Tổng quan nghiên cứu

Vấn đề an toàn vệ sinh thực phẩm luôn là mối quan tâm hàng đầu của toàn xã hội khi các trường hợp lạm dụng phụ gia vượt mức cho phép ngày càng gia tăng. Theo các báo cáo giám sát chất lượng thực phẩm, một đợt khảo sát trên 90 mẫu ô mai xí muội tại 15 tỉnh thành ở Việt Nam đã phát hiện 65/90 mẫu (chiếm 72,2%) chứa đường saccharin vượt quá giới hạn quy định, 23/90 mẫu chứa axit benzoic và 13/90 mẫu chứa cyclamat. Nhằm tăng cường công tác quản lý nhà nước, Bộ Y tế đã ban hành Thông tư 27/2012/TT-BYT quy định mức giới hạn hàm lượng tối đa cho hơn 400 loại phụ gia trong 15 nhóm thực phẩm chính, trong đó quy định rõ ngưỡng tồn dư cho axit benzoic từ 200 đến 5000 mg/kg, axit sorbic từ 100 đến 3000 mg/kg, acesulfam-K từ 110 đến 5000 mg/kg, aspartam từ 200 đến 6000 mg/kg và saccharin từ 80 đến 2500 mg/kg.

Luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành Hóa phân tích của tác giả Bùi Thị Minh Thúy tập trung giải quyết bài toán cấp thiết: Xây dựng quy trình phân tích đồng thời 3 loại đường hóa học (Acesulfam-K, Aspartam, Saccharin) và 2 chất bảo quản (Axit benzoic, Axit sorbic) trong các nền mẫu thực phẩm phức tạp bằng kỹ thuật sắc ký lỏng hiệu năng cao. Nghiên cứu được triển khai tại Viện Kiểm nghiệm An toàn vệ sinh thực phẩm Quốc gia và Khoa Hóa học thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội trong giai đoạn 2012 - 2014. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa thực tiễn lớn khi rút ngắn thời gian phân tích mẫu, tiết kiệm hơn 30% chi phí dung môi so với việc phân tích đơn lẻ từng chỉ tiêu và đạt độ thu hồi ấn tượng từ 88,5% đến 104,2%, tạo công cụ kiểm nghiệm đắc lực cho các phòng kiểm nghiệm trên cả nước.

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 trao đổi ion (Ion-Exchange Chromatography) và lý thuyết quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis đa bước sóng. Trong hệ thống sắc ký trao đổi anion, pha tĩnh là các hạt polyme xốp hoặc hạt silica gắn nhóm chức amin bậc 4 mang điện tích dương, có khả năng tương tác tĩnh điện với các anion của axit benzoic, axit sorbic, acesulfam-K và saccharin trong dung dịch.

Hệ thống ghi nhận tín hiệu dựa trên nguyên lý hoạt động của đầu dò mảng photodiode (Photodiode Array Detector - PDA) model SPD-M20A gồm 512 diode quang, cho phép đo đồng thời toàn bộ dải phổ hấp thụ từ 190 nm đến 800 nm. Các đại lượng đặc trưng được chuẩn hóa gồm: thời gian lưu biểu kiến, độ phân giải giữa hai pic liền kề, giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) và độ thu hồi. Về mặt lý thuyết sắc ký, độ phân giải đạt giá trị 1,0 tương ứng mức độ tách rời 95% giữa hai chất và khi đạt giá trị 1,5 thì hai pic tách biệt hoàn toàn đạt mức 99,8%.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm hệ thống mẫu chuẩn tinh khiết đạt chuẩn phân tích PA của hãng Merck (Đức) với độ tinh khiết trên 99% cùng các mẫu thực phẩm lưu trữ từ kho dữ liệu quốc gia. Cỡ mẫu khảo sát bao gồm 90 mẫu ô mai từ chương trình giám sát liên tỉnh và hàng loạt mẫu thực tế được thu thập đại diện cho 3 nhóm nền mẫu: nước mắm (độ mặn cao), ô mai xí muội (hàm lượng đường và axit hữu cơ cao) và ruốc thịt lợn (nhiều protein và chất béo).

Phương pháp lấy mẫu được tiến hành theo phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng tại các chợ truyền thống, siêu thị và cơ sở chế biến. Phương pháp sắc ký lỏng trao đổi anion kết hợp đầu dò PDA được lựa chọn thay thế cho phương pháp cột pha đảo C18 truyền thống trong Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8122:2009 và TCVN 8471:2010. Lý do là vì cột Anion tận dụng tốt sự phân ly ion của các chất trong môi trường kiềm nhẹ, cho phép tách đồng thời cả 5 cấu tử mà không cần sử dụng hóa chất tạo cặp ion đắt tiền. Quy trình phân tích được thẩm định toàn diện qua các bước: chiết mẫu, kết tủa tạp chất bằng dung dịch Carrez (dung dịch K4Fe(CN)6 0,25 M và muối kẽm), lọc màng 0,2 µm và tiêm 20 µL vào hệ thống HPLC trong suốt quá trình nghiên cứu từ năm 2012 đến 2014.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tối ưu hóa các điều kiện sắc ký trên cột Anion kích thước 150 mm x 4,6 mm x 10 µm ở nhiệt độ ổn định 40°C đã xác lập được những thông số vận hành lý tưởng. Thứ nhất, độ pH của pha động đệm NaH2PO4 5 mM được chọn tối ưu ở mức 8,2; tại giá trị này các pic sắc ký đạt độ đối xứng cao nhất và thời gian phân tích rút ngắn xuống còn dưới 40 phút khi phối hợp với chương trình rửa giải gradient dung môi Acetonitril.

Thứ hai, nghiên cứu đã tìm ra tốc độ dòng pha động tối ưu là 1,0 mL/min. Tại tốc độ này, độ phân giải giữa các cặp pic liền kề đều đạt từ 1,36 đến 3,55; vượt trội hơn hẳn so với tốc độ dòng 1,5 mL/min (độ phân giải chỉ đạt 1,12 đến 3,26) đồng thời giúp giảm áp suất bơm và bảo vệ tuổi thọ của cột phân tích.

Thứ ba, việc khai thác đầu dò PDA đã thiết lập thành công các bước sóng phát hiện tối ưu riêng biệt: Aspartam và Saccharin đo tại bước sóng 210 nm, Axit benzoic và Acesulfam-K đo tại bước sóng 225 nm, Axit sorbic đo tại bước sóng 254 nm. Đường chuẩn của 5 chất đều có hệ số tương quan tuyến tính cao với R bình phương lớn hơn 0,999; độ lệch chuẩn tương đối RSD dưới 5,0% và hiệu suất thu hồi trên nền mẫu thực tế đạt từ 88,5% đến 104,2%.

Thảo luận kết quả

Cơ chế phân tách sắc ký được giải thích dựa trên hằng số phân ly axit pKa của từng chất. Ở môi trường pH 8,2; axit benzoic (pKa = 4,19), axit sorbic (pKa = 4,76), acesulfam-K (pKa xấp xỉ 2) và saccharin (pKa xấp xỉ 2) đều phân ly hoàn toàn thành dạng anion mang điện tích âm và được lưu giữ chắc chắn trên pha tĩnh mang điện tích dương. Ngược lại, aspartam là một đipeptit có tính chất lưỡng cực với pKa1 = 2,96 và pKa2 = 7,37 nên thời gian lưu có xu hướng tăng nhẹ khi pH tăng từ 7,5 lên 8,5 trước khi ổn định.

So với các nghiên cứu sử dụng cột pha đảo Titania C18 của các tác giả quốc tế vốn đòi hỏi thời gian rửa giải kéo dài hoặc phương pháp điện di mao quản có giới hạn định lượng cao tới 0,01 mg/mL, phương pháp HPLC-Anion này thể hiện tính ưu việt vượt trội về độ chọn lọc và độ nhạy. Các dữ liệu thực nghiệm có thể được biểu diễn trực quan qua biểu đồ sắc ký đồ không gian ba chiều từ đầu dò PDA, đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa giá trị pH và thời gian lưu, cùng bảng ma trận so sánh độ thu hồi tại 3 mức nồng độ thêm chuẩn khác nhau. Kết quả phân tích các mẫu thực tế đã phát hiện nhiều mẫu ô mai và ruốc thịt lợn trên thị trường có chứa natri benzoat, khẳng định tính khả thi của quy trình trong công tác kiểm soát thị trường.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao hiệu quả quản lý chất lượng và kiểm soát an toàn thực phẩm, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp trọng tâm:

  1. Chuẩn hóa quy trình kỹ thuật: Viện Kiểm nghiệm An toàn vệ sinh thực phẩm Quốc gia chủ trì ban hành tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chuẩn (SOP) về phương pháp phân tích đồng thời 5 chất phụ gia trên cột Anion. Mục tiêu hướng tới là giảm 35% thời gian phân tích và tiết kiệm 20% chi phí hóa chất cho các trung tâm phân tích trong giai đoạn 2025 - 2027.
  2. Tăng cường thanh tra và hậu kiểm: Cục An toàn thực phẩm phối hợp cùng Chi cục An toàn Vệ sinh Thực phẩm các địa phương tăng cường lấy mẫu định kỳ tối thiểu 12 đợt/năm tại các cơ sở chế biến ô mai, nước chấm và đồ ăn sẵn. Mục tiêu giảm tỷ lệ mẫu thực phẩm lạm dụng đường hóa học và chất bảo quản vượt ngưỡng xuống dưới mức 5% vào năm 2026.
  3. Số hóa cơ sở dữ liệu kiểm nghiệm: Bộ Y tế thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu điện tử đồng bộ kết nối 63 tỉnh thành để cập nhật tức thời kết quả kiểm nghiệm các lô hàng lưu thông trên thị trường theo Thông tư 27/2012/TT-BYT, hoàn thành tích hợp trước quý IV/2026.
  4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Khoa Hóa học thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên phối hợp với các cơ sở đào tạo tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu 40 giờ/khóa về vận hành hệ thống HPLC-PDA và xử lý nền mẫu phức tạp cho 100% kỹ thuật viên tại các trung tâm y tế dự phòng tuyến tỉnh trong giai đoạn 2025 - 2026.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao, đặc biệt hữu ích cho 4 nhóm đối tượng sau:

  1. Kỹ thuật viên và kiểm nghiệm viên thực phẩm: Áp dụng trực tiếp quy trình xử lý mẫu và cài đặt thông số HPLC-PDA để phân tích nhanh 5 chỉ tiêu phụ gia, giải quyết triệt để vấn đề nhiễu nền trên mẫu nước mắm hoặc sản phẩm giàu béo.
  2. Cán bộ quản lý và thanh tra y tế: Sử dụng các số liệu thực trạng về vi phạm phụ gia thực phẩm trên 90 mẫu giám sát để xây dựng kế hoạch thanh tra trọng điểm và hoàn thiện chính sách quản lý phụ gia theo quy chuẩn quốc gia.
  3. Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên chuyên ngành Hóa học: Sử dụng công trình như một tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp thẩm định quy trình sắc ký trao đổi ion, cơ chế phân ly axit bazo và kỹ thuật khai thác đầu dò PDA đa bước sóng.
  4. Chuyên viên QA/QC tại các doanh nghiệp chế biến thực phẩm: Tham khảo để thiết lập quy trình kiểm soát chất lượng nguyên liệu đầu vào và kiểm tra dư lượng chất bảo quản, chất tạo ngọt theo đúng tiêu chuẩn 400 chất phụ gia của Bộ Y tế.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nghiên cứu lại lựa chọn cột trao đổi Anion thay vì cột sắc ký pha đảo C18 thông dụng? Cột trao đổi anion kích thước 150 mm x 4,6 mm x 10 µm tận dụng hiệu quả điện tích âm của các gốc axit và chất tạo ngọt tại pH 8,2 để phân tách chọn lọc. Cách tiếp cận này loại bỏ hoàn toàn việc phải bổ sung hóa chất tạo cặp ion đắt tiền trên cột C18, đồng thời mang lại độ phân giải cao trên 1,36 và loại bỏ hiện tượng dãn pic.

Giới hạn hàm lượng tối đa cho phép của các chất phụ gia này trong thực phẩm là bao nhiêu? Theo Thông tư 27/2012/TT-BYT, giới hạn tối đa cho phép đối với axit benzoic dao động từ 200 đến 5000 mg/kg, axit sorbic từ 100 đến 3000 mg/kg, aspartam từ 200 đến 6000 mg/kg, acesulfam-K từ 110 đến 5000 mg/kg và saccharin từ 80 đến 2500 mg/kg tùy thuộc vào từng nhóm trong 15 nhóm thực phẩm quy định.

Tác hại của việc lạm dụng Aspartame và Axit benzoic đối với sức khỏe con người là gì? Aspartame khi vào cơ thể sẽ thủy phân thành 40% axit aspartic, 50% phenylalanin và 10% methanol, có nguy cơ gây ảnh hưởng tiêu cực tới hệ thần kinh và đặc biệt nguy hiểm cho người mắc chứng phenylketonuria. Axit benzoic nếu sử dụng vượt ngưỡng khuyến cáo ADI từ 0 đến 5 mg/kg thể trọng có thể gây kích ứng niêm mạc đường tiêu hóa.

Đầu dò PDA mang lại ưu thế gì vượt trội so với đầu dò UV-Vis một bước sóng? Đầu dò PDA model SPD-M20A tích hợp 512 diode quang giúp quét đồng thời toàn bộ dải bước sóng 190 đến 800 nm tại cùng một thời điểm. Nhờ đó, kiểm nghiệm viên có thể kiểm tra độ tinh khiết quang phổ của pic sắc ký và chọn riêng 3 bước sóng tối ưu (210 nm, 225 nm, 254 nm) cho từng hợp chất trong cùng một lần tiêm mẫu.

Phương pháp sắc ký trong luận văn đã được kiểm chứng trên những nền mẫu thực phẩm nào? Quy trình đã được thẩm định và ứng dụng thành công trên 3 dạng nền mẫu thực tế có độ phức tạp cao gồm nước mắm (độ mặn cao), ô mai (chứa nhiều đường và axit hữu cơ) và ruốc thịt lợn (chứa nhiều lipid và protein). Độ thu hồi trên các nền mẫu này đều đạt kết quả xuất sắc từ 88,5% đến 104,2%.

Kết luận

  • Xây dựng thành công phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC-PDA trên cột trao đổi Anion để phân tích đồng thời 5 chất phụ gia thực phẩm phổ biến.
  • Tối ưu hóa bộ thông số vận hành chuẩn: cột Anion kích thước 150 mm x 4,6 mm x 10 µm ở 40°C, pha động đệm NaH2PO4 5 mM (pH 8,2) kết hợp Acetonitril với tốc độ dòng 1,0 mL/min.
  • Thẩm định phương pháp đạt độ tin cậy khoa học cao: hệ số tương quan R bình phương lớn hơn 0,999; độ lặp lại RSD dưới 5,0% và độ thu hồi đạt từ 88,5% đến 104,2%.
  • Ứng dụng phân tích thành công trên các nền mẫu thực phẩm phức tạp gồm nước mắm, ô mai và ruốc thịt lợn.
  • Đóng góp giải pháp kỹ thuật tiết kiệm chi phí, rút ngắn thời gian phân tích và có tính khả thi cao khi triển khai tại các phòng thí nghiệm tuyến tỉnh.

Trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới, hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung mở rộng thẩm định phương pháp trên 20 nhóm thực phẩm chế biến sẵn khác nhằm chuẩn hóa quy trình thành Tiêu chuẩn Quốc gia. Các cơ quan kiểm nghiệm và doanh nghiệp sản xuất thực phẩm hãy chủ động áp dụng quy trình phân tích tiên tiến này để nâng cao năng lực kiểm soát chất lượng và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.