Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu các đặc trưng cấu trúc và tính chất của vật liệu sắt-maltodextrin

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của Luận văn là nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu sắt-maltodextrin. Xác định các đặc trưng như dạng tồn tại của sắt, kích thước hạt, thành phần nguyên tố, cấu trúc... của vật liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của vi sóng đến sự hình thành vật liệu sắt-maltodextrin. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hoá học: 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 sắt- MDEX 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 sắt- maltodextrin. 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, sắt- polysaccarit, 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