Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là một trong những quốc gia có thế mạnh về nông nghiệp, đặc biệt là sản xuất và xuất khẩu gạo – ngành kinh tế chủ lực đóng góp đáng kể vào nguồn ngoại tệ quốc gia. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, việc xuất khẩu gạo gặp nhiều khó khăn do các rào cản thương mại, đặc biệt là các quy định nghiêm ngặt về chất lượng và an toàn thực phẩm. Theo báo cáo của ngành, lượng gạo Việt Nam bị trả về do dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) vượt ngưỡng cho phép đã tăng từ 4.100 tấn năm 2013 lên khoảng 10.000 tấn vào năm 2016. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc đánh giá và kiểm soát dư lượng HCBVTV trong gạo nhằm giảm thiểu rủi ro bị trả về, đồng thời nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

Hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo (OCPs) là nhóm hợp chất tổng hợp có khả năng tồn lưu lâu dài trong môi trường và tích tụ sinh học, bao gồm các chất như DDT, Lindane, Endosulfan. Mặc dù nhiều loại OCPs đã bị cấm sử dụng theo Công ước Stockholm, dư lượng của chúng vẫn được phát hiện trong nông sản, đặc biệt là gạo, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường. Nghiên cứu này nhằm xây dựng quy trình phân tích xác định dư lượng 19 loại OCPs trong gạo bằng phương pháp QuEChERS kết hợp sắc ký khí khối phổ hai lần (GC-MS/MS), thẩm định phương pháp theo tiêu chuẩn SANTE/12682/2019 và áp dụng để đánh giá dư lượng trên mẫu gạo thực tế thu thập tại Lào Cai năm 2021. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả kiểm soát chất lượng gạo xuất khẩu, đảm bảo an toàn thực phẩm và đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong thực phẩm, tập trung vào nhóm hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo (OCPs) – các hợp chất hữu cơ chứa clo có tính bền vững cao và độc tính mạnh. Các khái niệm chính bao gồm:

  • Hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo (OCPs): Nhóm hóa chất gồm các dẫn xuất clo của diphenyletan, cyclodien, benzen, n-hexan, có khả năng diệt sâu bệnh nhưng tồn lưu lâu dài trong môi trường.
  • Phương pháp QuEChERS: Kỹ thuật chiết xuất nhanh, đơn giản, tiết kiệm dung môi, kết hợp chiết pha rắn phân tán (d-SPE) để làm sạch mẫu, phù hợp với phân tích đa dư lượng hóa chất trong thực phẩm.
  • Sắc ký khí khối phổ hai lần (GC-MS/MS): Phương pháp phân tích có độ nhạy cao, khả năng phân giải tốt, sử dụng bộ tứ cực kép để tăng độ chọn lọc và giảm nhiễu nền, thích hợp xác định các hợp chất OCPs trong nền mẫu phức tạp.
  • Hiệu ứng nền mẫu (Matrix Effect): Ảnh hưởng của các thành phần trong mẫu đến tín hiệu phân tích, cần được đánh giá và giảm thiểu để đảm bảo độ chính xác.
  • Thẩm định phương pháp theo SANTE/12682/2019: Tiêu chuẩn châu Âu quy định các thông số như giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ thu hồi, độ lặp lại, ảnh hưởng nền mẫu nhằm đảm bảo độ tin cậy của phương pháp phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là 10 mẫu gạo Séng Cù thu thập tại cánh đồng Mường Vi, Mường Khương, Lào Cai vào tháng 5/2021. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

  • Xử lý mẫu: Mẫu gạo được nghiền, trộn với nước và dung môi acetonitrile chứa 1% axit axetic, chiết theo phương pháp QuEChERS với muối NaCl, MgSO4, Na3Citrate và Na2HCitrate. Dịch chiết được làm sạch bằng cột chiết pha rắn (SPE) sử dụng chất hấp phụ C18 và PSA.
  • Phân tích: Sử dụng hệ thống GC-MS/MS (Thermo Scientific, USA) với cột HP5-MS (30 m x 0,25 mm x 0,25 µm). Điều kiện sắc ký khí gồm tiêm mẫu 1 µL, chế độ splitless, nhiệt độ cổng 250°C, chương trình nhiệt độ lò cột từ 70°C đến 280°C trong 27 phút. Ion hóa bằng Electron Impact (EI) 70 eV, phân tích ở chế độ SRM với hai mảnh ion đặc trưng cho mỗi hợp chất.
  • Thẩm định phương pháp: Đánh giá các thông số LOD, LOQ, độ thu hồi, độ lặp lại, ảnh hưởng nền mẫu theo hướng dẫn SANTE/12682/2019. Cỡ mẫu thẩm định gồm 12 lần lặp ở hai mức nồng độ LOQ và 5xLOQ.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện trong năm 2021, từ khảo sát điều kiện xử lý mẫu, tối ưu hóa GC-MS/MS, thẩm định phương pháp đến phân tích mẫu thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu suất thu hồi dung môi chiết: So sánh ba dung môi chiết (ACN, H2O+ACN, H2O+ACN+1% axit axetic) cho thấy dung môi H2O+ACN+1% axit axetic đạt hiệu suất thu hồi trung bình trên 85% cho hầu hết 19 OCPs, vượt trội hơn so với ACN đơn thuần (khoảng 70-80%) và H2O+ACN (khoảng 75-85%).

  2. Giới hạn định lượng (LOQ): Phương pháp đạt LOQ từ 5 đến 10 µg/kg cho các hợp chất, thấp hơn hoặc bằng mức giới hạn dư lượng tối đa (MRL) theo tiêu chuẩn châu Âu, đảm bảo khả năng phát hiện dư lượng ở mức an toàn.

  3. Độ lặp lại và độ thu hồi: Độ thu hồi của phương pháp nằm trong khoảng 70-120%, độ lệch chuẩn tương đối (RSD) dưới 20% cho cả hai mức LOQ và 5xLOQ, đáp ứng yêu cầu thẩm định theo SANTE/12682/2019.

  4. Phân tích mẫu thực tế: Trong 10 mẫu gạo Séng Cù, phát hiện dư lượng OCPs như DDT, Endosulfan, Lindane với nồng độ dao động từ không phát hiện đến khoảng 15 µg/kg, thấp hơn nhiều so với MRL quy định (0,01-0,05 mg/kg). Tỷ lệ mẫu có dư lượng vượt ngưỡng là rất thấp, cho thấy chất lượng gạo tương đối an toàn.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất thu hồi cao khi sử dụng dung môi ACN pha thêm axit axetic và nước phù hợp với tính chất phân cực của OCPs, đồng thời giúp tăng cường khả năng chiết xuất và ổn định các hợp chất nhạy cảm. Việc kết hợp làm sạch SPE với chất hấp phụ C18 và PSA giúp giảm thiểu hiệu ứng nền mẫu, tăng độ chính xác và độ nhạy của phương pháp. So với các nghiên cứu trước đây sử dụng chỉ d-SPE hoặc các phương pháp chiết truyền thống, quy trình này rút ngắn thời gian xử lý, giảm lượng dung môi tiêu thụ và nâng cao độ tin cậy.

Kết quả phân tích mẫu thực tế phù hợp với các báo cáo trong nước và quốc tế về mức tồn dư OCPs trong gạo, cho thấy việc kiểm soát dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật tại vùng nghiên cứu đang được thực hiện hiệu quả. Biểu đồ sắc ký tổng (TIC) và các sắc ký đồ riêng biệt minh họa sự phân tách rõ ràng, không có hiện tượng chồng lấn peak, đảm bảo độ phân giải cao cho từng hợp chất.

Phương pháp GC-MS/MS với kỹ thuật tứ cực kép (MS/MS) cho phép tăng cường độ chọn lọc, giảm nhiễu nền và nâng cao tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (S/N), phù hợp với phân tích các hợp chất ở hàm lượng vết trong nền mẫu phức tạp như gạo. Việc thẩm định theo tiêu chuẩn SANTE/12682/2019 đảm bảo tính hợp lệ và khả năng áp dụng rộng rãi trong kiểm soát chất lượng nông sản.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng quy trình phân tích GC-MS/MS kết hợp QuEChERS-SPE: Khuyến nghị các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm nông sản tại Việt Nam áp dụng quy trình này để nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong kiểm soát dư lượng OCPs, đặc biệt trong các vùng sản xuất gạo trọng điểm. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng.

  2. Tăng cường giám sát dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong gạo xuất khẩu: Cục Quản lý chất lượng nông lâm thủy sản và các cơ quan liên quan cần xây dựng kế hoạch lấy mẫu định kỳ, tập trung vào các vùng có nguy cơ cao, nhằm giảm thiểu rủi ro bị trả về do dư lượng vượt ngưỡng. Thời gian thực hiện: hàng năm.

  3. Đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật phân tích GC-MS/MS và xử lý mẫu QuEChERS cho cán bộ phòng thí nghiệm nhằm đảm bảo vận hành thiết bị và phân tích dữ liệu chính xác. Thời gian thực hiện: 3-6 tháng.

  4. Nghiên cứu mở rộng áp dụng phương pháp cho các sản phẩm nông nghiệp khác: Khuyến khích nghiên cứu áp dụng quy trình phân tích cho các loại trái cây, rau củ và sản phẩm nông nghiệp khác để kiểm soát dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật đa dạng hơn. Thời gian thực hiện: 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa phân tích, Hóa môi trường: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm chi tiết về phương pháp phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo, giúp nâng cao kiến thức và kỹ năng thực hành trong lĩnh vực phân tích hóa học.

  2. Cán bộ kỹ thuật phòng thí nghiệm kiểm nghiệm nông sản: Tài liệu hướng dẫn quy trình xử lý mẫu, tối ưu điều kiện phân tích và thẩm định phương pháp, hỗ trợ nâng cao chất lượng và độ tin cậy trong công tác kiểm nghiệm.

  3. Cơ quan quản lý chất lượng nông sản và an toàn thực phẩm: Thông tin về mức tồn dư OCPs trong gạo và phương pháp phân tích giúp xây dựng chính sách giám sát, kiểm soát dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế.

  4. Doanh nghiệp xuất khẩu gạo: Hiểu rõ về các tiêu chuẩn kiểm soát dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật và quy trình phân tích giúp doanh nghiệp chủ động kiểm soát chất lượng sản phẩm, giảm thiểu rủi ro bị trả về và nâng cao uy tín trên thị trường quốc tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp QuEChERS có ưu điểm gì so với các phương pháp chiết truyền thống?
    QuEChERS là phương pháp chiết nhanh, đơn giản, tiết kiệm dung môi và thời gian, đồng thời dễ dàng kết hợp với các bước làm sạch như d-SPE hoặc SPE để giảm nhiễu nền. Ví dụ, trong nghiên cứu này, QuEChERS giúp thu hồi OCPs đạt trên 85% với thời gian xử lý mẫu ngắn hơn nhiều so với chiết Soxhlet truyền thống.

  2. Tại sao sử dụng GC-MS/MS thay vì các detector khác như ECD hay NPD?
    GC-MS/MS có độ nhạy và độ chọn lọc cao hơn, giảm thiểu nhiễu nền và tăng khả năng phân tích đồng thời nhiều hợp chất phức tạp. Kỹ thuật tứ cực kép giúp tăng tín hiệu và độ chính xác định lượng, phù hợp với phân tích dư lượng ở hàm lượng vết.

  3. Làm thế nào để đánh giá ảnh hưởng nền mẫu trong phân tích dư lượng OCPs?
    Ảnh hưởng nền được đánh giá bằng cách so sánh đường chuẩn trên nền mẫu trắng và nền dung môi, tính hiệu ứng nền (Matrix Effect - ME). Nếu ME ≤ 20%, ảnh hưởng nền được xem là không đáng kể. Trong nghiên cứu, việc sử dụng SPE giúp giảm đáng kể hiệu ứng nền.

  4. Giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp có đáp ứng yêu cầu kiểm soát dư lượng không?
    LOQ của phương pháp nằm trong khoảng 5-10 µg/kg, thấp hơn hoặc bằng mức MRL quy định (thường 10-50 µg/kg), đảm bảo khả năng phát hiện dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật ở mức an toàn cho người tiêu dùng.

  5. Phương pháp này có thể áp dụng cho các loại nông sản khác ngoài gạo không?
    Có thể áp dụng với điều chỉnh phù hợp về quy trình xử lý mẫu và làm sạch nền mẫu. Ví dụ, các nghiên cứu trước đã áp dụng QuEChERS kết hợp SPE cho rau quả, chè với hiệu suất thu hồi cao, cho thấy tính linh hoạt của phương pháp.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công quy trình phân tích dư lượng 19 loại hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo trong gạo bằng phương pháp QuEChERS kết hợp sắc ký khí khối phổ hai lần (GC-MS/MS) với hiệu suất thu hồi trên 85% và độ lặp lại dưới 20%.
  • Phương pháp đạt các tiêu chuẩn thẩm định theo SANTE/12682/2019, bao gồm giới hạn định lượng thấp hơn mức MRL, giảm thiểu hiệu ứng nền mẫu nhờ kết hợp làm sạch SPE.
  • Phân tích 10 mẫu gạo Séng Cù tại Lào Cai cho thấy mức dư lượng OCPs thấp, đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn quốc tế, góp phần nâng cao chất lượng gạo xuất khẩu.
  • Đề xuất áp dụng rộng rãi quy trình phân tích trong các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm nông sản và mở rộng nghiên cứu cho các sản phẩm nông nghiệp khác.
  • Các bước tiếp theo bao gồm đào tạo cán bộ kỹ thuật, triển khai giám sát dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật định kỳ và nghiên cứu cải tiến phương pháp để nâng cao hiệu quả phân tích.

Hành động ngay: Các cơ quan quản lý và doanh nghiệp xuất khẩu gạo nên phối hợp triển khai áp dụng quy trình phân tích này để đảm bảo chất lượng sản phẩm, đáp ứng yêu cầu thị trường quốc tế và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.