Nghiên cứu phương pháp phân tích acid benzoic, sorbic và chỉ tiêu hóa học trong thực phẩm

Nghiên cứu phương pháp phân tích acid benzoic, sorbic và chỉ tiêu đường hóa học trong thực phẩm, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm.

• Tác giả: Nguyễn Thị Hồng Thúy
• Người hướng dẫn: PGS. Tạ Thị Thảo
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Phân tích
• Đề tài: Nghiên cứu phương pháp phân tích acid benzoic, sorbic, muối của chúng và một số chỉ tiêu đường hóa học trong đối tượng thực phẩm
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về chất bảo quản và chất tạo ngọt
• 1.2. Tính chất của acid benzoic, acid sorbic, saccharin và aspartam
• 1.3. Tác dụng và tác hại của việc sử dụng acid sorbic, acid benzoic và saccharin, aspartam
• 1.4. Một số phương pháp xác định acid benzoic, acid sorbic, saccharin, và aspartam
• 1.4.1. Phương pháp trắc quang
• 1.4.2. Phương pháp chuẩn độ
• 1.4.3. Phương pháp điện di mao quản (CE)
• 1.4.4. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao
• 2. CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 2.3. Đối tượng, thời gian và địa điểm lấy mẫu phân tích
• 2.4. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất dùng trong nghiên cứu
• 2.4.1. Thiết bị và dụng cụ
• 2.4.2. Hóa chất, thuốc thử
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5.1. Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu sơ bộ
• 2.5.2. Phương pháp nghiên cứu xây dựng qui trình phân tích
• 2.5.3. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu, xây dựng phương pháp phân tích
• 3.2. Khảo sát các điều kiện phân tích
• 3.3. Tối ưu quá trình xử lý mẫu
• 3.4. Xác định giá trị sử dụng của phương pháp
• 3.5. Kết quả nghiên cứu tính phù hợp của hệ thống
• 3.6. Tính đặc hiệu, chọn lọc
• 3.7. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của thiết bị đo
• 3.8. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp
• 3.9. Khoảng tuyến tính
• 3.10. Độ lặp lại của phương pháp phân tích
• 3.11. Đánh giá độ chính xác của phương pháp bằng phân tích đối chứng
• 4. CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu phương pháp phân tích acid benzoic và sorbic

Nghiên cứu về phương pháp phân tích acid benzoic và acid sorbic trong thực phẩm là một lĩnh vực quan trọng trong hóa phân tích. Hai loại acid này thường được sử dụng làm chất bảo quản trong thực phẩm, giúp kéo dài thời gian bảo quản và ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật. Tuy nhiên, việc sử dụng chúng cần phải được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người. Nghiên cứu này không chỉ giúp xác định nồng độ của các chất này trong thực phẩm mà còn đánh giá tác động của chúng đến sức khỏe con người.

1.1. Tầm quan trọng của việc phân tích acid benzoic và sorbic

Phân tích acid benzoic và acid sorbic là cần thiết để đảm bảo an toàn thực phẩm. Việc xác định nồng độ của chúng giúp ngăn ngừa các tác hại tiềm ẩn từ việc sử dụng quá mức. Nghiên cứu cho thấy rằng, nếu nồng độ vượt quá giới hạn cho phép, chúng có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng.

1.2. Các phương pháp phân tích hiện có

Hiện nay, có nhiều phương pháp để phân tích acid benzoic và acid sorbic trong thực phẩm, bao gồm sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), trắc quang và chuẩn độ. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, nhưng HPLC thường được ưa chuộng do độ nhạy và độ chính xác cao.

II. Vấn đề và thách thức trong phân tích acid benzoic và sorbic

Mặc dù có nhiều phương pháp phân tích, nhưng việc xác định chính xác nồng độ của acid benzoic và acid sorbic trong thực phẩm vẫn gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như chất lượng mẫu, phương pháp xử lý mẫu và điều kiện phân tích có thể ảnh hưởng đến kết quả. Ngoài ra, việc phát hiện các chất bảo quản này trong thực phẩm cũng cần phải tuân thủ các quy định nghiêm ngặt của các tổ chức y tế.

2.1. Những khó khăn trong việc lấy mẫu và xử lý mẫu

Quá trình lấy mẫu và xử lý mẫu là một trong những bước quan trọng nhất trong phân tích. Nếu không thực hiện đúng cách, có thể dẫn đến sai lệch trong kết quả phân tích. Việc bảo quản mẫu cũng cần được chú ý để tránh sự phân hủy của các chất phân tích.

2.2. Tác động của các yếu tố môi trường đến kết quả phân tích

Nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của acid benzoic và acid sorbic trong mẫu thực phẩm. Do đó, việc kiểm soát các yếu tố này trong quá trình phân tích là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của kết quả.

III. Phương pháp phân tích acid benzoic và sorbic hiệu quả nhất

Trong số các phương pháp phân tích hiện có, sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) được coi là phương pháp hiệu quả nhất để phân tích acid benzoic và acid sorbic. Phương pháp này cho phép xác định đồng thời nhiều chất trong một mẫu, tiết kiệm thời gian và chi phí. HPLC cũng có độ nhạy cao, giúp phát hiện nồng độ thấp của các chất này trong thực phẩm.

3.1. Quy trình thực hiện phương pháp HPLC

Quy trình phân tích bằng HPLC bao gồm các bước như chuẩn bị mẫu, lựa chọn cột sắc ký, điều chỉnh điều kiện phân tích và xử lý dữ liệu. Mỗi bước đều cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo kết quả chính xác.

3.2. Đánh giá độ chính xác và độ nhạy của phương pháp

Độ chính xác và độ nhạy của phương pháp HPLC được đánh giá thông qua các thử nghiệm lặp lại và so sánh với các phương pháp khác. Kết quả cho thấy HPLC có khả năng phát hiện nồng độ thấp của acid benzoic và acid sorbic, từ đó khẳng định tính hiệu quả của phương pháp này.

IV. Ứng dụng thực tiễn của phương pháp phân tích trong ngành thực phẩm

Phương pháp phân tích acid benzoic và acid sorbic không chỉ có ý nghĩa trong nghiên cứu mà còn có ứng dụng thực tiễn quan trọng trong ngành thực phẩm. Việc xác định nồng độ của các chất này giúp các nhà sản xuất đảm bảo an toàn cho sản phẩm của mình, đồng thời tuân thủ các quy định của pháp luật về an toàn thực phẩm.

4.1. Kiểm soát chất lượng thực phẩm

Việc phân tích nồng độ acid benzoic và acid sorbic giúp kiểm soát chất lượng thực phẩm, đảm bảo rằng sản phẩm không vượt quá giới hạn cho phép. Điều này không chỉ bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng mà còn giúp nâng cao uy tín của nhà sản xuất.

4.2. Nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới

Phân tích các chất bảo quản trong thực phẩm cũng hỗ trợ cho việc nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới. Các nhà khoa học có thể tìm ra các công thức mới, tối ưu hóa quy trình sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu phương pháp phân tích acid benzoic và acid sorbic trong thực phẩm không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp phân tích mới, cải thiện độ nhạy và độ chính xác, đồng thời mở rộng ứng dụng của chúng trong ngành thực phẩm.

5.1. Hướng đi mới trong nghiên cứu

Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp phân tích nhanh và hiệu quả hơn, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho các nhà sản xuất thực phẩm.

5.2. Tăng cường hợp tác giữa các nhà nghiên cứu và ngành công nghiệp

Sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu và ngành công nghiệp sẽ giúp đưa các phương pháp phân tích mới vào ứng dụng thực tiễn, từ đó nâng cao chất lượng thực phẩm và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo thống kê từ Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), mỗi năm tại Việt Nam ghi nhận khoảng hơn 3 triệu trường hợp nhiễm độc thực phẩm, gây tổn thất kinh tế ước tính vượt mức 200 triệu USD, tương đương hơn 4.000 tỷ đồng. Trong ngành công nghiệp chế biến hiện đại, acid benzoic, acid sorbic cùng các muối benzoat, sorbat là những phụ gia bảo quản chống nấm men, nấm mốc phổ biến hàng đầu; trong khi saccharin và aspartam là các chất tạo ngọt tổng hợp có độ ngọt gấp từ 200 đến 300 lần đường saccharose nhưng không cung cấp năng lượng. Mặc dù được phép sử dụng trong danh mục phụ gia thực phẩm của Bộ Y tế, việc lạm dụng quá liều lượng quy định tiềm ẩn hiểm họa sức khỏe nghiêm trọng. Đơn cử, khi kết hợp với acid ascorbic, natri benzoat có thể tạo thành benzen – một tác nhân gây ung thư nguy hiểm; trong khi aspartam khi phân giải giải phóng phenylalanine có thể gây tổn thương hệ thần kinh trung ương ở bệnh nhân mắc hội chứng phenylketonuria.

Một khảo sát thực tế tại tỉnh Quảng Bình cho thấy trong 291 mẫu xét nghiệm acid benzoic có tới 23,7% mẫu sử dụng chất này và 46,4% trong số đó vượt quá giới hạn tối đa cho phép; đồng thời 17,5% trong tổng số 286 mẫu chứa acid sorbic với tỷ lệ vi phạm hàm lượng lên đến 50%. Nhằm giải quyết yêu cầu cấp thiết về công tác kiểm nghiệm, đề tài tập trung vào mục tiêu xây dựng và thẩm định quy trình phân tích đồng thời 4 chỉ tiêu gồm acid benzoic, acid sorbic, saccharin và aspartam trên hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC-DAD). Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm từ tháng 05/2014 đến tháng 11/2014 tại Labo Xét nghiệm An toàn vệ sinh thực phẩm thuộc Trường Đại học Kỹ thuật Y tế Hải Dương. Kết quả của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cao, giúp rút ngắn hơn 70% thời gian kiểm nghiệm so với các phương pháp đơn lẻ, nâng cao độ chính xác và hỗ trợ đắc lực cho các cơ quan quản lý chất lượng thực phẩm tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết sắc ký lỏng hiệu năng cao pha đảo (RP-HPLC), trong đó pha tĩnh không phân cực là cột silica biến tính octadecyl (C18) và pha động là dung dịch đệm phân cực. Cơ chế lưu giữ và tách các hợp chất hữu cơ dựa trên sự khác biệt về hệ số phân bố giữa hai pha. Bên cạnh đó, khung lý thuyết quang phổ hấp thụ phân tử tử ngoại – khả kiến (UV-Vis) kết hợp đầu dò mảng diode (DAD) được áp dụng để nhận diện các hợp chất chứa hệ liên kết đôi liên hợp và vòng thơm. Acid benzoic có cực đại hấp thụ ở bước sóng 226 nm, acid sorbic ở bước sóng 254 nm, trong khi saccharin và aspartam hấp thụ mạnh tại bước sóng 210 nm.

Trong quá trình thẩm định phương pháp phân tích, các khái niệm chuẩn hóa theo hướng dẫn của Hiệp hội các nhà Hóa phân tích Chính thức (AOAC) được áp dụng chặt chẽ:

• Giới hạn phát hiện (LOD): Nồng độ thấp nhất của chất phân tích tạo ra tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu đường nền bằng 3 (S/N = 3).
• Giới hạn định lượng (LOQ): Nồng độ nhỏ nhất có thể định lượng với độ đúng và độ chụm tin cậy, ứng với tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu bằng 10 (S/N = 10).
• Hệ số chọn lọc (alpha) và Độ phân giải (Rs): Đại lượng đánh giá mức độ tách biệt giữa hai pic sắc ký cạnh nhau, yêu cầu alpha > 1,05 và Rs ≥ 1,5 để đảm bảo pic tách hoàn toàn với độ xen phủ dưới 0,3%.
• Độ thu hồi (R%): Tỷ lệ phần trăm giữa lượng chất tìm thấy so với lượng chuẩn thêm vào nền mẫu thực tế, phản ánh độ đúng của quy trình.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ hơn 50 mẫu thực phẩm lưu thông trên thị trường thành phố Hải Dương trong giai đoạn từ tháng 05/2014 đến tháng 11/2014. Các mẫu bao gồm 5 nhóm nền phức tạp: bánh kẹo (bánh đậu xanh, kẹo mềm), hoa quả chế biến (ô mai, dưa chuột muối), thạch bách vị, nước giải khát đóng chai và sản phẩm chế biến từ thịt (xúc xích tiệt trùng). Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên đại diện tại các chợ truyền thống, đại lý bán buôn, siêu thị và khu vực cổng trường học được áp dụng. Khối lượng mẫu lấy từ 200 đến 500 gam đối với mẫu rắn hoặc 500 ml đối với mẫu lỏng, bảo quản trong túi polyethylene kín vô trùng.

Lý do lựa chọn phương pháp HPLC-DAD thay thế cho phương pháp chuẩn độ thể tích hoặc quang phổ trắc quang truyền thống xuất phát từ tính đa nhiệm, độ nhạy cao và khả năng loại bỏ ảnh hưởng của nền mẫu màu. Quy trình xử lý mẫu tối ưu được thiết kế gồm các bước: cân chính xác 2 đến 5 gam mẫu rắn (hoặc 5 đến 10 ml mẫu lỏng), thêm 5 ml methanol để hòa tan dạng acid tự do, lắc vortex rồi bổ sung 30 ml nước cất, tiến hành chiết siêu âm trong 30 phút. Hỗn hợp được chuyển vào bình định mức 100 ml, kết tủa tạp chất protein và chất béo bằng 2 ml dung dịch Carrez I (K4[Fe(CN)6] 15%) và 2 ml dung dịch Carrez II (ZnSO4 30%), sau đó định mức bằng nước cất, lọc qua giấy lọc băng xanh và màng lọc nylon kích thước lỗ 0,45 µm trước khi bơm vào hệ thống HPLC.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát và thẩm định phương pháp phân tích trên thiết bị sắc ký Agilent 1200 HPLC-DAD đã đạt được các kết quả kỹ thuật vượt trội:

• Tối ưu hóa điều kiện sắc ký: Cột Agilent C18 (kích thước 250 mm x 4,6 mm x 5 µm) duy trì ở nhiệt độ 30 độ C, thể tích tiêm mẫu 20 µl. Pha động gồm kênh A (Acetonitril) và kênh D (đệm KH2PO4 0,02M điều chỉnh pH = 4,3) chạy theo chương trình gradient biến thiên tốc độ dòng từ 0,6 đến 1,0 ml/phút trong tổng thời gian 10 phút. Thời gian lưu ghi nhận lần lượt là saccharin (6,52 phút), aspartam (8,23 phút), acid benzoic (9,39 phút) và acid sorbic (9,87 phút).
• Tính phù hợp và độ đặc hiệu của hệ thống: Thử nghiệm lặp lại 6 lần liên tiếp trên dung dịch chuẩn hỗn hợp cho thấy độ lệch chuẩn tương đối (RSD%) của thời gian lưu đạt từ 0,07% đến 0,215%, và RSD% của diện tích pic dao động từ 0,1866% đến 0,8582%, thấp hơn rất nhiều so với ngưỡng khống chế 2,0% của AOAC. Độ phân giải giữa các pic đạt từ 5,8 đến 19,6 với hệ số tách alpha đạt từ 1,05 đến 1,27.
• Độ nhạy của thiết bị: Giới hạn phát hiện (LOD) của thiết bị đối với acid sorbic là 0,0162 ppm, saccharin là 0,0216 ppm, acid benzoic là 0,0843 ppm và aspartam là 0,58 ppm. Giới hạn định lượng (LOQ) tương ứng lần lượt là 0,05346 ppm; 0,07128 ppm; 0,27819 ppm và 1,914 ppm.
• Khoảng tuyến tính và độ thu hồi: Đường chuẩn của 4 chất thể hiện sự tương quan tuyến tính rất cao với hệ số R2 > 0,999 trong khoảng nồng độ rộng (saccharin: 0,02 – 80 ppm; aspartam: 0,5 – 90 ppm; acid benzoic: 0,08 – 90 ppm; acid sorbic: 0,01 – 85 ppm). Độ thu hồi trên các nền mẫu thực tế đạt từ 85,4% đến 103,8% với độ lặp lại RSD < 4,5%.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm có thể được hệ thống hóa trực quan thông qua bảng đối chiếu thông số sắc ký và biểu đồ đường chuẩn tuyến tính. Việc kiểm soát pH pha động ở mức 4,3 đóng vai trò then chốt: tại giá trị này, saccharin (pKa = 3,86) và acid benzoic (pKa = 4,21) bắt đầu phân ly một phần sang dạng ion, giúp rút ngắn thời gian tương tác với bề mặt kỵ nước của cột C18; trong khi acid sorbic (pKa = 4,76) và aspartam (pKa = 4,5 - 6,0) vẫn giữ cấu trúc phân tử ổn định, tạo ra khoảng cách rửa giải đồng đều giữa 4 chất mà không làm giãn chân pic.

Khi so sánh với các nghiên cứu trước đây, quy trình này thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội. Phương pháp điện di mao quản của các tác giả quốc tế đòi hỏi thời gian phân tích từ 15 đến 20 phút với thiết bị chuyên dụng đắt tiền, trong khi phương pháp HPLC pha đảo truyền thống của một số nhóm tác giả nước ngoài mất tới 40 phút cho mỗi chu trình chạy mẫu cola. Phương pháp mới xây dựng trong luận văn đã rút ngắn thời gian phân tích xuống còn đúng 10 phút, tiết kiệm 75% lượng dung môi hữu cơ acetonitril độc hại. Việc sử dụng cặp thuốc thử Carrez I và II kết hợp chiết siêu âm với 5 ml methanol đã nâng cao hiệu suất thu hồi trên nền mẫu giàu protein và chất béo như xúc xích lên hơn 92%, khắc phục hoàn toàn hiện tượng tạo nhũ tương gây tắc nghẽn cột sắc ký.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao hiệu lực kiểm soát chất lượng thực phẩm và phát huy tối đa giá trị khoa học của đề tài, các giải pháp cụ thể được kiến nghị như sau:

• Ban hành quy trình thao tác chuẩn (SOP): Đề nghị Chi cục An toàn vệ sinh thực phẩm và các Trung tâm Y tế Dự phòng chuẩn hóa quy trình phân tích đồng thời 4 hoạt chất bằng HPLC-DAD vào hệ thống quản lý ISO/IEC 17025 trong vòng 6 tháng tới, nhằm giảm 40% chi phí kiểm nghiệm hóa chất cho các đơn vị sự nghiệp.
• Mở rộng phạm vi kiểm soát thị trường: Lực lượng Quản lý thị trường và Thanh tra Y tế tỉnh Hải Dương cần triển khai kế hoạch thanh tra định kỳ hàng quý đối với 100% cơ sở sản xuất bánh đậu xanh, ô mai và các điểm bán lẻ thực phẩm quanh trường học, tập trung giám sát các lô hàng có nguy cơ vượt ngưỡng giới hạn tối đa (ML) 1.000 mg/kg đối với acid benzoic và 2.000 mg/kg đối với acid sorbic.
• Đầu tư hạ tầng phân tích chuyên sâu: Các trường đại học và viện nghiên cứu cần bổ sung kinh phí trong giai đoạn 2024 - 2026 để trang bị thêm cột tách C18 dự phòng và hệ thống chuẩn bị mẫu bán tự động, phấn đấu nâng công suất phân tích lên mức 50 mẫu/ngày làm việc.
• Hoàn thiện quy định ghi nhãn dinh dưỡng: Bộ Y tế cần bổ sung văn bản quy phạm pháp luật yêu cầu các doanh nghiệp sản xuất đồ uống bắt buộc ghi rõ nồng độ định lượng chính xác của saccharin và aspartam trên bao bì, kèm theo cảnh báo sức khỏe rõ ràng cho người tiêu dùng mắc chứng không dung nạp phenylketonuria.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Tài liệu luận văn là công trình nghiên cứu ứng dụng có độ tin cậy cao, đặc biệt hữu ích cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

• Chuyên viên kiểm nghiệm và kiểm soát chất lượng (QA/QC): Các kỹ thuật viên tại phòng kiểm nghiệm nhà máy chế biến thực phẩm, nước giải khát có thể áp dụng ngay quy trình để kiểm soát dư lượng chất bảo quản và đường hóa học trong nguyên liệu đầu vào và thành phẩm lưu kho.
• Cán bộ quản lý an toàn thực phẩm: Cán bộ thuộc Cục An toàn thực phẩm, Viện Kiểm nghiệm An toàn Vệ sinh Thực phẩm Quốc gia và Trung tâm Kiểm soát Bệnh tật (CDC) các tỉnh có cơ sở khoa học vững chắc để đánh giá nguy cơ phơi nhiễm phụ gia trong cộng đồng.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên: Sinh viên các chuyên ngành Hóa phân tích, Hóa dược phẩm, Công nghệ Thực phẩm và Độc chất học có thể sử dụng tài liệu như một cẩm nang mẫu mực về quy trình tối ưu hóa sắc ký HPLC và thẩm định phương pháp theo tiêu chuẩn quốc tế.
• Doanh nghiệp sản xuất và chế biến thực phẩm: Đội ngũ nghiên cứu và phát triển sản phẩm (R&D) tại các cơ sở sản xuất bánh kẹo truyền thống có thể tham khảo nhằm tính toán chính xác liều lượng phụ gia an toàn, đảm bảo tuân thủ nghiêm ngặt quy định pháp luật hiện hành.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần phân tích đồng thời chất bảo quản và chất tạo ngọt bằng HPLC-DAD thay vì phương pháp truyền thống? Các phương pháp truyền thống như chuẩn độ hoặc trắc quang UV đòi hỏi tách riêng từng chất, tiêu tốn nhiều thể tích dung môi hữu cơ độc hại như cloroform hay dietyl ete và mất hơn 3 giờ cho mỗi mẫu. Kỹ thuật HPLC-DAD cho phép định tính và định lượng đồng thời cả 4 hoạt chất chỉ trong 10 phút với độ chọn lọc cao, loại trừ hoàn toàn sai số do chất màu trong thực phẩm.

Vai trò của việc bổ sung methanol trong giai đoạn đầu của quá trình xử lý mẫu là gì? Các chất phụ gia khi đưa vào thực phẩm có thể tồn tại ở cả dạng muối hòa tan trong nước và dạng acid tự do khó tan trong nước. Bổ sung 5 ml methanol trước khi thêm nước giúp hòa tan triệt để các phân tử acid benzoic và acid sorbic tự do bám dính trong chất nền hữu cơ, nâng cao diện tích pic sắc ký và tăng hiệu suất thu hồi thêm 15% đến 20%.

Tại sao giá trị pH = 4,3 của pha động lại được chọn là điều kiện tối ưu? Ở pH = 3, các chất đều ở dạng phân tử acid nên lưu giữ quá lâu trên cột làm tăng thời gian phân tích trên 15 phút. Ở pH = 5, aspartam kém bền và các pic bị co ngắn dễ lẫn tạp chất. Mức pH = 4,3 tạo sự cân bằng điện ly tối ưu, giúp 4 pic sắc ký tách rời rõ nét với độ phân giải Rs từ 5,8 đến 19,6.

Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp đáp ứng yêu cầu kiểm nghiệm như thế nào? LOD của phương pháp đạt mức rất thấp, từ 0,0162 ppm đối với acid sorbic đến 0,58 ppm đối với aspartam; LOQ từ 0,05346 ppm đến 1,914 ppm. Các giá trị này nhạy hơn hàng trăm lần so với ngưỡng giới hạn tối đa cho phép của Bộ Y tế (từ 500 đến 3.000 mg/kg), đảm bảo phát hiện chính xác ngay cả khi hàm lượng phụ gia ở mức vết.

Quy trình này có áp dụng được cho các nền mẫu thực phẩm phức tạp, giàu dầu mỡ không? Phương pháp hoàn toàn tương thích với các nền mẫu phức tạp như xúc xích, bánh đậu xanh hay dưa muối. Việc sử dụng hệ thuốc thử Carrez I và Carrez II đã kết tủa hoàn toàn protein và nhũ tương chất béo, dịch lọc thu được trong suốt không gây tăng áp suất hay làm hỏng cột sắc ký C18.

Kết luận

• Xây dựng thành công quy trình phân tích đồng thời 4 chỉ tiêu acid benzoic, acid sorbic, saccharin và aspartam trên hệ thống HPLC-DAD với thời gian sắc ký chỉ 10 phút.
• Tối ưu hóa điều kiện rửa giải gradient trên cột Agilent C18 với pha động đệm KH2PO4 0,02M (pH = 4,3) và acetonitril, đạt hệ số phân giải cao và độ lặp lại RSD < 1%.
• Phương pháp có độ nhạy vượt trội với LOD đạt từ 0,0162 đến 0,58 ppm và LOQ từ 0,05346 đến 1,914 ppm, đáp ứng trọn vẹn các yêu cầu thẩm định theo tiêu chuẩn AOAC.
• Xử lý mẫu hiệu quả trên 5 nhóm thực phẩm đại diện với độ thu hồi đạt từ 85,4% đến 103,8%, khẳng định tính khả thi cao trong kiểm nghiệm thực tế.
• Đóng góp luận văn: Cung cấp giải pháp kỹ thuật tin cậy, tiết kiệm chi phí cho các phòng kiểm nghiệm vệ sinh an toàn thực phẩm tuyến tỉnh và mở ra hướng nghiên cứu mở rộng phân tích các phụ gia thế hệ mới trong lộ trình 2025 - 2027. Hãy áp dụng ngay quy trình chuẩn hóa này để nâng cao năng lực kiểm định chất lượng tại đơn vị của bạn!

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Chất lƣợng thực phẩm nói chung, chất lƣợng an toàn vệ sinh thực phẩm nói riêng là vấn đề có tầm quan trọng đặc biệt, ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khỏe con ngƣời và nền kinh tế của xã hội. Gần đây, liên tiếp xảy ra các vụ ngộ độc tại nhiều địa phƣơng trên toàn quốc, cũng nhƣ việc xuất hiện nhiều mặt hàng không rõ nguồn gốc xuất xứ hoặc sử dụng những phụ gia ngoài danh mục cho phép hay sử dụng quá hàm lƣợng cho phép. Tác hại do sử dụng phụ gia sai quy định có thể ảnh hƣởng đối với sức khỏe con ngƣời. Những tác động này thƣờng không xảy ra cấp tính, rầm rộ và nguy kịch mà diễn biến lâu dài do tích lũy trong cơ thể.

Theo Tổ chức Y tế Thế giới, ở Việt Nam hàng năm có khoảng hơn 3 triệu trƣờng hợp nhiễm độc, gây thiệt hại hơn 200 triệu USD (khoảng 4000 tỷ VND). Acid sorbic, acid benzoic và một số muối của chúng là những phụ gia đƣợc phép sử dụng với nồng độ đủ để bảo quản sản phẩm thì chúng không gây độc cho cơ thể con ngƣời. Tuy nhiên, một số nhà sản xuất đã dùng quá hàm lƣợng cho phép ảnh hƣởng tới sức khoẻ, gây ngộ độc cấp và mãn tính. Tổ chức Y tế thế giới, tổ chức Nông Lƣơng thế giới đã thử nghiệm natri benzoat trên chuột sau nhiều ngày trọng lƣợng chuột giảm, hại gan và thận dẫn tới chết, thử nghiệm trên chó thì dẫn tới thần kinh, kết hợp với acid ascobic trong thực phẩm natri benzoat có thể gây ung thƣ do tạo ra benzen.

Năm 2012, nghiên cứu của Nguyễn Thị Thanh Hƣơng trên địa bàn tỉnh Quảng Bình cho thấy: Tổng số mẫu xét nghiệm acid benzoic là 291 có 69 mẫu thực phẩm sử dụng chất bảo quản acid benzoic chiếm là 23,7%, trong các thực phẩm sử dụng chất bảo quản acid benzoic tỷ lệ mẫu thực phẩm sử dụng vƣợt quá giới hạn cho phép là 46,4%. Tổng số mẫu xét nghiệm acid sorbic là 286 có 50 mẫu thực phẩm sử dụng chất bảo quản acid sorbic chiếm là 17,5%, trong các thực phẩm sử dụng chất bảo quản acid sorbic tỷ lệ mẫu thực phẩm sử dụng vƣợt quá giới hạn cho phép là 50% [3]. Nguyễn Thị Hồng Thúy 1 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Đƣờng hóa học (hay là chất ngọt tổng hợp) là chất không có trong tự nhiên, có vị ngọt rất cao so với đƣờng kính saccharose và không hề có một giá trị dinh dƣỡng. Thƣờng dùng trong việc điều trị cho những ngƣời bệnh thừa cân hay đái tháo đƣờng.

Các đƣờng hóa học nhƣ: saccharin, manitol, acesulfam K, aspartam, isomalt, sorbitol, sucraloza đƣợc phép sử dụng trong chế biến thực phẩm với giới hạn tối đa và có quy định của Bộ Y tế [12]. Tuy vậy, các chất này có thể gây ảnh hƣởng tới sức khỏe ngƣời dùng ở các mức độ khác nhau tuỳ thuộc vào liều lƣợng đƣa vào cơ thể. Điều nguy hiểm là loại đƣờng này hòa tan trong nƣớc, không màu, không mùi nên khó phát hiện. Chỉ có thể chỉ tên "đích danh" qua phân tích hoá học.

Nếu nhà sản xuất chỉ cần cho 7 phần đƣờng mía và 3 phần đƣờng hóa học thì ngay cả các chuyên gia cũng không thể phát hiện ra. Cho đến nay có rất nhiều phƣơng pháp khác nhau để xác định chất bảo quản và chất tạo ngọt. Tuy nhiên, để định lƣợng đƣợc đồng thời chất quản: acid benzoic, acid sorbic và chất tạo ngọt trong thực phẩm, phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) có nhiều ƣu điểm vƣợt trội. Phƣơng pháp này có độ nhạy, độ chính xác cao, thao tác đơn giản, có thể đồng thời xác định dƣợc nhiều chất.

Xuất phát từ vấn đề trên, đề tài: “Nghiên cứu phương pháp phân tích acid benzoic, acid sorbic, muối của chúng và một số chỉ tiêu đường hóa học trong đối tượng thực phẩm” nhằm giải quyết 2 mục tiêu: 1. Xây dƣ̣ng đƣơ ̣c quy trin ̀ h phân tić h acid benzoic, acid sorbic và chất tạo ngọt saccharin, aspartam trong thực phẩm tại Labo Xét nghiệm ATVSTP. Thẩ m đinh ̣ đƣơ ̣c phƣơng pháp xác đinh ̣ acid benzoic, acid sorbic và chất tạo ngọt saccharin, aspartam trong thực phẩm đã xây dƣ̣ng tại Labo XN ATVSTP. Nguyễn Thị Hồng Thúy 2 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.

Giới thiệu chung về chất bảo quản và chất tạo ngọt 1. Tính chất của acid benzoic, acid sorbic, saccharin và aspartam Tên hóa học, các tính chất, công thức cấu tạo của acid benzoic, acid sorbic, saccharin và aspartam đƣợc cho trong bảng 1. Tính chất của acid benzoic, acid sorbic, saccharin và aspartam Acid benzoic Acid sorbic saccharine Aspartam Tên Acid benzoic, Acid sorbic, 1,2-Benzisothiazol- Aspartyl hóa acid benzen acid 2.4 – 3(2H)-on-1,1- phenylamin học carboxylic, hexadienoic dioxid; metyl ester, acid phenol 3-oxo-2,3- 3-Amino-N-(α arboxylic dihydrobenzo[d]iso carbomethoxy- thiazol-1,1-dioxid phenyletyl)-acid succinamic CTPT C7H6O2 C6H8O2 C7H5NO3S C14H18N2O5 (C6H5COOH) KLPT 122,12 g/mol 112,12 g/mol 183,18 g/mol 294,31 g/mol pKa 4,21 4,76 3,86 4,5-6,0 CTCT Tính - Tinh thể rắn - Tinh thể hình - Tinh thể hoặc bột - Tinh thể màu chất màu trắng, có kim không màu tinh thể trắng, trắng, không mùi vật lý dạng vảy hoặc hoặc bột trơn - không mùi hoặc có vị ngọt mạnh. hình kim chảy màu trắng, có mùi thơm nhẹ.

- Ít tan trong - có mùi đặc - có mùi nhẹ đặc - Ít tan trong nƣớc, nƣớc và ethanol trƣng rất nhẹ trƣng ethanol, tan trong - tan ít trong - ít tan trong dung dịch kiềm. nƣớc, tan vô nƣớc, tan nhiều - Giữ đƣợc độ ngọt hạn trong trong ethanol, ở nhiệt độ cao. Nguyễn Thị Hồng Thúy 3 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Tác dụng và tác hại của việc sử dụng acid sorbic, acid benzoic và saccharin, aspartam.

Tác dụng của một số chất bảo quản trên vi sinh vật được thể hiện ở bảng 1. Ảnh hưởng của một số chất bảo quản trên vi sinh vật Chất chống vi sinh vật Vi khuẩn Nấm men Nấm mốc Nitrit ++ - - Sulfit ++ ++ + Acid formic + ++ ++ Acid propionic + ++ ++ Acid benzoic ++ +++ +++ Acid sorbic + +++ +++ Acid este-p hydrobenzoic ++ +++ +++ Biphenyl - ++ ++ Chú thích: - Không tác dụng + Tác dụng yếu + + Tác dụng trung bình +++ Tác dụng mạnh 1. Tác dụng, tác hại và giới hạn cho phép của việc sử dụng acid benzoic Acid benzoic và các benzoat là chất sát trùng mạnh đối với nấm men và các nấm mốc, có tác dụng yếu đối với các vi khuẩn. Tác dụng bảo quản chỉ xảy ra ở môi trƣờng acid pH = 2,5 – 3,5.

Đảm bảo hiệu quả tác dụng bảo quản, nồng độ natri benzoat có trong sản phẩm phải đạt tới 0,07 – 0,1%. Các nồng độ này của acid benzoic và natri benzoat không có hại đối với cơ thể con ngƣời. Nƣớc quả và rau quả nghiền bảo quản bằng các benzoat thƣờng có màu thâm đen so với sản phẩm sunfit hoá. Trong cơ thể acid benzoic và các benzoat tác dụng với acid ascorbic hình thành benzen, một chất gây ung thƣ.

Natri benzoat có thể phá huỷ và khử hoạt tính của ADN trong ti thể tế bào. Ti thể tiêu thụ ôxi để tổng hợp ATP, cung cấp năng lƣợng cho cơ thể, khi ADN bị phá huỷ sẽ gây ra các Nguyễn Thị Hồng Thúy 4 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] triệu chứng về thần kinh bao gồm hội chứng Parkinson và các hội chứng thoái hoá thần kinh khác, làm tăng quá trình lão hóa của cơ thể. [3] Giới hạn cho phép (ML) của acid benzoic trong thịt và các sản phẩm từ thịt, trong nƣớc chấm và các sản phẩm tƣơng tự 1000mg/kg; trong các loại thủy sản, sản phẩm thủy sản ngâm dấm, kể cả nhuyễn thể, giáp xác, da gai 2000mg/kg. Tác dụng, tác hại và giới hạn cho phép của việc sử dụng acid sorbic Acid sorbic và các sorbate có tác dụng sát trùng mạnh đối với nấm men và nấm mốc, các vi sinh vật này là nguyên nhân chủ yếu gây hƣ hỏng sản phẩm rau quả, tác dụng rất yếu đối với vi khuẩn.

Sử dụng Acid sorbic đem lại kết quả tốt trong công nghiệp chế biến rau quả, trong công nghiệp rƣợu nho, trong sản xuất đồ hộp sữa và các sản phẩm sữa, các sản phẩm cá, các sản phẩm thịt loại thịt dồi, xúc xích, các sản phẩm bánh mỳ. [11] Khi sử dụng acid sorbic với hàm lƣợng vƣợt mức cho phép sẽ ảnh hƣởng không tốt đến sức khoẻ ngƣời sử dụng. Các chất này có thể gây dị ứng, gây hiện tƣợng đầy bụng, đầy hơi, khó tiêu. Nếu tích tụ lâu ngày sẽ gây hại cho gan, thận, thậm chí có thể gây ung thƣ.

[3] Giới hạn cho phép (ML) của acid sorbic trong các loại pho mát cao nhất là 3000mg/kg; trong các loại bánh nƣớng là 2000mg/kg; trong nƣớc chấm và các sản phẩm tƣơng tự : 2000mg/kg; viên xúp và nƣớc thịt: 1000mg/kg. Tác dụng, tác hại và giới hạn cho phép của việc sử dụng saccharin Là chất làm ngọt nhân tạo không có năng lƣợng, độ ngọt gấp khoảng 300 lần đƣờng mía, nhƣng có dƣ vị kim loại hơi đắng, đặc biệt là ở nồng độ cao. Khi đi vào cơ thể, saccharin không bị hấp thụ vào các bộ phận trong cơ thể mà đƣợc thải hồi sau đó qua đƣờng tiểu tiện. Dùng để làm ngọt các sản phẩm nhƣ đồ uống, kem, chè, bánh kẹo, bánh quy, các loại thuốc và kem đánh răng [7], [11].

Năm 1977, Canada và FDA Hoa Kỳ cấm sử dụng hóa chất này vì phát hiện gây ung thƣ bàng quang ở chuột. Nhƣng trƣớc áp lực của dân chúng và nhà sản xuất, Quốc hội Hoa Kỳ cho phép dùng với điều kiện phải có hàng chữ “có nguy cơ độc hại cho sức khỏe” (potentially hazardous to health). Năm 2000, FDA Hoa Kỳ Nguyễn Thị Hồng Thúy 5 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] lấy hàng chữ này ra vì có những nghiên cứu chứng minh sự an toàn của saccharin. Tuy nhiên, hiện nay một số nghiên cứu hiện đại lại chỉ ra rằng, saccharin có thể tạo ra dị ứng cho cơ thể nhƣ nhức đầu, tiêu chảy, da bị tróc v.v… Đối với các phụ nữ đang mang thai, saccharin có thể đi thẳng vào bào thai và nằm yên trong đó trong suốt thời kỳ mang thai, do đó thai nhi có thể bị ảnh hƣởng và tạo nên những chứng rối loạn chức năng của cơ bắp.

Dùng nhiều lƣợng saccharin có thể sinh ra chứng béo phì. Tuy nhiên tất cả những biến chứng do việc xử dụng saccharin vẫn còn là một tranh cãi và chƣa có kết luận nào có tình cách thuyết phục. [30] Một khả năng gây nguy hiểm khác của saccharin là khả năng gây dị ứng.