Khóa luận nghiên cứu sản xuất mẫu chuẩn kali sorbat và natri benzoat trong nước cam

Khóa luận nghiên cứu quy trình sản xuất mẫu chuẩn kali sorbat và natri benzoat trong nước cam, đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm.

• Tác giả: Nguyễn Thị Trang
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Mạnh Hùng
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược học
• Đề tài: Nghiên Cứu Sản Xuất Mẫu Chuẩn Kali Sorbat Và Natri Benzoat Trong Nước Cam
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về mẫu chuẩn
• 1.2. Tổng quan về chất bảo quản
• 1.2.1. Axit benzoic, và các benzoat
• 1.2.2. Axit sorbic và các sorbat
• 1.3. Tổng quan về nghiên cứu mẫu chuẩn hiện nay
• 1.4. Tổng quan về phương pháp phân tích
• 1.4.1. Nguyên tắc chung của HPLC
• 1.4.2. Pha tĩnh trong HPLC
• 1.4.3. Pha động trong HPLC
• 1.4.4. Một số đại lượng đặc trưng của HPLC
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Chỉ tiêu phân tích
• 2.3. Phương tiện nghiên cứu
• 2.4. Thiết bị phân tích mẫu
• 2.5. Hóa chất, dung môi dùng trong phân tích
• 2.6. Thiết bị, dụng cụ tạo mẫu
• 2.7. Nội dung nghiên cứu
• 2.7.1. Chuẩn bị, khảo sát trước nghiên cứu
• 2.7.2. Sản xuất mẫu chuẩn chứa natri benzoat và kali sorbat
• 2.8. Phương pháp nghiên cứu
• 2.8.1. Phương pháp lấy mẫu
• 2.8.2. Phương pháp đánh giá
• 2.8.3. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ - BÀN LUẬN
• 3.1. Giá trị ấn định, độ không đảm bảo đo của giá trị chứng nhận
• 3.1.1. Giá trị ấn định
• 3.1.2. Độ không đảm đo của giá trị chứng nhận
• 3.2. Quy trình sản xuất mẫu chuẩn
• 3.2.1. Chuẩn bị trước sản xuất
• 3.2.2. Quy trình sản xuất mẫu nước cam
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu sản xuất kali sorbat và natri benzoat

Nghiên cứu sản xuất mẫu chuẩn kali sorbat và natri benzoat trong nước cam là một lĩnh vực quan trọng trong ngành thực phẩm. Chất bảo quản này giúp kéo dài thời gian sử dụng và duy trì chất lượng sản phẩm. Việc hiểu rõ về quy trình sản xuất và ứng dụng của chúng là cần thiết để đảm bảo an toàn thực phẩm.

1.1. Định nghĩa và vai trò của kali sorbat và natri benzoat

Kali sorbat và natri benzoat là hai chất bảo quản phổ biến trong thực phẩm. Chúng giúp ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc, từ đó bảo vệ chất lượng nước cam và các sản phẩm khác.

1.2. Tầm quan trọng của mẫu chuẩn trong nghiên cứu

Mẫu chuẩn là công cụ thiết yếu trong việc xác định hàm lượng chất bảo quản. Chúng đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy trong các phương pháp phân tích, từ đó hỗ trợ kiểm soát chất lượng sản phẩm.

II. Thách thức trong sản xuất mẫu chuẩn kali sorbat và natri benzoat

Việc sản xuất mẫu chuẩn kali sorbat và natri benzoat gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như độ đồng nhất, độ ổn định và quy trình sản xuất đều cần được xem xét kỹ lưỡng. Những thách thức này ảnh hưởng đến chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm cuối cùng.

2.1. Độ đồng nhất trong sản xuất mẫu chuẩn

Độ đồng nhất là yếu tố quan trọng trong sản xuất mẫu chuẩn. Việc đảm bảo rằng mỗi mẫu đều có hàm lượng kali sorbat và natri benzoat giống nhau là rất cần thiết để đạt được kết quả chính xác trong phân tích.

2.2. Độ ổn định của mẫu chuẩn trong thời gian

Độ ổn định của mẫu chuẩn là một thách thức lớn. Các yếu tố như nhiệt độ, ánh sáng và độ ẩm có thể ảnh hưởng đến hàm lượng chất bảo quản, do đó cần có các biện pháp bảo quản hợp lý.

III. Phương pháp sản xuất mẫu chuẩn kali sorbat và natri benzoat

Phương pháp sản xuất mẫu chuẩn kali sorbat và natri benzoat trong nước cam bao gồm nhiều bước quan trọng. Từ việc lựa chọn nguyên liệu đến quy trình sản xuất, mỗi bước đều cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

3.1. Quy trình sản xuất mẫu chuẩn

Quy trình sản xuất mẫu chuẩn bao gồm các bước như chuẩn bị nguyên liệu, sản xuất và đóng gói. Mỗi bước đều cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng.

3.2. Các thiết bị cần thiết trong sản xuất

Các thiết bị như máy trộn, máy đóng gói và thiết bị phân tích là cần thiết trong quy trình sản xuất. Chúng giúp đảm bảo rằng mẫu chuẩn được sản xuất với độ chính xác cao.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mẫu chuẩn kali sorbat và natri benzoat

Mẫu chuẩn kali sorbat và natri benzoat có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành thực phẩm. Chúng không chỉ giúp kiểm soát chất lượng mà còn đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng.

4.1. Kiểm soát chất lượng trong sản xuất thực phẩm

Mẫu chuẩn được sử dụng để kiểm soát chất lượng trong sản xuất thực phẩm. Chúng giúp xác định hàm lượng chất bảo quản và đảm bảo rằng sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn.

4.2. Đánh giá độ ổn định của sản phẩm

Việc sử dụng mẫu chuẩn giúp đánh giá độ ổn định của sản phẩm trong thời gian. Điều này rất quan trọng để đảm bảo rằng sản phẩm vẫn giữ được chất lượng trong suốt thời gian sử dụng.

V. Kết luận về nghiên cứu sản xuất mẫu chuẩn kali sorbat và natri benzoat

Nghiên cứu sản xuất mẫu chuẩn kali sorbat và natri benzoat trong nước cam là một lĩnh vực quan trọng. Việc hiểu rõ quy trình sản xuất và ứng dụng của chúng sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

5.1. Tương lai của nghiên cứu trong lĩnh vực này

Tương lai của nghiên cứu sản xuất mẫu chuẩn sẽ tiếp tục phát triển. Các công nghệ mới và phương pháp phân tích hiện đại sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong sản xuất.

5.2. Đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc cải thiện quy trình sản xuất và đánh giá độ ổn định của mẫu chuẩn. Điều này sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Thị trường nước giải khát không cồn tại Việt Nam đang ghi nhận tốc độ tăng trưởng vượt bậc với mức tiêu thụ bình quân đạt hơn 23 lít/người/năm, chiếm tới 85% tỷ trọng sản xuất của toàn ngành Bia - Rượu - Nước giải khát. Để kéo dài thời hạn sử dụng và chống ôi thiu do nấm men, nấm mốc, hai hợp chất bảo quản phổ biến nhất là kali sorbat (muối của axit 2,4-hexadienoic) và natri benzoat (muối của axit benzoic) được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, việc lạm dụng phụ gia thực phẩm vượt ngưỡng quy định tại Thông tư 24/2019/TT-BYT (giới hạn tối đa 500 mg/kg đối với đồ uống hương liệu và 1000 mg/kg đối với nước ép quả nguyên chất) tiềm ẩn nguy cơ gây độc mãn tính cho người tiêu dùng.

                  CHỖI CUNG ỨNG VÀ KIỂM SOÁT ĐỒ UỐNG

Thực trạng phân tích kiểm nghiệm hiện nay tại các phòng thử nghiệm (PTN) thực phẩm cho thấy nhu cầu cấp thiết về mẫu chuẩn ma trận thực tế. Mẫu chuẩn được chứng nhận (Certified Reference Materials - CRM) là công cụ nền tảng để xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp thử, hiệu chuẩn thiết bị sắc ký và đánh giá độ thành thạo qua so sánh liên phòng theo tiêu chuẩn ISO/IEC 17025:2017. Việc phụ thuộc hoàn toàn vào mẫu chuẩn ngoại nhập dẫn đến chi phí cao, thời gian vận chuyển kéo dài và không tương thích hoàn toàn với nền mẫu đồ uống nội địa.

Mục tiêu nghiên cứu cụ thể của đề tài:

1. Đánh giá độ đồng nhất và độ ổn định của mẫu chuẩn nước cam chứa kali sorbat và natri benzoat theo thời gian thực (25 ± 2 °C) và điều kiện cấp tốc (40 ± 2 °C).
2. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất mẫu chuẩn nước cam (quy mô 6 lít/mẻ) đạt chuẩn ISO 17034:2016.
3. Tổ chức chương trình thử nghiệm thành thạo liên phòng (17 PTN) để ấn định giá trị chứng nhận ($x_{CRM}$) và độ không đảm bảo đo mở rộng ($U_{CRM}$).
4. Thiết lập hạn sử dụng và chu kỳ giám sát độ ổn định cho 02 hệ nền mẫu: nước cam hương liệu và nước cam tự nhiên cô đặc.

Phạm vi và giới hạn: Nghiên cứu tập trung vào 02 nền mẫu nước cam đại diện: Nền hương liệu (mã H23.04-1) nồng độ đích ~250 mg/kg benzoat, ~500 mg/kg sorbat; Nền tự nhiên cô đặc bổ sung pectin (mã H23.04-2) nồng độ đích ~1000 mg/kg benzoat, ~1000 mg/kg sorbat. Giới hạn theo dõi độ ổn định thực nghiệm đạt mốc 76 ngày, ngoại suy kiểm tra lại từ 140 đến 184 ngày.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Trước khi triển khai sản xuất, việc đánh giá các giải pháp kiểm chuẩn hiện hành được tổng hợp chi tiết nhằm xác định khoảng trống công nghệ:

Tiêu chí so sánh	Mẫu CRM nhập khẩu (NIST / JRC / LGC)	Tự pha chuẩn làm việc (In-house Spiking)	Mẫu chuẩn CRM nội địa (NIFC - ISO 17034)
Tính tương thích ma trận	Trung bình (nền mẫu châu Âu/Mỹ)	Kém (chỉ thêm chuẩn vào dung môi/mẫu trắng)	Tuyệt đối (nền nước cam tiêu chuẩn Việt Nam)
Tính liên kết chuẩn đo lường	Đạt chuẩn SI quốc tế	Không có liên kết chuẩn đo lường	Liên kết chuẩn thông qua liên phòng ISO 17034
Chi phí / Đơn vị mẫu	Rất cao (8.000.000 - 15.000.000 VNĐ)	Thấp (chỉ tốn hóa chất gốc)	Tối ưu (giảm 60 - 70% so với nhập khẩu)
Thời gian đáp ứng	4 - 8 tuần (thủ tục hải quan, bảo quản lạnh)	Tức thì	24 - 48 giờ trên toàn quốc
Đánh giá độ không đảm bảo đo	Cung cấp đầy đủ trong Giấy chứng nhận	Không xác định được $u_{hom}, u_{lts}$	Xác định chi tiết: $u_{char}, u_{hom}, u_{lts}$

Yêu cầu kỹ thuật theo mô hình MoSCoW:

• Must have: Đạt độ đồng nhất ($P\text{-value} > 0,05$ qua phân tích ANOVA Single Factor); Định lượng chính xác qua hệ thống HPLC-PDA; Quy trình tiệt trùng không phân hủy hoạt chất.
• Should have: Độ ổn định tối thiểu 120 ngày ở 25 °C; Bao bì nhựa HDPE 50 mL hàn kín màng seal cảm ứng nhiệt cao tần.
• Could have: Mở rộng dải nhiệt độ bảo quản lạnh 5 ± 2 °C để tăng tuổi thọ mẫu lên trên 12 tháng.
• Won't have: Bảo quản ở nhiệt độ > 40 °C do kali sorbat bị oxy hóa mạnh phân hủy liên kết đôi liên hợp ($-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}-$).

                      SƠ ĐỒ PHÂN HỦY NHIỆT VÀ PHỤ THUỘC pH

Thiết kế hệ thống

Quy trình sản xuất và chứng nhận mẫu chuẩn được thiết kế khép kín theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 17034:2016 kết hợp ISO Guide 35:2017:

[Nguyên liệu chuẩn: Benzoic, Sorbic (LGC-Đức)] 
[Đánh giá Độ đồng nhất]   [Đánh giá Độ ổn định (25°C, 40°C)]
(10 lọ x 2 lần lặp)        (Phân tích ANOVA 2 yếu tố)

Cấu hình thiết bị phân tích và đóng gói:

• Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao: Waters HPLC System trang bị đầu dò mảng Photodiode Array (PDA Detector 2998), dải bước sóng 190 - 800 nm, pha tĩnh cột tách C18 ($250 \times 4.6\text{ mm}, 5,\mu\text{m}$).
• Cân phân tích: Sartorius Quintix ($Max = 120\text{ g}, d = 0.00001\text{ g}, Sq_{min} = 3.05\text{ g}$).
• Hệ thống chiết rót: Máy định lượng tự động LFS Việt Nam; Máy hàn seal cảm ứng nhiệt LX 6000A (công suất 2.4 kW, tốc độ băng tải 0 - 5 m/phút).
• Hóa chất: Chuẩn đối chiếu Axit Sorbic và Axit Benzoic tinh khiết phân tích từ LGC Standards (Đức); Dung môi Acetonitrile và Methanol chuẩn sắc ký HPLC từ Merck.

Methodology

Nghiên cứu áp dụng phương pháp luận thống kê đo lường nghiêm ngặt theo ISO Guide 35:2017 và ISO 13528:2022:

                      MÔ HÌNH DỰ BÁO ĐỘ ỔN ĐỊNH DÀI HẠN
      Hàm lượng (mg/L)
                 tcert           tm1

• Độ đồng nhất ($u_{hom}$): Đánh giá qua phân tích phương sai một chiều (One-way ANOVA) trên 10 chai ngẫu nhiên, mỗi chai đo lặp lại 2 lần ($n=2$).
• Độ ổn định dài hạn ($u_{lts}$): Tính toán thông qua mô hình hồi quy tuyến tính cổ điển $y = b_0 + b_1 x$, với $b_1$ là hệ số góc biểu thị tốc độ suy giảm nồng độ theo thời gian: $$s(b_1) = \frac{s}{\sqrt{\sum_{i=1}^n (x_i - \bar{x})^2}}$$ $$u_{lts} = s(b_1) \cdot (t_{m1} + t_{cert})$$
• Giá trị ấn định ($x_{CRM}$): Tính từ trung bình cộng kết quả liên phòng sau khi loại bỏ giá trị bất thường bằng kiểm định Grubbs ở mức ý nghĩa $\alpha = 0.05$.
• Độ không đảm bảo đo tổng hợp ($u_{CRM}$): $$u_{CRM} = \sqrt{u_{char}^2 + u_{hom}^2 + u_{lts}^2}$$ $$U_{CRM} = k \cdot u_{CRM} \quad (k=2, \text{độ tin cậy } 95%)$$

---

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình điều chế mẫu chuẩn được thực hiện qua các công đoạn chuẩn hóa mẻ 6 lít dung dịch nước cam:

# Thuật toán tính toán độ không đảm bảo đo tổng hợp và kiểm định Grubbs
import numpy as np
from scipy import stats

def evaluate_crm(data_char, u_hom, s_b1, t_m1, t_cert):
    """
    data_char: Mảng numpy kết quả từ các PTN sau khi lọc Grubbs
    u_hom: Độ không đảm bảo đo độ đồng nhất
    s_b1: Độ lệch chuẩn hệ số góc hồi quy ổn định
    t_m1, t_cert: Thời gian theo dõi và thời gian hiệu lực (ngày)
    """
    p = len(data_char)
    x_crm = np.mean(data_char)
    s_y = np.std(data_char, ddof=1)
    
    # 1. Độ KĐBĐ đặc tính ấn định
    u_char = s_y / np.sqrt(p)
    
    # 2. Độ KĐBĐ ổn định dài hạn
    u_lts = s_b1 * (t_m1 + t_cert)
    
    # 3. Độ KĐBĐ tổng hợp và mở rộng (k=2)
    u_crm = np.sqrt(u_char**2 + u_hom**2 + u_lts**2)
    U_crm = 2 * u_crm
    
    return {
        "x_CRM": round(x_crm, 2),
        "u_char": round(u_char, 3),
        "u_lts": round(u_lts, 3),
        "u_CRM": round(u_crm, 3),
        "U_CRM_expanded": round(U_crm, 3)
    }

Công thức pha chế cho 1 mẻ sản xuất 6 L:

• Mẫu H23.04-1 (Nước cam hương liệu): Đường kính 500 g, Kali sorbat 3.0 g, Natri benzoat 1.5 g, hương liệu cam và phẩm màu Sunset Yellow, nước cất vừa đủ 6 L.
• Mẫu H23.04-2 (Nước cam tự nhiên): Nước cam cô đặc Vfresh 50%, Kali sorbat 6.0 g, Natri benzoat 6.0 g, Pectin tạo gel ổn định, nước cất vừa đủ 6 L.

Testing và validation

1. Đánh giá độ đồng nhất (Homogeneity Test)

Kết quả định lượng HPLC trên 10 đơn vị mẫu ngẫu nhiên (chạy lặp $n=2$) được xử lý qua ANOVA Single Factor cho thấy:

Chỉ tiêu phân tích	Nền mẫu H23.04-1 (Hương liệu)	Nền mẫu H23.04-2 (Tự nhiên)	Ngưỡng chấp nhận	Kết luận
Natri Benzoat	$P\text{-value} = 0.523$	$P\text{-value} = 0.839$	$P > 0.05$	Đạt độ đồng nhất
Kali Sorbat	$P\text{-value} = 0.287$	$P\text{-value} = 0.248$	$P > 0.05$	Đạt độ đồng nhất

Do tất cả các giá trị $P\text{-value}$ đều lớn hơn 0.05, sự sai khác giữa các lọ mẫu trong cùng một lô sản xuất không có ý nghĩa thống kê, đảm bảo tính đồng nhất tuyệt đối theo ISO Guide 35.

2. Đánh giá độ ổn định (Stability Test)

Thử nghiệm phân tích phương sai 2 yếu tố có lặp lại (ANOVA Two-Factor with Replication) giữa nhiệt độ (25 °C so với 40 °C) và thời gian (0, 39, 75 ngày):

• Ở điều kiện 40 °C: Hàm lượng kali sorbat của mẫu H23.04-1 giảm mạnh từ 431.0 mg/L xuống 194.5 mg/L sau 76 ngày ($P\text{-value theo hàng} = 1.83 \times 10^{-8} < 0.05$).
• Ở điều kiện 25 °C: Hàm lượng của cả 2 chất dao động ổn định trong dải cho phép.

                         BIẾN THIÊN HÀM LƯỢNG THEO NHIỆT ĐỘ
  Nồng độ Kali Sorbat (mg/L)
                  Ngày 0                 Ngày 76

Kết quả đạt được

Chương trình thử nghiệm liên phòng với sự tham gia của 17 phòng thử nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025 đã ấn định thành công các thông số đo lường chính thức của 02 lô mẫu CRM:

Mẫu chuẩn	Hợp chất	$x_{CRM}$ (mg/L)	$u_{char}$	$u_{hom}$	$u_{lts}$	$u_{CRM}$ (mg/L)	$U_{CRM}$ ($k=2$)	Thời hạn kiểm tra lại
H23.04-1	Natri benzoat	218.4	5.100	4.995	9.337	11.753	± 23.51	140 ngày
(Nước cam hương liệu)	Kali sorbat	461.6	6.223	3.053	10.327	12.438	± 24.88	175 ngày
H23.04-2	Natri benzoat	870.8	11.970	11.609	20.928	26.759	± 53.52	224 ngày
(Nước cam tự nhiên)	Kali sorbat	918.6	10.034	6.757	17.345	21.147	± 42.29	184 ngày

Ghi chú: Hạn sử dụng chính thức của mẫu được lấy theo giá trị giới hạn thời gian dưới nhỏ nhất giữa hai chất trong cùng một nền mẫu.

---

Đổi mới và đóng góp

1. Làm chủ công nghệ chế tạo CRM ma trận thực phẩm phức tạp: Khác với các mẫu chuẩn đơn giản trong dung môi nước cất, nghiên cứu này giải quyết thành công bài toán tương tác pha giữa chất bảo quản với hệ keo hữu cơ phức tạp (đường sucrose, acid citric, phẩm màu azo Sunset Yellow và đặc biệt là hydrocolloid pectin trong nước cam cô đặc).
2. Thiết lập quy trình đóng gói kháng nhiệt và rò rỉ: Sử dụng công nghệ đóng seal cảm ứng cao tần trên nền chai nhựa chuyên dụng HDPE 50 mL, kết hợp chu trình tiệt trùng chuẩn hóa ở 115 °C trong 20 phút. Quy trình này ức chế 100% vi sinh vật chỉ thị (E. Coli, Coliform, Pseudomonas aeruginosa, Bào tử kỵ khí khử sulfit) mà không gây phân hủy nhiệt các liên kết sorbat.
3. Tối ưu hóa kinh tế cho hệ thống kiểm nghiệm quốc gia: Giảm thiểu chi phí mua sắm mẫu chuẩn từ mức 12.000.000 VNĐ/lọ (nhập khẩu) xuống còn dưới 3.500.000 VNĐ/lọ, tiết kiệm 70% ngân sách cho các phòng thử nghiệm vừa và nhỏ.
4. Đóng góp dữ liệu đo lường học: Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm chuẩn mực đầu tiên về độ ổn định phân hủy động học của axit sorbic và axit benzoic trong môi trường acid citric giải khát tại điều kiện nhiệt đới ẩm Việt Nam.

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản sử dụng thực tế (Use Cases)

• Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp thử (Method Validation): Đánh giá độ đúng (trueness qua % thu hồi) và độ chụm (precision qua độ lệch chuẩn lặp lại $RSD_r$) cho các phương pháp sắc ký HPLC-UV/DAD theo TCVN 8122:2009 và TCVN 8471:2010.
• Ngoại kiểm và Thử nghiệm thành thạo: Phân phối mẫu chuẩn định kỳ hàng năm cho mạng lưới hơn 50 phòng kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm tuyến tỉnh/thành phố để đánh giá chỉ số z-score.
• Hiệu chuẩn và kiểm soát chất lượng nội bộ (IQC): Sử dụng làm mẫu kiểm soát (QC sample) chạy kèm trong mỗi mẻ phân tích hàng ngày tại các nhà máy sản xuất nước giải khát quy mô công nghiệp.

                      MÔ HÌNH TRIỂN KHAI VÀ PHÂN PHỐI CRM
   [Viện NIFC / Nhà máy sản xuất] 
[Trung tâm Kiểm nghiệm]   [PTN Nhà máy Đồ uống]     [Viện/Trường Đại học]
- Đánh giá liên phòng     - Kiểm soát chất lượng    - Nghiên cứu R&D
- Xác nhận giá trị HPLC   - Hiệu chuẩn định kỳ      - Đào tạo sắc ký

Phân tích chi phí - lợi ích (ROI Analysis)

• Chi phí đầu tư một mẻ 112 lọ: Ước tính 18.500.000 VNĐ (bao gồm hóa chất chuẩn LGC, bao bì seal, chi phí phân tích kiểm tra HPLC và điện năng).
• Giá trị thương mại tạo ra: $112 \text{ lọ} \times 3.000.000 \text{ VNĐ} = 336.000.000\text{ VNĐ}$.
• Tỷ suất hoàn vốn: $\text{ROI} > 1500%$ cho mỗi mẻ sản xuất, thời gian thu hồi vốn dưới 3 tháng sau khi hoàn tất chương trình đánh giá liên phòng.

---

Hạn chế và hướng phát triển

                HẠN CHẾ HIỆN TẠI VÀ LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN
 [Hạn chế: Độ KĐBĐ cao, Hạn dùng < 6 tháng] 

• Hạn chế kỹ thuật hiện tại: Độ không đảm bảo đo mở rộng của mẫu còn tương đối lớn ($U_{CRM} \approx 4.6% - 10.7%$) do sự phân tán kết quả giữa các phương pháp thử nghiệm khác nhau của 17 PTN; Thời hạn sử dụng ngoại suy ở nhiệt độ phòng (25 °C) mới đạt 140 - 184 ngày.
• Ràng buộc tài nguyên: Chưa thể đầu tư dây chuyền đông khô vi bọc bảo vệ hoạt chất để kéo dài tuổi thọ mẫu lên 2 - 3 năm.
• Hướng nghiên cứu tương lai:
  1. Nghiên cứu bảo quản ở dải nhiệt độ đông lạnh -20 °C kết hợp bổ sung chất chống oxy hóa tự nhiên (axit ascorbic) nhằm bảo vệ liên kết đôi của kali sorbat.
  2. Phát triển mẫu chuẩn đa chỉ tiêu: tích hợp đồng thời nhóm benzoat, sorbat cùng các chất tạo ngọt nhân tạo (Aspartam, Acesulfam K, Saccharin) trên cùng một ma trận.
  3. Đăng ký chỉ dẫn liên kết chuẩn quốc tế để xuất khẩu mẫu chuẩn sang các nước trong khu vực ASEAN.

---

Đối tượng hưởng lợi

• Sinh viên & Học viên ngành Dược / Hóa học: Tiếp cận tài liệu thực tế toàn diện về quy trình sản xuất mẫu chuẩn chuẩn hóa theo ISO 17034 và các thuật toán đo lường học nâng cao (ANOVA, hồi quy tuyến tính xác định hạn dùng, kiểm định Grubbs).
• Kiểm nghiệm viên & Kỹ thuật viên phân tích: Nắm vững phương pháp tối ưu hóa sắc ký HPLC-PDA, kỹ thuật xử lý nền mẫu nước quả phức tạp có chứa pectin và phẩm màu nhân tạo.
• Doanh nghiệp sản xuất nước giải khát: Sở hữu nguồn mẫu chuẩn ma trận tương đồng cao với giá thành rẻ để thiết lập hệ thống kiểm soát chất lượng nội bộ đạt chuẩn ISO 9001 và HACCP.
• Cơ quan quản lý nhà nước & Viện nghiên cứu: Tự chủ công nghệ bảo đảm đo lường quốc gia, phục vụ công tác thanh tra, hậu kiểm an toàn thực phẩm minh bạch và chính xác.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Điều kiện kỹ thuật tối thiểu để một phòng thí nghiệm sử dụng mẫu chuẩn này là gì?

PTN cần trang bị hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) tích hợp đầu dò UV-Vis hoặc PDA/DAD, cột sắc ký pha đảo C18 ($250 \times 4.6\text{ mm}, 5,\mu\text{m}$), cân phân tích có độ chính xác tối thiểu $d = 0.0001\text{ g}$, hệ thống lọc màng $0.45,\mu\text{m}$ và hóa chất dung môi đạt cấp độ tinh khiết phân tích (HPLC grade).

2. Tại sao kali sorbat lại kém ổn định hơn natri benzoat khi bảo quản ở nhiệt độ cao (40 °C)?

Axit sorbic và muối kali sorbat chứa hệ thống 2 liên kết đôi liên hợp trong mạch cacbon ($-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}-\text{COOH}$), khiến phân tử rất dễ bị tấn công bởi phản ứng oxy hóa và nhiệt phân hủy tạo thành các hợp chất aldehyd hoặc polyme hóa. Ngược lại, natri benzoat có vòng benzen thơm bền vững cao về mặt nhiệt động học.

          SO SÁNH ĐỘ BỀN CẤU TRÚC PHÂN TỬ

3. Phương pháp tích hợp mẫu chuẩn này vào hệ thống quản lý chất lượng ISO/IEC 17025?

Mẫu CRM được sử dụng định kỳ trong quy trình kiểm soát chất lượng thử nghiệm: vẽ biểu đồ kiểm soát Shewhart (Control Chart), đánh giá sai số hệ thống (bias), tham gia thử nghiệm thành thạo và tính toán độ không đảm bảo đo mở rộng của phương pháp phân tích nội bộ.

4. Mẫu chuẩn sau khi mở nắp seal có thể bảo quản và tái sử dụng như thế nào?

Mẫu chuẩn sau khi bóc seal nhôm cần được sử dụng ngay trong ngày. Trong trường hợp cần lưu trữ lại, phần dung dịch còn lại phải được chiết sang lọ thủy tinh tối màu có nắp đệm PTFE, bảo quản ở 2 - 8 °C và sử dụng trong vòng không quá 48 giờ để tránh hiện tượng bay hơi dung môi làm thay đổi nồng độ ấn định.

5. Chi phí đầu tư và thời gian hoàn vốn khi tự sản xuất mẫu chuẩn CRM theo mẻ?

Với quy mô pilot 6 lít (112 lọ), tổng chi phí sản xuất và kiểm nghiệm liên phòng khoảng 18.5 - 20 triệu VNĐ. Khi cung ứng thương mại cho các phòng thí nghiệm với giá 3.000.000 VNĐ/lọ, dự án mang lại giá trị trên 300 triệu VNĐ, tỷ lệ lợi ích/chi phí đạt mức hoàn vốn ngay trong đợt phân phối đầu tiên.

---

Kết luận

Đề tài đã hoàn thành xuất sắc mục tiêu nghiên cứu và công nghệ:

1. Sản xuất thành công 02 lô mẫu chuẩn chứng nhận kali sorbat và natri benzoat trong nền mẫu nước cam (hương liệu H23.04-1 và tự nhiên H23.04-2) quy mô 112 lọ/mẻ đạt chuẩn ISO 17034:2016.
2. Chứng minh đầy đủ độ đồng nhất ($P\text{-value} > 0.05$) và xác lập mô hình suy giảm độ ổn định theo thời gian thực ở 25 °C, ấn định thời hạn kiểm tra lại từ 140 ngày đến 184 ngày.
3. Hoàn thiện hệ thống giá trị chứng nhận và độ không đảm bảo đo qua chương trình liên phòng với 17 PTN uy tín: $218.4 \pm 23.5\text{ mg/L}$ và $461.6 \pm 24.9\text{ mg/L}$ đối với mẫu H23.04-1; $870.8 \pm 53.5\text{ mg/L}$ và $918.6 \pm 42.3\text{ mg/L}$ đối với mẫu H23.04-2.

Kết quả này khẳng định năng lực tự chủ công nghệ sản xuất mẫu chuẩn ma trận thực phẩm tại Việt Nam, mở ra hướng đi bền vững nhằm nâng cao chất lượng kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm phục vụ bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Các phòng thử nghiệm và đơn vị sản xuất có nhu cầu tiếp nhận chuyển giao quy trình hoặc đăng ký thử nghiệm thành thạo vui lòng liên hệ bộ phận Đảm bảo chất lượng tại Viện Kiểm nghiệm An toàn Vệ sinh Thực phẩm Quốc gia để được hỗ trợ kỹ thuật chi tiết.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 - TỔNG QUAN 1. Tổng quan về mẫu chuẩn Mẫu chuẩn được sử dụng trong tất cả các giai đoạn của quá trình đo lường, bao gồm xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp, hiệu chuẩn và kiểm soát chất lượng. Mẫu chuẩn cũng được sử dụng trong so sánh liên phòng để xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp và đánh giá sự thành thạo của phòng thí nghiệm [3]. Việc chứng minh năng lực về khoa học và kỹ thuật của nhà sản xuất mẫu chuẩn là một yêu cầu cơ bản nhằm đảm bảo chất lượng của mẫu chuẩn.

Đòi hỏi đối với mẫu chuẩn mới có chất lượng cao hơn đang tăng lên là do độ chính xác của thiết bị đo được cải thiện và yêu cầu về dữ liệu chính xác và đáng tin cậy hơn trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ. Các nhà sản xuất mẫu chuẩn không chỉ cần cung cấp thông tin về mẫu chuẩn dưới hình thức tài liệu mẫu chuẩn mà còn phải chứng tỏ năng lực của mình trong việc sản xuất mẫu chuẩn có chất lượng thích hợp [3]. Mẫu chuẩn là vật liệu đủ đồng nhất và ổn định về một hoặc nhiều tính chất quy định, được thiết lập phù hợp với mục đích sử dụng dự kiến trong quá trình đo [3]. Mẫu chuẩn đóng vai trò ngày càng quan trọng trong các hoạt động tiêu chuẩn hóa quốc gia và quốc tế, và công nhận phòng thí nghiệm.

Mẫu chuẩn chứng nhận là mẫu chuẩn được đặc trưng bởi một thủ tục có hiệu lực đo lường đối với một hoặc nhiều tính chất quy định, cùng với giấy chứng nhận mẫu chuẩn cung cấp giá trị của tính chất quy định, độ không đảm bảo kèm theo và tuyên bố về liên kết chuẩn đo lường [3]. Theo yêu cầu chung về năng lực của phòng thử nghiệm và hiệu chuẩn tại ISO/IEC 17025:2017, mẫu chuẩn được sử dụng trong tất cả các giai đoạn của quá trình đo lường, bao gồm xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp, hiệu chuẩn thiết bị và đảm bảo giá trị sử dụng của kết quả thử nghiệm/hiệu chuẩn. Mẫu chuẩn cũng được sử dụng trong so sánh liên phòng để đánh giá sự thành thạo của phòng thí nghiệm. 3 Mẫu chuẩn chứng nhận (CRM) và mẫu chuẩn (RM) được cung cấp bởi nhà sản xuất mẫu chuẩn được công nhận phù hợp theo yêu cầu của ISO 17034.

CRM được coi như mẫu cao nhất về độ chính xác, không đảm bảo đo và liên kết chuẩn đến hệ đơn vị đo lường quốc tế, RM được sản xuất phù hợp với yêu cầu của ISO 17034 nhưng yêu cầu thấp hơn CRM. Các yêu cầu cụ thể đối với sản xuất RM và CRM được đưa ra như Bảng 1. Yêu cầu đối với sản xuất mẫu chuẩn và mẫu chuẩn được chứng nhận Điều Mẫu chuẩn khoản áp Yêu cầu Mẫu chuẩn được chứng dụng theo nhận ISO 17034 Hoạch định sản xuất Có Có 7.2 Kiểm soát việc sản xuất Có Có 7.3 Xử lý và bảo quản vật liệu Có Có 7.4 Chế tạo vật liệu Có Có 7.7 Tính toàn vẹn và xem xét đánh Có Có 7.8 giá dữ liệu Liên kết chuẩn đo lường của Có 7.9 Không giá trị được chứng nhận Đánh giá tính đồng nhất Có Có 7.10 Đánh giá và theo dõi độ ổn Có Có 7.11 định Mô tả đặc trưng Có yêu cầu, Có 7.12 khi các giá trị được ấn định 4 Ấn định các giá trị tính chất Có yêu cầu, Có 7.13 khi các giá trị được ấn định Ấn định độ không đảm bảo của Không Có yêu cầu 7.13 các giá trị tính chất với giá trị được chứng nhận Tài liệu và nhãn mẫu chuẩn Có Có 7.14 Dịch vụ phân phối Có Có 7.15 Kiểm soát hồ sơ chất lượng và Có Có 7.16 kỹ thuật Quản lý công việc không phù Có Có 7.17 hợp Xử lý khiếu nại Có Có 7.18 Hầu hết các CRM được sản xuất bởi các Viện Đo lường Quốc gia (NMI) như Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) ở Hoa Kỳ; Trung tâm Nghiên cứu tổng hợp của Ủy ban Châu Âu, Sức khỏe người tiêu dùng và mẫu chuẩn (JRC) (Geel, Bỉ); Viện nghiên cứu và thử nghiệm vật liệu liên bang (BAM) ở Đức; Viện Đo lường Quốc gia Australia (NMIA); Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Canada (NRCC); Viện Đo lường Quốc gia Trung Quốc (NIMC); Viện Đo lường Quốc gia Nhật Bản (NMIJ); Viện Nghiên cứu Khoa học và Tiêu chuẩn Hàn Quốc (KRISS). Mẫu chuẩn đóng vai trò quan trọng trong phân tích, xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp, đảm bảo giá trị sử dụng của kết quả thí nghiệm và so sánh kết quả của các phòng thí nghiệm khác nhau.

Góp phần đánh giá sự phù hợp của sản phẩm, hàng hóa một cách khách quan [4]. Quá trình sản xuất mẫu chuẩn Việc sản xuất mẫu chuẩn bao gồm các bước chính được như hình 1. 5 Xác định mẫu chuẩn Lựa chọn vật liệu Chuẩn bị/ sản xuất Đóng gói Đánh giá độ đồng nhất Đánh giá khả năng biến đổi Đánh giá độ ổn định Mô tả đặc trưng Chuẩn bị chứng nhận Theo dõi độ ổn định Hình 1. Các bước chính sản xuất mẫu chuẩn Lưu ý: - Hình trên đưa ra các bước chính trong sản xuất và duy trì RM.

Hộp nét đứt có thể thực hiện hoặc không. - Việc “đóng gói” trong sơ đồ bao gồm việc chia mẫu vào từng bao bì chứa phù hợp cho việc phân phối. 6 - “Chuẩn bị chứng nhận” ở sơ đồ bao gồm tất cả các tài liệu liên quan được cung cấp cùng với RM như giấy chứng nhận, phiếu thông tin sản xuất, báo cáo chứng nhận,… [5]. Tổng quan về chất bảo quản 1.

Axit benzoic, và các benzoat Công thức cấu tạo: Tên hóa học: Axit benzoic, Axit benzencarboxylic, Axit phenyl carboxylic [6]. Tính chất: Khối lượng phân tử: 122,12 g/mol Nhiệt độ sôi: 249 ℃ Nhiệt độ nóng chảy: 121- 123 ℃ [6]. Dạng sử dụng: Có dạng tinh thể hình kim không màu, tỷ trọng 1. Dễ tan trong rượu và ete nhưng ít tan trong nước.

Muối của axit benzoic thường dùng là natri benzoat, kali benzoat và canxi benzoat [7]. Các chất bảo quản axit benzoic và benzoat hiệu quả nhất ở pH 2,5-4,9 và không hiệu quả ở pH trên 4,5. Chất bảo quản này kiểm soát hiệu quả nấm men và nấm mốc hơn các vi khuẩn khác [8], chất này được xem là an toàn ở hàm lượng tối đa là 0,1 % ở Mỹ, 0,15 %- 0,25 % ở các nước khác [9]. Ảnh hưởng của pH đến sự phân ly của axit benzoic như bảng 1.

Ảnh hưởng của pH đối với sự phân ly của axit benzoic pH % acid không phân ly 3 93,5 4 59,3 5 12,8 6 1,44 7 0,144 pK 4,19 Tính độc hại : - Axit benzoic và các benzoat không gây độc trong giới hạn cho phép sử dụng. - Ảnh hưởng tới mùi và vị của sản phẩm khi cảm quan ( natri benzoat cho dư vị ở nồng độ 0,04%). - Nước quả và rau quả nghiền bảo quản bằng các benzoat thường có màu thâm đen so với sản phẩm sunfit hoá [7]. Axit sorbic và các sorbat Công thức cấu tạo: Tên hóa học: Axit sorbic; Axit 2,4-hexadienoic, Axit 2-propenylacrylic [6].

Tính chất: Khối lượng phân tử: 112,12 g/mol 8 Nhiệt độ sôi: 228 ℃ Nhiệt độ nóng chảy: 132 - 135 ℃ [6] Dạng sử dụng : là chất kết tinh bền vững, có vị chua nhẹ và mùi nhẹ. Axit sorbic khó tan trong nước lạnh (0.16%) và dễ tan trong nước nóng (ở 100℃ tan 3. Các muối của axit sobic là natri sorbat, kali sorbat và canxi sorbat [7]. Muối của axit sobic là kali sorbat cũng là bột trắng kết tinh, dễ tan trong nước ( ở 20 ℃, 138 g kali sobat hoà tan trong 100ml nước) [7].

Axit sorbic và các muối sorbat ở trạng thái không phân ly chống lại nấm và một số vi khuẩn hiệu quả nhất [8]. Tại Châu Âu, tùy thuộc vào từng loại thực phẩm, mức giới hạn cho phép của sorbat khoảng 300- 2000 mg/kg, trong đó natri sorbat bị cấm sử dụng do có khả năng gây độc gen [11]. Ảnh hưởng của pH đến sự phân ly của axit sorbic như bảng 1. Ảnh hưởng của pH đối với sự phân ly của axit sorbic pH % acid không phân ly 7 0,6 6 6,0 5 37,0 4,75 50,0 4,4 70,0 4 86,0 3,7 93,0 3 98,0 Tính độc hại : Axit sorbic và sorbat không độc với cơ thể con người, khi cho vào sản phẩm thực phẩm không gây ra mùi hay vị lạ và không làm mất mùi 9 vị tự nhiên của thực phẩm.

Trong cơ thể, axit sorbic bị oxy hoá tạo thành các chất không độc [7]. Tổng quan về nghiên cứu mẫu chuẩn hiện nay Hiện nay, ở Việt Nam cũng đã có một số đơn vị nghiên cứu và cung cấp mẫu chuẩn như Viện Kiểm định Quốc gia Vắc xin và Sinh phẩm Y tế, Viện Kiểm nghiệm thuốc trung ương, Viện Kiểm nghiệm thuốc TP Hồ Chí Minh. Chuẩn mực cho các nhà sản xuất mẫu chuẩn đã được chuyển dịch từ tiêu chuẩn quốc tế ISO 17034:2016 sang phiên bản tiếng Việt hoàn toàn tương đương TCVN ISO 17034:2017 – Yêu cầu chung về năng lực của nhà sản xuất mẫu chuẩn [3]. Thực hành tốt trong sử dụng mẫu chuẩn đã được chuyển dịch từ ISO Guide 33:2015 sang phiên bản tiếng Việt hoàn toàn tương đương TCVN 8891:2017 [13] Trong lĩnh vực kiểm nghiệm thực phẩm, Viện Kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm quốc gia đã công bố một vài nghiên cứu về mẫu chuẩn trên nền mẫu thực phẩm bảo vệ sức khỏe và mẫu nước [14,15] hay Công ty TNHH Đảm bảo Chất Lượng Việt Nam đã cung cấp một số mẫu chuẩn ra thị trường.

Tuy nhiên, ngoài Viện Kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm quốc gia, chưa đơn vị nào được công nhận phù hợp theo yêu cầu của ISO 17034 đối với mẫu chuẩn nền mẫu thực phẩm. “Tại Việt Nam, ngành nước giải khát có những con số tăng trưởng đáng kinh ngạc. Bình quân người Việt tiêu thụ các mặt hàng nước giải khát tới hơn 23 lít/người/năm. Các doanh nghiệp nước giải khát giữ 85 % tỷ lệ sản xuất của ngành Bia – Rượu – Nước giải khát.

Khí hậu nhiệt đới của Việt Nam là đòn bẩy cho ngành giải khát phát triển”. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại nước giải khát nhưng các loại nước giải khát được ưa chuộng nhất là: Nước khoáng có ga và không ga, nước tinh khiết, nước ngọt, nước tăng lực, trà pha sẵn uống liền, nước hoa quả,… [16]. Theo quy định tại Việt Nam, giới hạn tối đa hàm lượng chất bảo quản nhóm benzoat (tính theo acid benzoic) trong đồ uống hương liệu là 500 mg/kg, trong 10 nước ép quả là 1000 mg/kg; nhóm sorbat (tính theo acid sorbic) là 500 mg/kg trong đồ uống hương liệu và 1000 mg/kg trong nước ép quả [17].