Tổng quan nghiên cứu

Bệnh lý cơ xương khớp là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tàn phế và ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cuộc sống. Theo ước tính, tỷ lệ người mắc các bệnh như viêm khớp dạng thấp, thoái hóa khớp và loãng xương ngày càng gia tăng, đặc biệt trong nhóm người cao tuổi. Glucosamin và canxi là hai hoạt chất quan trọng được sử dụng phổ biến trong thực phẩm chức năng nhằm hỗ trợ điều trị và cải thiện các triệu chứng bệnh xương khớp. Glucosamin đóng vai trò trong tổng hợp proteoglycan, cấu thành mô sụn, còn canxi là khoáng chất thiết yếu cho sự hình thành và duy trì cấu trúc xương chắc khỏe. Việc xác định chính xác hàm lượng đồng thời hai hoạt chất này trong thực phẩm chức năng là cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm và an toàn cho người tiêu dùng.

Mục tiêu nghiên cứu là phát triển quy trình phân tích đồng thời canxi và glucosamin trong thực phẩm chức năng bằng phương pháp điện di mao quản tích hợp detector độ dẫn không tiếp xúc (CE-C4D). Nghiên cứu được thực hiện trên các mẫu thực phẩm chức năng thu thập tại thị trường Hà Nội trong năm 2023, nhằm cung cấp phương pháp phân tích nhanh, chính xác, tiết kiệm mẫu và hóa chất. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc kiểm soát chất lượng sản phẩm, góp phần nâng cao hiệu quả điều trị và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Phương pháp điện di mao quản (CE) dựa trên nguyên lý tách các ion trong dung dịch điện ly dưới tác dụng của điện trường cao áp. Các ion di chuyển với vận tốc khác nhau tùy thuộc vào điện tích, kích thước và độ linh động điện di, từ đó tách biệt các thành phần trong mẫu. Detector độ dẫn không tiếp xúc (C4D) được sử dụng để đo độ dẫn điện của dung dịch trong mao quản mà không tiếp xúc trực tiếp với mẫu, giúp phát hiện các ion không hấp thụ UV-Vis như canxi và glucosamin.

Hai lý thuyết chính được áp dụng trong nghiên cứu là:

  • Lý thuyết điện di mao quản vùng (CZE): Tách các ion dựa trên sự khác biệt vận tốc di chuyển trong điện trường, phù hợp với các ion có điện tích dương như Ca²⁺ và glucosamin dạng cation tại pH thấp.
  • Lý thuyết đo độ dẫn không tiếp xúc (C4D): Đo tín hiệu điện dẫn của các ion trong mao quản thông qua điện cực đặt ngoài mao quản, giúp phát hiện các ion không có nhóm hấp thụ quang học.

Các khái niệm chính bao gồm: điện di mao quản, detector độ dẫn không tiếp xúc, dung dịch điện ly, độ đặc hiệu, giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ lặp lại và độ thu hồi.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu thực phẩm chức năng chứa đồng thời canxi và glucosamin được thu thập ngẫu nhiên tại các nhà thuốc trên địa bàn Hà Nội năm 2023. Mẫu được xử lý theo quy trình chuẩn gồm nghiền mịn, chiết xuất bằng dung dịch acid trichloroacetic 4%, rung siêu âm và lọc qua màng 0,45 µm.

Phương pháp phân tích sử dụng thiết bị CE-C4D do công ty 3Sanalysis cung cấp, với mao quản silica đường kính trong 50 µm, chiều dài tổng 50 cm, chiều dài hiệu dụng 35 cm. Mẫu được bơm vào mao quản theo phương pháp thủy động lực học kiểu xiphong với chiều cao bơm 10 cm và thời gian bơm 20 giây. Dung dịch điện ly sử dụng là acetic acid 200 mM, pH được điều chỉnh phù hợp. Thế tách được áp dụng là +15 kV.

Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng phần mềm eDAQ PowerChrom và Igor, xử lý số liệu bằng Microsoft Excel. Đánh giá phương pháp bao gồm khảo sát độ đặc hiệu, xây dựng đường chuẩn, xác định LOD, LOQ, đánh giá độ lặp lại và độ thu hồi theo tiêu chuẩn AOAC. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2023.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Điều kiện tối ưu dung dịch điện ly và pH: Dung dịch acetic acid 200 mM tại pH 4,0 được lựa chọn tối ưu cho phân tích đồng thời canxi và glucosamin. Tín hiệu pic của glucosamin và canxi đạt diện tích lớn nhất, đường nền ổn định, thời gian di chuyển lần lượt khoảng 2,31 phút và 4,45 phút.

  2. Ảnh hưởng của thế tách: Thế tách +15 kV cho kết quả phân tích tốt nhất với diện tích pic glucosamin là 101,01 mV.s và canxi là 96,28 mV.s, thời gian di chuyển tương ứng 2,34 phút và 4,87 phút. Thế tách cao hơn (+20 kV) gây nhiễu nền và giảm diện tích pic, thấp hơn (+12 kV) làm chân pic không cân đối.

  3. Ảnh hưởng của điều kiện bơm mẫu: Chiều cao bơm mẫu 10 cm và thời gian bơm 20 giây là điều kiện tối ưu, đảm bảo tín hiệu mạnh, pic sắc nét và độ phân giải cao. Diện tích pic glucosamin và canxi tăng lần lượt từ 57,89 đến 124,34 mV.s và 54,31 đến 126,03 mV.s khi tăng chiều cao bơm mẫu từ 5 cm lên 15 cm.

  4. Ảnh hưởng của các ion và chất nền: Ion K⁺ và Na⁺ không ảnh hưởng đến tín hiệu phân tích. Tuy nhiên, ion Zn²⁺ và Mg²⁺ gây ảnh hưởng khi nồng độ vượt quá 50 ppm và 20 ppm tương ứng, cần pha loãng mẫu nếu vượt ngưỡng. Các chất hỗ trợ điều trị xương khớp như MSM và chondroitin không ảnh hưởng đến kết quả phân tích.

  5. Đánh giá phương pháp: Phương trình đường chuẩn có hệ số tương quan cao (R² ≥ 0,9998) trong khoảng tuyến tính 0,5-100 mg/L với canxi và 2-100 mg/L với glucosamin. Giới hạn phát hiện lần lượt là 0,05 mg/L (canxi) và 0,5 mg/L (glucosamin). Độ lặp lại với RSD dưới 3,3% và độ thu hồi nằm trong khoảng 91,2-98,8%, đáp ứng tiêu chuẩn AOAC.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp CE-C4D là công cụ hiệu quả để phân tích đồng thời canxi và glucosamin trong thực phẩm chức năng với độ nhạy và độ chính xác cao. Việc lựa chọn dung dịch điện ly acetic acid 200 mM và pH 4,0 giúp duy trì trạng thái cation của glucosamin và canxi, tối ưu hóa sự phân tách trong mao quản. Thế tách +15 kV cân bằng giữa tốc độ di chuyển và độ ổn định tín hiệu, phù hợp với đặc tính của hai chất phân tích.

So sánh với các phương pháp truyền thống như ICP-OES cho canxi và HPLC cho glucosamin, phương pháp CE-C4D có ưu điểm vượt trội về thời gian phân tích nhanh (dưới 5 phút), tiêu thụ mẫu và hóa chất thấp, thiết bị nhỏ gọn phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm trong nước. Biểu đồ so sánh hàm lượng glucosamin và canxi giữa các phương pháp cho thấy sự tương quan cao, khẳng định độ tin cậy của phương pháp.

Phân tích ảnh hưởng của các ion và chất nền giúp xác định giới hạn ứng dụng của phương pháp trong các mẫu thực tế, đồng thời đề xuất biện pháp xử lý mẫu phù hợp. Các biểu đồ điện di đồ minh họa rõ ràng sự tách biệt và tín hiệu sắc nét của hai chất phân tích, hỗ trợ trực quan cho kết quả định lượng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp CE-C4D trong kiểm soát chất lượng thực phẩm chức năng: Khuyến nghị các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm sử dụng phương pháp này để phân tích đồng thời canxi và glucosamin, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí, nâng cao hiệu quả kiểm soát chất lượng sản phẩm trong vòng 6-12 tháng.

  2. Đào tạo kỹ thuật viên và cán bộ phân tích: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật điện di mao quản và vận hành thiết bị CE-C4D cho nhân viên phòng thí nghiệm nhằm đảm bảo vận hành chính xác và hiệu quả, dự kiến hoàn thành trong 3-6 tháng.

  3. Phát triển quy trình xử lý mẫu chuẩn hóa: Xây dựng quy trình xử lý mẫu chuẩn, đặc biệt với các mẫu có hàm lượng ion Zn²⁺ và Mg²⁺ cao, nhằm đảm bảo độ chính xác của kết quả phân tích, áp dụng trong 6 tháng tới.

  4. Mở rộng nghiên cứu ứng dụng: Khuyến khích nghiên cứu mở rộng phương pháp CE-C4D để phân tích đồng thời các hoạt chất khác trong thực phẩm chức năng và dược phẩm, góp phần đa dạng hóa công cụ phân tích trong 1-2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa phân tích: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về phương pháp điện di mao quản và ứng dụng CE-C4D trong phân tích đồng thời các hoạt chất khác nhau, hỗ trợ phát triển nghiên cứu và học thuật.

  2. Phòng thí nghiệm kiểm nghiệm thực phẩm chức năng và dược phẩm: Cung cấp quy trình phân tích nhanh, chính xác, giúp nâng cao năng lực kiểm soát chất lượng sản phẩm, giảm thiểu chi phí và thời gian phân tích.

  3. Các công ty sản xuất thực phẩm chức năng: Giúp hiểu rõ về phương pháp kiểm soát hàm lượng canxi và glucosamin trong sản phẩm, đảm bảo tuân thủ quy định chất lượng và tăng cường uy tín thương hiệu.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước về an toàn thực phẩm và dược phẩm: Hỗ trợ xây dựng tiêu chuẩn kiểm nghiệm và giám sát chất lượng sản phẩm lưu hành trên thị trường, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp CE-C4D có ưu điểm gì so với các phương pháp truyền thống?
    Phương pháp CE-C4D cho phép phân tích đồng thời nhiều chất có tính chất khác nhau với thời gian nhanh (dưới 5 phút), tiêu thụ mẫu và hóa chất ít, thiết bị nhỏ gọn, chi phí vận hành thấp. Ví dụ, so với HPLC và ICP-OES, CE-C4D tiết kiệm thời gian và chi phí đáng kể.

  2. Giới hạn phát hiện của phương pháp đối với canxi và glucosamin là bao nhiêu?
    Giới hạn phát hiện (LOD) của phương pháp là 0,05 mg/L đối với canxi và 0,5 mg/L đối với glucosamin, đủ nhạy để phân tích trong các mẫu thực phẩm chức năng với hàm lượng phổ biến.

  3. Phương pháp có thể áp dụng cho các mẫu có thành phần phức tạp không?
    Phương pháp đã được khảo sát ảnh hưởng của các ion K⁺, Na⁺, Zn²⁺, Mg²⁺ và các chất hỗ trợ như MSM, chondroitin. Kết quả cho thấy chỉ ion Zn²⁺ và Mg²⁺ ở nồng độ cao mới ảnh hưởng, do đó cần pha loãng mẫu nếu vượt ngưỡng để đảm bảo độ chính xác.

  4. Thời gian phân tích một mẫu bằng phương pháp CE-C4D là bao lâu?
    Thời gian phân tích đồng thời canxi và glucosamin dưới 5 phút, nhanh hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống như HPLC hoặc ICP-OES, giúp tăng năng suất phân tích.

  5. Phương pháp có thể áp dụng cho các hoạt chất khác trong thực phẩm chức năng không?
    Phương pháp CE-C4D có tiềm năng phân tích đồng thời nhiều ion và phân tử có tính dẫn điện, do đó có thể mở rộng ứng dụng cho các hoạt chất khác trong thực phẩm chức năng và dược phẩm với điều kiện tối ưu hóa phù hợp.

Kết luận

  • Phương pháp điện di mao quản tích hợp detector độ dẫn không tiếp xúc (CE-C4D) đã được phát triển thành công để xác định đồng thời canxi và glucosamin trong thực phẩm chức năng với độ nhạy và độ chính xác cao.
  • Điều kiện phân tích tối ưu gồm dung dịch điện ly acetic acid 200 mM, pH 4,0, thế tách +15 kV, bơm mẫu thủy động lực học kiểu xiphong với chiều cao 10 cm và thời gian 20 giây.
  • Phương pháp đáp ứng các tiêu chuẩn về độ đặc hiệu, giới hạn phát hiện, độ lặp lại và độ thu hồi theo tiêu chuẩn AOAC.
  • Kết quả phân tích trên mẫu thực tế cho thấy phương pháp có tính ứng dụng cao, phù hợp với yêu cầu kiểm soát chất lượng thực phẩm chức năng.
  • Đề xuất triển khai áp dụng phương pháp trong các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các hoạt chất khác nhằm nâng cao hiệu quả phân tích và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Hành động tiếp theo là tổ chức đào tạo kỹ thuật và xây dựng quy trình chuẩn hóa để triển khai rộng rãi phương pháp CE-C4D trong kiểm nghiệm thực phẩm chức năng.