ FT-IR của mẫu akaganeite 55
Hình 3.9 Giản đồ TGA-DTA của mẫu akaganeite 56
Hình 3.10 Ảnh TEM của mẫu akaganeite 57
Hình 3.11 Giản đồ XRD của mẫu hình thành với sự hỗ trợ của vi sóng 58
Trang 11Hình 3.12 Ảnh SEM của mẫu hình thành với sự hỗ trợ của vi sóng 58
Hình 3.13 Phổ EDX của mẫu hình thành với sự có mặt của vi sóng 59
Hình 3.14 Giản đồ XRD của mẫu hình thành với sự hỗ trợ của sóng siêu âm 60
Hình 3.15 Ảnh SEM của mẫu hình thành dưới các điều kiện không có sóng siêu âm và có sóng siêu âm 60
Hình 3.16 Phổ EDX của mẫu hình thành với sự có mặt của sóng siêu âm 61
Hình 3.17 Giản đồ XRD của phức hợp sắt-TBS ở các pH khác nhau 63
Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hàm lượng sắt vào giá trị pH 64
Hình 3.19 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất tổng hợp vào giá trị pH 64
Hình 3.20 Giản đồ XRD của phức hợp sắt-TBS ở các nhiệt độ khác nhau 65
Hình 3.21 Giản đồ XRD của phức hợp sắt-TBT ở các pH khác nhau 69
Hình 3.22 Sự phụ thuộc của hàm lượng sắt vào giá trị pH 70
Hình 3.23 Sự phụ thuộc của hiệu suất tổng hợp vào giá trị pH 71
Hình 3.24 Giản đồ XRD của phức hợp sắt-TBT ở các nhiệt độ khác nhau 71
Hình 3.25 Giản đồ XRD của phức hợp sắt-DEX ở các pH khác nhau 75
Hình 3.26 Giản đồ XRD của phức hợp sắt-DEX ở các nhiệt độ khác nhau 77
Hình 3.27 Giản đồ XRD của phức hợp sắt-MDEX ở các pH khác nhau 80
Hình 3.28 Sự phụ thuộc của hàm lượng sắt vào giá trị pH 81
Hình 3.29 Sự phụ thuộc của hiệu suất tổng hợp vào giá trị pH 82
Hình 3.30 Giản đồ XRD của phức hợp sắt-MDEX ở các nhiệt độ khác nhau 83
Hình 3.31 Phổ hổng ngoại của các phức hợp 87
Hình 3.32 Ảnh SEM của các polysaccarit và các phức hợp 89
Hình 3.33 Ảnh SEM của mẫu thu được bằng phương pháp khuấy trộn akaganeite với dung dịch MDEX 90
Hình 3.34 Ảnh TEM của phức hợp sắt-MDEX và sắt-DEX 91
Trang 12Hình 3.35 Giản đồ TGA-DTA của các phức hợp 92
Hình 3.36 Phổ UV-Vis của các dung dịch phức hợp 94
Hình 3.37 Phổ EDX của các phức hợp 95
Hình 3.38 Độ dẫn điện của các phức hợp 97
Hình 3.39 Giản đồ XRD của mẫu được gia nhiệt ở 150 và 600oC 98
Hình 3.40 Ảnh SEM của mẫu ở các nhiệt độ khác nhau 99
Hình 3.41 Giản đồ XRD của mẫu phức hợp sau khi tổng hợp 12 tháng 100
Hình 3.42 Giản đồ XRD của phức hợp sắt-MDEX với sự hỗ trợ của vi sóng 103
Hình 3.43 Ảnh SEM của phức hợp sắt-MDEX với sự hỗ trợ của vi sóng 103
Hình 3.44 Giản đồ XRD của mẫu sắt-MDEX với sự hỗ trợ của siêu âm 104
Hình 3.45 Ảnh SEM của mẫu sắt-MDEX với sự hỗ trợ của siêu âm 104
Trang 13DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Sự chuyển hóa của một số oxi-hiđroxit sắt 5 Bảng 2.1 Các hóa chất sử dụng trong luận án 32 Bảng 2.2 Giá trị DE 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 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 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 với tỉ lệ khối lượng sắt/MDEX khác nhau 84 Bảng 3.13 Hàm lượng sắt trong phức hợp sắt-MDEX với thời gian phản ứng khác nhau 85
Trang 14Bảng 3.14 Thành phần nguyên tố của các mẫu phức hợp 96
Bảng 3.15 Độ dẫn điện của một số dung dịch 97
Bảng 3.16 Độ tan của phức hợp trong nước 100
Bảng 3.17 Các chỉ tiêu vi sinh vật của phức hợp 101
Bảng 3.18 Hàm lượng các kim loại nặng của phức hợp 102
Trang 15DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
IDA (Iron Defieciency Anemea) Thiếu máu do thiếu sắt
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
FT-IR (Fourier Transform Infrared
Trang 16Luận án đủ ở file: Luận án full