CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ 3-MONOCLOROPROPAN-1,2-DIOL (3-MCPD) 1. Tính chất lý hóa và cấu trúc hóa học của 3-MCPD 3-MCPD thuộc nhóm hóa chất gây độc có tên gọi chung là các cloropropanol, có công thức phân tử là C3H7ClO2, khối lượng phân tử là 110,5; khối lượng riêng d = 1,32 kg/l. Nhóm cloropropanol gồm có 4 dẫn xuất thường gặp: 1,3-dicloro-2- propanol (1,3-DCP); 2-monocloropropan-1,3-diol (2-MCPD); 2,3-dicloro-2- propanol (2,3-DCP); và 3-monocloropropan-1,2-diol (3-MCPD).
Trong đó, 3- MCPD còn có tên gọi khác là alpha-monoclorohydrin, đây là một phân tử không đối xứng, tồn tại dưới dạng hỗn hợp racemic của 2 đồng phân dạng R và S (hàm lượng của hai đồng phân đối quang này là 50:50) [100]. Ở trạng thái tinh khiết, 3-MCPD là một chất lỏng hầu như không bay hơi, có điểm sôi từ 114 - 120oC ở điều kiện áp suất giảm (14 mmHg). 3-MCPD tan tốt trong nhiều loại dung môi hữu cơ như ethanol, ether và tan được trong nước [105]. Tính ổn định của 3-MCPD phụ thuộc vào pH và nhiệt độ môi trường, pH càng lớn (tính kiềm) và nhiệt độ càng cao (gia nhiệt) thì tỉ lệ 3-MCPD bị phân hủy càng nhiều.
Ngược lại, ở nhiệt độ thấp và môi trường acid thì chất này càng bền vững [100]. Cấu trúc hóa học của các dẫn xuất cloropropanol được trình bày trong hình 1. Cl OH OH Cl | | | | CH CH CH CH * * H2 C CH2 H 2C CH2 H 2C CH2 H2 C CH2 | | | | | | | | OH OH OH Cl Cl Cl OH Cl 2-monocloropropan- 3-monocloropropan- 1,3-dicloro-2-propanol 2,3-dicloro-1-propanol 1,3-diol 1,2-diol (1,3-DCP) (2,3-DCP) (2-MCPD) (3-MCPD) Hình 1. Công thức hóa học của các dẫn xuất cloropropanol.
Hấp thu, phân bố, chuyển hóa và thải trừ. Các nghiên cứu trên chuột cống và chuột nhắt cho thấy 3-MCPD được hấp thu nhanh chóng qua đường tiêu hóa, phân bố trong nhiều mô của cơ thể và sau đó tích lũy trong các cơ quan đích, đặc biệt là tinh hoàn [24]. Một nghiên cứu gần đây của Xiao và cộng sự (2003) trên chuột cống cũng cho thấy sau khi uống một liều duy nhất, 3-MCPD được hấp thu tốt vào máu và phân bố chủ yếu ở tinh hoàn và thận. Có khoảng 10% 3-MCPD đào thải nguyên vẹn trong nước tiểu, như vậy có thể 3- MCPD được chuyển hóa chủ yếu ở gan [108].
Một nghiên cứu khác của Jones (1978) tiến hành trên chuột cống được tiêm phúc mạc 3-MCPD và nhận thấy có khoảng 30% 3-MCPD đào thải ở dạng chuyển hóa thành CO2 qua hô hấp và khoảng 8,5% đào thải nguyên vẹn trong nước tiểu, nhưng tác giả không nhận thấy có sự tích lũy có chọn lọc của 3-MCPD trên các mô [48]. 3-MCPD được giải độc bởi sự liên kết với glutathion tạo ra sản phẩm S-(2,3- dihydroxypropyl) cystein và N-acetyl-S-(2,3-dihydroxypropyl) cystein (Jones, 1975) [52]. Ngoài ra, 3-MCPD cũng bị oxy hóa thành acid beta-clorolactic và acid oxalic [51],[65]. Sự hình thành độc tố 3-MCPD 3-MCPD được hình thành do kết quả của quá trình phản ứng giữa chất béo (triglycerid) với một nguồn có chứa Cl- trong thực phẩm (ví dụ: muối ăn, hay acid hydrocloric) hoặc phản ứng với một thành phần nào đó trong thực phẩm dưới sự xúc tác của nhiệt độ (chiên, nướng, …).
Tuy nhiên, tùy loại thực phẩm cũng như thời gian, nhiệt độ chế biến mà lượng 3-MCPD được tạo ra là nhiều hay ít. Tóm lại, về lý thuyết thì tất cả những chất nào hội tụ đủ 3 điều kiện: “có chứa thành phần Cl- + chất béo + nhiệt” đều có thể sản sinh ra 3-MCPD. Ngoài ra, quá trình thủy phân protein thực vật bằng acid hydrocloric (HCl) trong sản xuất nước tương còn là nguồn phổ biến tạo ra độc tố 3-MCPD [99]. Trong nguyên liệu sản xuất nước tương có hai thành phần chính là protein và chất béo từ bánh dầu đậu phộng (hoặc bã đậu nành).
Khi nấu ở nhiệt độ trên 100oC, phản ứng thủy phân xảy ra làm phân giải các mạch protein thành các acid amin, đồng thời chất béo cũng được thủy phân thành 6 glycerol và acid béo. Sau đó, glycerol tham gia phản ứng thế với gốc Cl- của HCl tạo thành 3-MCPD và 1,3-DCP. CH2-O-COR H2O CH2-OH OH CH-O-COR CH-OH + 3R CH2-OCOR H+ CH2-OH O (Triglycerid) (Glycerol) (Acid béo) Cl- CH2-OH CH2-Cl CH-OH CH-OH CH2-Cl CH2-Cl (3-MCPD) (1,3-DCP) Sơ đồ 1. Sự hình thành độc tố 3-MCPD 1.
Các sản phẩm chứa 3-MCPD Trong một nghiên cứu của Velisek (2000) trên các sản phẩm được chế biến trong môi trường acid kèm sự hiện diện của gốc Cl- (NaCl) ở nhiệt độ cao hoặc có hạn dùng dài trong điều kiện bình thường, cho thấy phần lớn đều có sự hình thành 3- MCPD (Bảng 1. Mặc dù hàm lượng 3-MCPD hiện diện ở mức thấp, tuy nhiên điều này giúp cảnh báo cho các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam, cần phải lưu tâm hơn đến công nghệ chế biến thực phẩm và theo dõi hàm lượng 3- MCPD trên những sản phẩm khác, không chỉ riêng nước tương [100]. Khảo sát hàm lượng 3-MCPD trong một số thực phẩm ở nước Anh [100] Thực phẩm Hàm lượng cao nhất (mg/kg) Số mẫu có 3-MCPD/số mẫu phân tích Bánh quy 0,032 4/12 Bánh quy mặn 0,13 16/17 Bánh mì 0,049 14/30 Bánh nướng 0,088 14/17 Thịt hộp 0,042 6/15 7 Thực phẩm Hàm lượng cao nhất (mg/kg) Số mẫu có 3-MCPD/số mẫu phân tích Xúc xích 0,069 9/20 Phô-mai 0,031 4/30 Cá khô 0,081 4/6 1. Giới hạn cho phép về nồng độ 3-MCPD Tiêu chuẩn về nồng độ 3-MCPD cho phép ở một số nước Trước đây các chuyên gia về thực phẩm của liên minh Châu Âu gợi ý rằng 3- MCPD phải ở mức không thể phát hiện được bằng phương pháp phân tích hiện đại nhất (có nghĩa là “3-MCPD không được tồn tại trong thực phẩm”).
Tuy nhiên, sau khi những nghiên cứu mới nhất được công bố, các chuyên gia này đã khuyến cáo mức sử dụng tối đa hằng ngày là 0,002 mg/kg thể trọng [97]. Nhìn vào bảng 1.2, chúng ta có thể thấy quy định ở Anh quốc, liên minh Châu Âu và kể cả Malaysia là chặt chẽ nhất, chỉ cho phép 3-MCPD tối đa 0,01 mg/kg và 0,02 mg/kg nước tương, trong khi đó một số nước khác con số này gấp 10 lần. Nồng độ tối đa 3-MCPD/nước tương cho phép ở một số quốc gia [97] Nồng độ tối đa 3-MCPD cho phép trong Quốc gia 1 kg nước tương Canada, Phần Lan, Áo, Các tiểu vương quốc Ả-rập 1 mg/kg 1 mg/kg cho 3-MCPD và Mỹ 0,05 mg/kg cho 1,3-DCP 0,2 mg/kg cho 3-MCPD và Úc và New Zealand 0,005 mg/kg cho 1,3-DCP Liên minh Châu Âu, Hà Lan, Hy Lạp, Bồ Đào Nha, 0,02 mg/kg Malaysia, Thụy Điển Anh quốc 0,01 mg/kg Cơ sở để đưa ra các số liệu trên • Dựa vào liều tối đa cho phép cơ thể dung nạp trên một ngày: cho đến nay FAO/WHO khuyến cáo liều tối đa cho phép cơ thể có thể dung nạp 3-MCPD là 2 microgam/kg thể trọng (0,002 mg/kg), hay một người cân nặng 50kg có thể thu nạp tối đa 0,1 mg 3-MCPD/ngày. Con số 0,002 mg/kg này là dựa trên kết quả nghiên 8 cứu ở chuột, cho thấy liều thấp nhất có thể gây độc cho chuột là 1,1 mg/kg [97].
Sau đó con số này được chia cho một hệ số chuyển đổi giữa các loài sinh vật khác nhau (chuột và người), và các nhà khoa học đã đưa ra hệ số 500. Mức 0,002 mg/kg thể trọng được gọi là mức thu nạp có thể chấp nhận được mỗi ngày (tolerable daily intake, TDI), chặt chẽ hơn phải gọi là định mức tạm thời cho phép cơ thể thu nạp mỗi ngày (provisional maximum tolerable daily intake, PMTDI), bởi vì chưa có số liệu nghiên cứu cụ thể trên người, chỉ là ước tính từ chuột. • Dựa trên tổng lượng nước tương tiêu thụ trung bình mỗi ngày: mỗi quốc gia cần phải tiến hành nghiên cứu khảo sát xem người dân của mình hiện đang thu nạp mức 3-MCPD và tiêu thụ sản phẩm nước tương trung bình bao nhiêu trên một ngày (dựa trên các sản phẩm nước tương hiện lưu hành); ngoài ra họ phải tính toán đến số lượng một người dùng tối đa trong một ngày là bao nhiêu (bảng 1. Mức độ tiêu thụ 3-MCPD mỗi ngày của người dân ở một số quốc gia [97] Mức tiêu thụ trung bình Mức tiêu thụ cao nhất Quốc gia (mg/người/ngày) (mg/người/ngày) 0,4 (khoảng 10% dân số) Úc 0,2 9,3 (khoảng 5% dân số) Nhật 0,54 1,1 (khoảng 5% dân số) Mỹ 0,1 0,29 (khoảng 10% dân số) Bảng 1.3 cho thấy người Nhật thu nạp 3-MCPD mỗi ngày cao hơn so với Úc và Mỹ, trong đó có khoảng 5% dân số Nhật tiêu thụ ở mức 1,1 mg 3-MCPD/ngày.
Như vậy, nếu tính trên mức cho phép thu nạp 3-MCPD mỗi ngày (0,002 mg/kg), và với một người trung bình (60kg) thì liều 3-MCPD tối đa cho phép mỗi ngày là 0,12 mg (60 x 0,002). Vậy người dân Nhật trung bình đã tiêu thụ vượt ngưỡng quy định khoảng 4,5 lần. Con số này sẽ vượt mức rất nhiều lần nếu tính riêng cho từng cá thể, thí dụ như trẻ em, hoặc những người ăn chay trường, sử dụng nhiều nước tương. Ở Việt nam, quy định về vệ sinh an toàn thực phẩm đã giới hạn hàm lượng tối đa cho phép sự hiện diện của 3-MCPD trong 1 kg nước tương là 1 mg/kg.
Quy định này được cho là an toàn sức khoẻ cho người tiêu dùng [9]. CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘC TÍNH CỦA 3-MCPD TRÊN THẾ GIỚI 1. Nghiên cứu độc tính cấp Nghiên cứu xác định liều gây chết LD50 của 3-MCPD được thực hiện trên chuột nhắt ICR. - Các bước tiến hành: Bước 1: cho các lô chuột uống 3-MCPD với liều khác nhau 130,25; 150; 172,75; 198,95; 229,13; 263,88 and 303,91 mg/kg.
Bước 2: theo dõi đánh giá số lượng chuột sống chết ở các lô trong 14 ngày. Bước 3: tính liều gây chết LD50 theo phương pháp Karber cải tiến - Kết quả: LD50 trên chuột nhắt của 3-MCPD là 190 mg/kg [80]. Đánh giá độc tính trên thần kinh trung ương Nghiên cứu đánh giá tác động của 3-MCPD trên thần kinh trung ương được thực hiện trên chuột cống. - Các bước tiến hành: Bước 1: cho chuột phơi nhiễm 3-MCPD ngắn ngày (1-9 ngày) ở liều 25, 50, hoặc 100 mg/kg.
Liều cao 250-1000 mg/kg quan sát tác động trong 24 giờ. Bước 2: chụp cắt lớp não chuột cống để phát hiện tổn thương cơ quan thần kinh sau thời gian phơi nhiễm. - Kết quả: 3-MCPD gây nhiều tổn thương trên chất xám, trải dài từ vỏ não cho đến tủy sống, làm tăng thể tích nước trong bào tương, gây phù các tế bào hình sao. Khi tiêm phúc mạc 3-MCPD (dạng racemic) trên chuột đực chủng BALB ở các liều 25, 50, hoặc 100 mg/kg mỗi ngày cho đến 5 ngày thì các chuột nhận ba liều hàng ngày 100 mg/kg đã chết và có tổn thương lan rộng riêng biệt ở vùng chất xám, từ vỏ não đến tủy sống.