Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của xã hội hiện đại, nhu cầu về thực phẩm đa dạng và an toàn ngày càng tăng cao. Theo báo cáo của ngành, việc sử dụng phụ gia thực phẩm, đặc biệt là các chất tạo ngọt nhân tạo, đã trở nên phổ biến nhằm nâng cao hương vị và giá trị cảm quan của sản phẩm. Tuy nhiên, việc sử dụng không kiểm soát các chất này có thể gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe người tiêu dùng. Tại Việt Nam, các chất tạo ngọt như Acesulfam kali, Aspartam, Cyclamat và Saccharin được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại thực phẩm và đồ uống, với mức giới hạn hàm lượng được quy định chặt chẽ bởi Bộ Y tế.

Mục tiêu nghiên cứu là phát triển và ứng dụng phương pháp điện di mao quản sử dụng detector đo độ dẫn không tiếp xúc (CE-C4D) để xác định đồng thời hàm lượng bốn chất tạo ngọt trên trong mẫu thực phẩm. Nghiên cứu tập trung khảo sát các điều kiện tối ưu của phương pháp nhằm nâng cao độ chính xác, độ nhạy và tính ổn định trong phân tích. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội trong năm 2014.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp một phương pháp phân tích nhanh, chi phí thấp, sử dụng lượng mẫu và hóa chất ít, phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam. Phương pháp này góp phần nâng cao hiệu quả kiểm soát chất lượng thực phẩm, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

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 hóa học hiện đại, trong đó:

  • Phương pháp điện di mao quản (CE): Kỹ thuật tách các ion dựa trên sự khác biệt về độ điện di trong điện trường cao, sử dụng mao quản silica với đường kính trong 75 µm và chiều dài 60 cm. Dòng điện di thẩm thấu (EOF) đóng vai trò quan trọng trong việc di chuyển các chất phân tích.

  • Detector đo độ dẫn không tiếp xúc (C4D): Thiết bị đo độ dẫn điện của dung dịch trong mao quản mà không cần tiếp xúc trực tiếp điện cực với mẫu, giúp loại bỏ nhiễu và ô nhiễm mẫu, tăng độ bền thiết bị.

  • Khái niệm về chất tạo ngọt tổng hợp: Bao gồm Acesulfam kali, Aspartam, Cyclamat và Saccharin, các chất này có đặc tính hóa lý khác nhau, được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm với các giới hạn an toàn được quy định.

Các khái niệm chính bao gồm: độ điện di, tốc độ điện di, thời gian điện di, giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ lặp lại (RSD), độ thu hồi (Recovery).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng các mẫu thực phẩm phổ biến như nước giải khát, nước mắm, thạch, được xử lý sơ bộ bằng lọc màng và pha loãng phù hợp.

  • Phương pháp phân tích: Phân tích đồng thời bốn chất tạo ngọt bằng phương pháp CE-C4D với điều kiện tối ưu gồm dung dịch đệm Tris/His (100 mM/10 mM), pH 9,2; thế điện di +15 kV; thời gian bơm mẫu 15 giây theo kỹ thuật thủy động lực học kiểu xiphông.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2014, bao gồm các bước khảo sát điều kiện tối ưu, xây dựng đường chuẩn, đánh giá phương pháp và phân tích mẫu thực tế.

  • Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm chuyên dụng eDAQ chart, Igor để đo diện tích pic, thời gian lưu; Microsoft Excel và Origin để xây dựng đường chuẩn và phân tích thống kê.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mẫu được lấy đại diện từ các sản phẩm thực phẩm phổ biến trên thị trường, xử lý theo quy trình chuẩn để đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Điều kiện tối ưu dung dịch đệm và pH: Hệ đệm Tris/His (100 mM/10 mM) tại pH 9,2 cho kết quả phân tích tốt nhất với thời gian phân tích khoảng 480 giây, độ phân giải cao và đường nền ổn định. So với các hệ đệm khác như Arg/Mes hay Arg/CAPS, hệ này cho tín hiệu mạnh hơn và thời gian phân tích ngắn hơn khoảng 20%.

  2. Ảnh hưởng của thế điện di: Thế điện di +15 kV được lựa chọn tối ưu, cân bằng giữa thời gian phân tích (khoảng 7,8 phút) và độ phân giải. Thế cao hơn (+17 kV, +20 kV) làm giảm thời gian phân tích nhưng gây mất ổn định đường nền và giảm độ phân giải.

  3. Thời gian bơm mẫu: Thời gian bơm mẫu 15 giây cho tín hiệu đủ mạnh và độ phân giải tốt hơn so với 10 giây hoặc 20 giây. Tín hiệu pic tăng khoảng 30% khi tăng từ 10 giây lên 15 giây, trong khi độ phân giải vẫn được duy trì.

  4. Đánh giá phương pháp: Giới hạn phát hiện (LOD) của phương pháp lần lượt là 2,5 ppm cho Acesulfam kali, 5 ppm cho Aspartam, 5 ppm cho Cyclamat và 5 ppm cho Saccharin. Độ lặp lại (RSD) dưới 3,5% và độ thu hồi trong khoảng 94-108%, cho thấy phương pháp có độ chính xác và độ đúng cao.

Thảo luận kết quả

Kết quả khảo sát các hệ đệm cho thấy pH và thành phần đệm ảnh hưởng trực tiếp đến dòng EOF và khả năng tách các chất tạo ngọt. Hệ đệm Tris/His được ưu tiên do tính sẵn có và hiệu quả phân tích cao, phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm tại Việt Nam. Thế điện di và thời gian bơm mẫu được tối ưu nhằm cân bằng giữa tốc độ phân tích và độ phân giải, tránh hiện tượng quá nhiệt và phân tán mẫu.

So sánh với các nghiên cứu trước đây sử dụng HPLC hoặc UV-VIS, phương pháp CE-C4D cho thời gian phân tích nhanh hơn, sử dụng lượng mẫu và hóa chất ít hơn, đồng thời có khả năng tự động hóa và triển khai tại hiện trường. Biểu đồ điện di đồ và đường chuẩn minh họa rõ ràng sự phụ thuộc tuyến tính giữa diện tích pic và nồng độ chất tạo ngọt, hỗ trợ việc định lượng chính xác.

Phương pháp này có thể áp dụng hiệu quả trong kiểm soát chất lượng thực phẩm, đặc biệt trong bối cảnh các chất tạo ngọt được sử dụng rộng rãi nhưng chưa được kiểm soát chặt chẽ tại nhiều cơ sở sản xuất nhỏ lẻ.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi phương pháp CE-C4D trong các phòng kiểm nghiệm thực phẩm để nâng cao hiệu quả kiểm soát chất tạo ngọt, giảm thiểu rủi ro sức khỏe do sử dụng quá liều.

  2. Đào tạo kỹ thuật viên và cán bộ kiểm nghiệm về kỹ thuật điện di mao quản và vận hành detector C4D nhằm đảm bảo độ chính xác và ổn định trong phân tích.

  3. Xây dựng quy trình chuẩn và hướng dẫn kỹ thuật áp dụng phương pháp CE-C4D trong kiểm tra chất lượng thực phẩm, đặc biệt cho các sản phẩm nước giải khát, nước mắm và thực phẩm chế biến.

  4. Tăng cường công tác thanh tra, kiểm tra tại các cơ sở sản xuất, kinh doanh thực phẩm để phát hiện và xử lý kịp thời việc sử dụng chất tạo ngọt vượt mức cho phép, bảo vệ quyền lợi người tiêu dùng.

  5. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng phương pháp CE-C4D để xác định các loại phụ gia thực phẩm khác, góp phần hoàn thiện hệ thống kiểm soát an toàn thực phẩm toàn diện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa phân tích: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về phương pháp điện di mao quản và ứng dụng detector đo độ dẫn không tiếp xúc trong phân tích thực phẩm.

  2. Cán bộ kiểm nghiệm thực phẩm tại các cơ quan quản lý nhà nước: Hướng dẫn kỹ thuật phân tích nhanh, chính xác các chất tạo ngọt, hỗ trợ công tác giám sát và kiểm soát chất lượng.

  3. Doanh nghiệp sản xuất và chế biến thực phẩm: Áp dụng phương pháp để kiểm tra nguyên liệu và sản phẩm cuối cùng, đảm bảo tuân thủ quy định về hàm lượng phụ gia.

  4. Các tổ chức nghiên cứu và phát triển công nghệ phân tích: Tham khảo để phát triển và cải tiến thiết bị, phương pháp phân tích phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp điện di mao quản CE-C4D có ưu điểm gì so với HPLC?
    Phương pháp CE-C4D sử dụng lượng mẫu và hóa chất ít hơn, thời gian phân tích nhanh hơn (khoảng 8 phút so với 20-30 phút của HPLC), thiết bị nhỏ gọn, dễ dàng tự động hóa và triển khai tại hiện trường, đồng thời chi phí vận hành thấp hơn.

  2. Giới hạn phát hiện (LOD) của phương pháp này là bao nhiêu?
    LOD của phương pháp lần lượt là khoảng 2,5 ppm cho Acesulfam kali, 5 ppm cho Aspartam, Cyclamat và Saccharin, đủ nhạy để phát hiện hàm lượng trong các mẫu thực phẩm phổ biến.

  3. Phương pháp có thể áp dụng cho những loại thực phẩm nào?
    Phương pháp đã được áp dụng thành công cho các mẫu nước giải khát, nước mắm và thạch, có thể mở rộng cho các sản phẩm thực phẩm chế biến khác có chứa các chất tạo ngọt tổng hợp.

  4. Có cần xử lý mẫu phức tạp trước khi phân tích không?
    Mẫu lỏng chỉ cần lọc qua màng lọc và pha loãng phù hợp; mẫu rắn được đồng nhất, siêu âm với nước deion và lọc. Quy trình xử lý đơn giản, tiết kiệm thời gian và giảm thiểu sai số.

  5. Phương pháp có thể phát hiện đồng thời bao nhiêu chất tạo ngọt?
    Phương pháp được tối ưu để xác định đồng thời bốn chất tạo ngọt phổ biến: Acesulfam kali, Aspartam, Cyclamat và Saccharin, với độ phân giải cao và tín hiệu ổn định.

Kết luận

  • Phương pháp điện di mao quản sử dụng detector đo độ dẫn không tiếp xúc (CE-C4D) đã được phát triển và tối ưu để xác định đồng thời bốn chất tạo ngọt tổng hợp trong thực phẩm.
  • Hệ đệm Tris/His (100 mM/10 mM), pH 9,2 cùng thế điện di +15 kV và thời gian bơm mẫu 15 giây là điều kiện tối ưu cho phân tích.
  • Phương pháp đạt giới hạn phát hiện thấp, độ lặp lại và độ thu hồi cao, phù hợp với yêu cầu kiểm soát chất lượng thực phẩm.
  • Ứng dụng thành công trong phân tích mẫu thực tế như nước giải khát, nước mắm và thạch, góp phần nâng cao an toàn vệ sinh thực phẩm.
  • Khuyến nghị triển khai rộng rãi phương pháp trong các phòng kiểm nghiệm và doanh nghiệp, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng cho các phụ gia thực phẩm khác.

Hành động tiếp theo là áp dụng phương pháp này trong các chương trình kiểm tra định kỳ và đào tạo nhân lực kỹ thuật để nâng cao năng lực kiểm soát chất lượng thực phẩm tại Việt Nam.