Tổng quan nghiên cứu

Vấn đề an toàn vệ sinh thực phẩm luôn là mối quan tâm hàng đầu của toàn xã hội khi ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng. Theo báo cáo của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO), ước tính có khoảng 25% tổng sản lượng ngũ cốc trên toàn cầu bị nhiễm độc tố nấm mốc (mycotoxin). Tại Việt Nam, số liệu thống kê từ Cục An toàn thực phẩm cho thấy tình hình ngộ độc thực phẩm diễn biến phức tạp: năm 2010 toàn quốc xảy ra 175 vụ với 5.664 người mắc và 42 ca tử vong; năm 2012 ghi nhận 168 vụ với 5.541 người mắc và 34 trường hợp tử vong. Riêng trong 9 tháng đầu năm 2013, cả nước đã có 108 vụ ngộ độc khiến hơn 2.800 người mắc và 18 người tử vong.

Trong các loại độc tố nấm mốc, Ochratoxin A (OTA) và Ochratoxin B (OTB) sinh ra từ các chủng nấm Aspergillus ochraceus và Penicillium verrucosum là mối nguy đặc biệt nguy hiểm do khả năng gây ung thư, tổn thương gan thận và tích lũy âm thầm qua chuỗi thức ăn. Một nghiên cứu khảo sát trên 123 mẫu ngô tại Hà Giang cho thấy có tới 50 mẫu (chiếm 40,7%) phát hiện nhiễm OTA, trong đó 2 mẫu (chiếm 1,6%) vượt quá ngưỡng cho phép.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là xây dựng và thẩm định quy trình phân tích đồng thời Ochratoxin A và B trong thực phẩm trên hệ thống sắc ký lỏng hai lần khối phổ (LC-MS/MS), đồng thời tối ưu hóa kỹ thuật xử lý mẫu bằng chiết pha rắn (SPE). Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Kiểm nghiệm An toàn vệ sinh thực phẩm Quốc gia trong năm 2013, tập trung trên các nền mẫu nông sản (ngô, lạc, đỗ, gạo) và rượu lên men thu thập tại Hà Nội, Bắc Giang, Thanh Hóa và Nghệ An. Kết quả nghiên cứu cung cấp công cụ phân tích có giá trị pháp lý cao, đáp ứng yêu cầu kiểm soát dư lượng theo quy định của Bộ Y tế với giới hạn tối đa cho phép là 0,5 µg/kg đối với thực phẩm trẻ em và 5 µg/kg đối với ngũ cốc nguyên hạt.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hai nền tảng lý thuyết phân tích công nghệ cao:

Thứ nhất là lý thuyết sắc ký lỏng hiệu năng cao pha đảo (RP-HPLC). Quá trình phân tách các cấu tử dựa trên sự phân bố vi phân liên tục giữa pha tĩnh không phân cực (cột silica liên kết octadecyl C18) và pha động phân cực gồm hỗn hợp dung dịch đệm muối và dung môi hữu cơ. Ochratoxin là hợp chất có độ phân cực trung bình, mang tính axit yếu với hai giá trị hằng số phân ly axit pKa1 từ 4,2 đến 4,4 và pKa2 từ 7,0 đến 7,3. Khi tương tác với pha tĩnh C18, các phân tử chất tan được lưu giữ và rửa giải tuần tự dựa trên mức độ kỵ nước của khung phân tử.

Thứ hai là lý thuyết ion hóa phun điện tử (ESI) kết hợp khối phổ hai lần ba tứ cực (Triple Quadrupole MS/MS). Dưới điện trường cao và dòng khí nitơ hỗ trợ bay hơi dung môi, các giọt chất lỏng mang điện tích tạo thành các ion phân tử tự do ở thể khí. Thiết bị vận hành ở chế độ phân mảnh va chạm cảm ứng (CID) trong buồng va chạm Q2, cho phép chọn lọc chính xác ion mẹ tại Q1 và các ion con đặc trưng tại Q3 theo tỷ số khối trên điện tích (m/z).

Các khái niệm then chốt trong nghiên cứu bao gồm: độc tố mycotoxin nhóm IIB (chất có tiềm năng gây ung thư theo Tổ chức Nghiên cứu Ung thư Quốc tế IARC), giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ thu hồi (Recovery) và chế độ quan trắc đa phản ứng ion (MRM).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quá trình khảo sát trên hệ thống thiết bị phân tích hiện đại tại phòng thí nghiệm trọng điểm thuộc Viện Kiểm nghiệm An toàn vệ sinh thực phẩm Quốc gia, kết hợp đo đạc 123 mẫu nông sản và đồ uống thực tế.

Phương pháp chọn mẫu: Áp dụng phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên tại các chợ đầu mối và vùng tiêu thụ nông sản thuộc 4 tỉnh thành đại diện (Hà Nội, Bắc Giang, Thanh Hóa, Nghệ An). Khối lượng mỗi mẫu lấy từ 100 g đến 500 g, được đồng nhất hóa cơ học và bảo quản ở điều kiện nhiệt độ tiêu chuẩn trước khi tiến hành chiết xuất.

Phương pháp phân tích: Luận văn sử dụng hệ thống sắc ký lỏng siêu hiệu năng Shimadzu Model 20 AD-UFLC kết nối với đầu dò khối phổ ba tứ cực AB Sciex Triple Quad 5500. Lý do lựa chọn hệ thống này là vì các kỹ thuật truyền thống như ELISA thường gặp hiện tượng dương tính giả do phản ứng chéo, còn sắc ký lỏng với đầu dò huỳnh quang (HPLC-FLD) dễ bị nhiễu nền trên các ma trận mẫu phức tạp chứa nhiều chất béo và protein. Kỹ thuật LC-MS/MS cho phép nhận dạng và định lượng hợp chất ở mức siêu vết với độ chọn lọc tuyệt đối thông qua việc giám sát đồng thời hai cặp chuyển dịch ion mẹ và ion con. Toàn bộ lộ trình nghiên cứu thực nghiệm và thẩm định phương pháp được hoàn thành trong thời gian 12 tháng năm 2013.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã ghi nhận bốn phát hiện kỹ thuật quan trọng:

Một là, thiết lập thành công điều kiện ion hóa và phân mảnh khối phổ tối ưu cho Ochratoxin A (khối lượng phân tử 403 g/mol) và Ochratoxin B (khối lượng phân tử 369 g/mol) ở chế độ ion âm. Tín hiệu thu được ổn định nhất tại điện áp đầu phun IS bằng -3500 V, nhiệt độ nguồn ion hóa 400 °C, áp suất khí màn chắn CUR bằng 10 psi và thế đầu vào DP bằng -100 V. Ion mẹ của OTA xuất hiện ở m/z 402 tạo ra hai ion con đặc trưng ở m/z 358 (định lượng, năng lượng va chạm CE bằng -24 V) và m/z 166,9 (xác nhận, CE bằng -35 V). Đối với OTB, ion mẹ ở m/z 368 phân mảnh thành ion con m/z 324 (định lượng, CE bằng -24 V) và m/z 220 (xác nhận, CE bằng -32 V).

Hai là, tối ưu hóa thành công điều kiện phân tách sắc ký trên cột Waters C18 kích thước 250 mm × 4,6 mm × 5 µm. Sử dụng pha động kênh A là dung dịch amoni acetat 10 mM và kênh B là methanol theo chương trình gradient nồng độ ở tốc độ dòng 1,0 ml/phút, thời gian phân tích hoàn tất trong 10 phút. Tín hiệu pic sắc ký của hai chất tách biệt hoàn toàn, cân đối, không bị chẻ ngọn; thời gian lưu của OTA đạt khoảng 6,70 phút và OTB đạt khoảng 6,41 phút.

Ba là, hoàn thiện quy trình xử lý mẫu chiết lỏng - lỏng kết hợp làm sạch bằng cột chiết pha rắn C18. Việc axit hóa mẫu về môi trường pH 1-2 bằng dung dịch axit clohydric 2% và chiết lặp 2 lần bằng cloroform (15 ml mỗi lần) giúp thu hồi tối đa độc tố. Hiệu suất thu hồi đạt 84% đối với OTA và 82% đối với OTB tại mức thêm chuẩn 5 ng/g, vượt trội rõ rệt so với quy trình chỉ dùng đệm NaHCO3 (đạt 68% cho OTA và 56% cho OTB) hoặc dung môi ethyl acetat (đạt 52% cho OTA và 56% cho OTB).

Bốn là, đánh giá hiệu năng của các loại pha tĩnh làm sạch mẫu cho thấy cột chiết pha rắn C18 đạt hiệu suất thu hồi 86% đối với OTA và 74% đối với OTB, cao hơn đáng kể so với cột polymer HLB chỉ đạt lần lượt 67% và 58%.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất chiết xuất vượt trội tại vùng pH 1-2 được giải thích dựa trên bản chất hóa lý của Ochratoxin. Ở môi trường axit mạnh, các nhóm chức mang tính axit của phân tử bị ức chế phân ly, đưa hợp chất về trạng thái phân tử không tích điện. Điều này làm giảm mạnh tính phân cực và tăng cường độ tan của độc tố trong dung môi hữu cơ cloroform. Khi chiết chuyển tiếp sang dung dịch NaHCO3 1%, độc tố bị deproton hóa tạo dạng muối tan vào pha nước, giúp loại bỏ triệt để các tạp chất lipid và sắc tố không phân cực.

So sánh với các công bố quốc tế, phương pháp chiết của nhóm tác giả Eduardo Beltrán khi dùng cột ái lực miễn dịch đạt độ thu hồi từ 80% đến 110% nhưng chi phí vật tư rất tốn kém. Phương pháp vi chiết pha rắn của Pawliszyna trên mẫu sinh học đòi hỏi thời gian hấp phụ kéo dài tới 75 phút. Phương pháp cải tiến trong luận văn vừa tận dụng cột C18 thông dụng có chi phí hợp lý, vừa rút ngắn thể tích dung môi rửa giải xuống chỉ còn 2 ml hỗn hợp methanol và axit axetic tỷ lệ 99,5:0,5 theo thể tích.

Về phương thức trực quan hóa dữ liệu, toàn bộ diễn biến thực nghiệm được minh họa rõ nét qua đồ thị đường cong phụ thuộc giữa diện tích pic sắc ký và giá trị pH chiết mẫu, cùng hệ thống bảng thông số điện áp khối phổ chi tiết và sắc đồ MRM đa kênh chứng minh không có bất kỳ pic tạp nhiễu nào tại thời gian lưu của chất phân tích.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao hiệu quả kiểm soát độc tố nấm mốc trong chuỗi cung ứng thực phẩm, nghiên cứu đưa ra 4 giải pháp cụ thể:

Thứ nhất, chuẩn hóa và ban hành quy trình phân tích LC-MS/MS làm phương pháp kiểm nghiệm chuẩn quốc gia. Cục An toàn thực phẩm phối hợp cùng Bộ Y tế cần hoàn thiện văn bản quy chuẩn kỹ thuật áp dụng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ hai lần làm phương pháp trọng tài pháp lý, đặt mục tiêu giám sát 100% các lô hàng nông sản nhập khẩu có nguy cơ cao trong lộ trình từ năm 2024 đến năm 2026.

Thứ hai, nâng cấp hạ tầng thiết bị và tổ chức đào tạo kỹ thuật chuyên sâu cho hệ thống phòng kiểm nghiệm tuyến địa phương. Viện Kiểm nghiệm An toàn vệ sinh thực phẩm Quốc gia cần chủ trì tổ chức định kỳ 4 khóa tập huấn mỗi năm về vận hành hệ thống khối phổ ba tứ cực và kỹ thuật chiết pha rắn cho khoảng 150 kiểm nghiệm viên thuộc các Trung tâm Kiểm soát bệnh tật (CDC) tuyến tỉnh, hoàn thành trước quý IV năm 2025.

Thứ ba, triển khai chương trình quan trắc định kỳ độc tố Ochratoxin trên diện rộng tại các vùng trồng trọt trọng điểm. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp với chi cục an toàn vệ sinh thực phẩm các tỉnh Hà Giang, Bắc Giang, Nghệ An lấy tối thiểu 500 mẫu ngô, lạc, đỗ mỗi quý để phân tích dư lượng, phấn đấu duy trì tỷ lệ mẫu vi phạm vượt ngưỡng MRL dưới 1,0% trong giai đoạn 2024-2027.

Thứ tư, áp dụng quy trình kiểm soát độ ẩm và bảo quản sau thu hoạch tiên tiến cho nông dân và doanh nghiệp. Trung tâm Khuyến nông Quốc gia cần hướng dẫn kỹ thuật phơi sấy đảm bảo độ ẩm hạt nông sản luôn dưới 14% và bảo quản trong kho thông gió ở nhiệt độ dưới 20 °C, giúp giảm thiểu trên 85% nguy cơ phát sinh nấm mốc Aspergillus và Penicillium trong vòng 6 tháng bảo quản.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cho 4 nhóm đối tượng chính:

Một là, kiểm nghiệm viên và chuyên viên phân tích tại các phòng thí nghiệm hóa học. Tài liệu cung cấp chi tiết bộ thông số vận hành máy khối phổ (thế DP, CE, CXP) và quy trình làm sạch mẫu bằng cột C18, giúp rút ngắn 70% thời gian tối ưu hóa phương pháp khi triển khai phân tích độc tố theo tiêu chuẩn ISO/IEC 17025.

Hai là, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Hóa phân tích, Độc chất học thực phẩm. Công trình là tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp luận nghiên cứu sắc ký khối phổ, cách xây dựng ma trận khảo sát thực nghiệm và quy trình thẩm định phương pháp định lượng lượng vết theo hướng dẫn của IUPAC và Eurachem.

Ba là, các nhà quản lý và hoạch định chính sách thuộc Bộ Y tế, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Luận văn cung cấp bằng chứng khoa học và số liệu thực chứng đáng tin cậy về thực trạng ô nhiễm mycotoxin, hỗ trợ việc rà soát và cập nhật mức giới hạn dư lượng tối đa trong các văn bản quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN).

Bốn là, kỹ sư đảm bảo chất lượng (QA/QC) tại các nhà máy chế biến nông sản, thức ăn chăn nuôi và sản xuất đồ uống lên men. Đề tài cung cấp hướng dẫn nhận diện các mối nguy vi nấm, giúp doanh nghiệp thiết lập các điểm kiểm soát tới hạn hiệu quả trong hệ thống quản lý an toàn thực phẩm HACCP và ISO 22000.

Câu hỏi thường gặp

Ochratoxin A và Ochratoxin B có cấu trúc và mức độ độc tính khác nhau như thế nào? Ochratoxin A có chứa một nguyên tử clo trong cấu trúc phân tử với khối lượng 403 g/mol, trong khi Ochratoxin B là dẫn xuất không chứa clo với khối lượng 369 g/mol. Cả hai hợp chất đều thuộc nhóm IIB theo phân loại của IARC, tuy nhiên độc tính gây tổn thương gan, hoại tử thận và khả năng ức chế miễn dịch của Ochratoxin A mạnh hơn nhiều so với Ochratoxin B.

Tại sao phương pháp LC-MS/MS lại có độ tin cậy vượt trội hơn HPLC-FLD khi phân tích Ochratoxin? Mặc dù đầu dò huỳnh quang (FLD) có độ nhạy khá tốt dựa trên khả năng tự phát huỳnh quang của độc tố, thiết bị này chỉ nhận diện chất dựa vào thời gian lưu nên dễ bị sai số do các chất phát huỳnh quang khác trong nền mẫu. LC-MS/MS giám sát đồng thời tỷ số m/z của ion mẹ và hai ion con phân mảnh đặc thù, loại trừ hoàn toàn nguy cơ dương tính giả.

Mục đích của việc điều chỉnh pH mẫu về khoảng 1-2 trước khi chiết bằng dung môi hữu cơ là gì? Ochratoxin là axit yếu có hằng số pKa1 từ 4,2 đến 4,4. Tại môi trường pH 1-2, nhóm carboxyl bị proton hóa hoàn toàn, chuyển phân tử về dạng trung hòa điện tích ít phân cực nhất. Trạng thái này giúp độc tố hòa tan triệt để vào dung môi hữu cơ cloroform, đồng thời quá trình axit hóa giúp phá vỡ liên kết giữa độc tố và cơ chất protein của thực phẩm.

Cột chiết pha rắn C18 mang lại ưu thế gì so với cột polymer HLB trong quá trình làm sạch dịch chiết? Pha tĩnh C18 chứa các chuỗi alkyl không phân cực tạo lực tương tác kỵ nước mạnh mẽ với khung cấu trúc của Ochratoxin, giúp giữ chặt chất phân tích trong khi các tạp chất phân cực bị rửa trôi bởi nước và dung dịch rửa tạp. Kết quả thực nghiệm chứng minh cột C18 cho hiệu suất thu hồi đạt 86%, vượt trội hơn mức 67% của cột HLB.

Quy định hiện hành tại Việt Nam về giới hạn dư lượng tối đa cho phép của Ochratoxin A là bao nhiêu? Theo quy định của Bộ Y tế, mức dư lượng tối đa cho phép của Ochratoxin A được kiểm soát nghiêm ngặt theo từng nhóm sản phẩm: thực phẩm dành cho trẻ dưới 36 tháng tuổi là 0,5 µg/kg; rượu vang và nước nho ép là 2 µg/kg; bột ngũ cốc là 3 µg/kg; ngũ cốc chưa qua chế biến và hạt cà phê rang là 5 µg/kg; riêng gia vị là 30 µg/kg.

Kết luận

Những đóng góp cốt lõi và định hướng phát triển của công trình nghiên cứu bao gồm:

  • Xây dựng và chuẩn hóa thành công phương pháp sắc ký lỏng hai lần khối phổ (LC-MS/MS) xác định đồng thời Ochratoxin A và B trong thực phẩm với thời gian chạy sắc ký chỉ 10 phút.
  • Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu chiết lỏng - lỏng kết hợp cột chiết pha rắn C18, nâng hiệu suất thu hồi lên mức 82% đến 84% và tiết kiệm dung môi phân tích.
  • Xác lập chính xác bộ thông số phân mảnh khối phổ ba tứ cực ở chế độ ESI âm với độ chọn lọc và độ lặp lại cao.
  • Cung cấp số liệu khảo sát thực tế có giá trị về mức độ ô nhiễm Ochratoxin trên các mẫu ngũ cốc và rượu lên men tại thị trường miền Bắc và miền Trung.
  • Đóng góp giải pháp kiểm nghiệm tiên tiến có giá trị pháp lý, phục vụ đắc lực cho công tác thanh tra và kiểm soát an toàn thực phẩm quốc gia.

Về định hướng tiếp theo, phương pháp cần tiếp tục được mở rộng thẩm định liên phòng thí nghiệm và mở rộng trên các đối tượng mẫu sữa, thức ăn chăn nuôi trong giai đoạn 2024-2025. Các cơ quan quản lý, viện nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm có thể khai thác ngay quy trình phân tích chuẩn mực này để bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng và nâng cao chất lượng nông sản Việt Nam.