Luận văn: Xác định chất tạo ngọt trong thực phẩm bằng điện di mao quản - Nguyễn Đức Thắng ĐHKHTN 2014

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xác định chất tạo ngọt trong thực phẩm bằng phương pháp điện di mao quản và detector đo độ dẫn không tiếp xúc.

• Tác giả: Nguyễn Đức Thắng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Ánh Hường
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
• Đề tài: Nghiên Cứu Xác Định Một Số Chất Tạo Ngọt Trong Mẫu Thực Phẩm Bằng Phương Pháp Điện Di Mao Quản Sử Dụng Detector Đo Độ Dẫn Không Tiếp Xúc
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Chất phụ gia thực phẩm
• 1.2. Giới thiệu chung về phụ gia thực phẩm
• 1.3. Phân loại phụ gia thực phẩm
• 1.3.1. Phân loại theo chức năng
• 1.3.2. Phân loại dựa trên sức khỏe người tiêu dùng
• 1.4. Những nguy hại của phụ gia thực phẩm
• 1.5. Tổng quan về chất tạo ngọt
• 1.5.1. Phân loại chất tạo ngọt
• 1.5.2. Giới thiệu chung về các chất phân tích: Acesulfam kali, Aspartam, Cyclamat, Saccharin
• 1.5.2.1. Thông tin chung
• 1.5.2.2. Tính chất, ứng dụng và tác hại của Aspartam, Acesulfam kali, Cyclamat, Saccharin
• 1.5.2.3. Quy định về các chất tạo ngọt
• 1.5.2.4. Vấn đề sử dụng chất tạo ngọt trong thực phẩm hiện nay
• 1.6. Tổng quan các phương pháp phân tích
• 1.6.1. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS
• 1.6.2. Phương pháp phổ hồng ngoại chuyển hóa fourier (FT-IR)
• 1.6.3. Phương pháp sắc ký lỏng (HPLC)
• 1.6.4. Phương pháp điện di mao quản (CE)
• 1.6.4.1. Phương pháp điện di mao quản
• 1.6.4.2. Cấu tạo của một hệ CE cơ bản
• 1.6.4.3. Các kỹ thuật bơm mẫu trong CE
• 1.6.4.4. Các đại lượng trong phương pháp điện di mao quản: độ điện di, tốc độ điện di và thời gian điện di
• 1.6.4.5. Phương pháp điện di mao quản với detector đo độ dẫn không tiếp xúc (CE-C4D)
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
• 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.1.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp xử lý mẫu sơ bộ
• 2.2.2. Phương pháp xử lý số liệu
• 2.3. Trang thiết bị và hóa chất
• 2.3.1. Các dụng cụ và thiết bị được sử dụng
• 2.3.2. Hóa chất dung môi
• 2.3.3. Chuẩn bị các dung dịch hóa chất
• 2.4. Phương pháp phân tích
• 2.4.1. Các thông số đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Khảo sát điều kiện tối ưu phân tích đồng thời Acesulfam kali, Aspartam, Cyclamat, Saccharin bằng phương pháp điện di mao quản sử dụng detector độ dẫn không tiếp xúc kết nối kiểu tụ điện (CE-C4D)
• 3.2. Khảo sát thành phần và pH của dung dịch đệm điện di
• 3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thế đặt vào hai đầu mao quản
• 3.4. Khảo sát lựa chọn thời gian bơm mẫu
• 3.5. Đánh giá phương pháp phân tích. Xây dựng đường chuẩn
• 3.5.1. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp
• 3.5.2. Đánh giá độ chụm (độ lặp lại) và độ đúng (độ thu hồi)
• 3.6. Phân tích mẫu thực thực tế
• 3.6.1. Mẫu nước giải khát
• 3.6.2. Mẫu nước chè đỗ đen
• 3.6.3. Mẫu nước mắm
• 3.6.4. Kết quả phân tích đối chứng phương pháp CE-C4D với phương pháp HPLC
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu xác định chất tạo ngọt trong thực phẩm

Nghiên cứu xác định chất tạo ngọt trong thực phẩm là một lĩnh vực quan trọng trong hóa phân tích. Chất tạo ngọt được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm để cải thiện hương vị và đáp ứng nhu cầu tiêu dùng. Việc xác định chính xác hàm lượng các chất này là cần thiết để đảm bảo an toàn thực phẩm và sức khỏe người tiêu dùng. Phương pháp điện di mao quản (CE) đã được chứng minh là một công cụ hiệu quả trong việc phân tích các chất tạo ngọt như Acesulfam kali, Aspartam, Cyclamat và Saccharin.

1.1. Chất tạo ngọt và vai trò của chúng trong thực phẩm

Chất tạo ngọt là các phụ gia thực phẩm được sử dụng để tạo vị ngọt mà không cung cấp năng lượng. Chúng có thể được phân loại thành hai nhóm chính: có giá trị dinh dưỡng và không có giá trị dinh dưỡng. Việc sử dụng chất tạo ngọt giúp cải thiện hương vị của thực phẩm, đặc biệt là trong các sản phẩm ăn kiêng.

1.2. Tầm quan trọng của việc xác định chất tạo ngọt

Việc xác định hàm lượng chất tạo ngọt trong thực phẩm là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng. Các chất tạo ngọt như Acesulfam kali và Aspartam nếu sử dụng quá mức có thể gây ra các tác động tiêu cực đến sức khỏe. Do đó, việc phát triển các phương pháp phân tích chính xác là cần thiết.

II. Thách thức trong việc xác định chất tạo ngọt bằng phương pháp điện di mao quản

Mặc dù phương pháp điện di mao quản (CE) có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc áp dụng phương pháp này để xác định chất tạo ngọt. Các yếu tố như độ pH của dung dịch đệm, điện thế tách và thời gian bơm mẫu có thể ảnh hưởng đến độ chính xác và độ nhạy của phương pháp.

2.1. Ảnh hưởng của pH đến quá trình phân tích

Độ pH của dung dịch đệm là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự phân tách của các chất tạo ngọt trong quá trình điện di mao quản. Nghiên cứu cho thấy rằng pH tối ưu cho việc phân tích Acesulfam kali và Aspartam là khoảng 9,2, nơi mà độ phân giải đạt được tốt nhất.

2.2. Thời gian bơm mẫu và điện thế tách

Thời gian bơm mẫu và điện thế tách cũng là những yếu tố quan trọng cần được tối ưu hóa. Thời gian bơm mẫu quá ngắn có thể dẫn đến việc không thu được đủ lượng mẫu cần thiết, trong khi điện thế tách quá cao có thể gây ra hiện tượng phân tách không chính xác.

III. Phương pháp điện di mao quản trong phân tích chất tạo ngọt

Phương pháp điện di mao quản (CE) là một kỹ thuật phân tích hiện đại, cho phép phân tách các chất dựa trên sự di chuyển của chúng trong một mao quản dưới tác động của điện trường. CE có nhiều ưu điểm như độ nhạy cao, thời gian phân tích ngắn và yêu cầu lượng mẫu thấp. Đặc biệt, việc sử dụng detector đo độ dẫn không tiếp xúc (CE-C4D) giúp cải thiện độ chính xác trong việc xác định các chất tạo ngọt.

3.1. Cấu tạo của hệ thống điện di mao quản

Hệ thống điện di mao quản bao gồm một mao quản, nguồn điện và detector. Mao quản thường được làm từ silica và có đường kính rất nhỏ, cho phép phân tách các chất với độ chính xác cao. Detector đo độ dẫn không tiếp xúc giúp phát hiện các chất mà không cần tiếp xúc trực tiếp với mẫu.

3.2. Kỹ thuật bơm mẫu trong CE

Kỹ thuật bơm mẫu trong CE có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau như bơm điện, bơm áp suất hoặc bơm chân không. Việc lựa chọn phương pháp bơm mẫu phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác và độ nhạy của phân tích.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp điện di mao quản tích hợp detector đo độ dẫn không tiếp xúc có thể được sử dụng hiệu quả để xác định hàm lượng các chất tạo ngọt trong thực phẩm. Kết quả phân tích cho thấy rằng hàm lượng Acesulfam kali và Aspartam trong các mẫu thực phẩm đều nằm trong giới hạn cho phép theo quy định.

4.1. Phân tích mẫu thực phẩm thực tế

Các mẫu thực phẩm như nước giải khát, nước mắm và thạch đã được phân tích bằng phương pháp CE-C4D. Kết quả cho thấy hàm lượng chất tạo ngọt trong các mẫu này đều nằm trong giới hạn an toàn, chứng tỏ tính khả thi của phương pháp.

4.2. So sánh với các phương pháp phân tích khác

Kết quả phân tích bằng phương pháp CE-C4D được so sánh với phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC). Kết quả cho thấy rằng CE-C4D không chỉ nhanh chóng mà còn cho độ chính xác tương đương với HPLC, đồng thời tiết kiệm chi phí và thời gian.

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

Nghiên cứu xác định chất tạo ngọt bằng phương pháp điện di mao quản đã chứng minh được tính hiệu quả và khả năng ứng dụng trong thực tiễn. Với những ưu điểm vượt trội, phương pháp này có thể được phát triển và mở rộng để áp dụng cho nhiều loại mẫu thực phẩm khác nhau. Tương lai, việc cải tiến công nghệ và thiết bị sẽ giúp nâng cao độ chính xác và độ nhạy của phương pháp.

5.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa các điều kiện phân tích và mở rộng phạm vi ứng dụng của phương pháp điện di mao quản trong việc xác định các chất phụ gia thực phẩm khác.

5.2. Tầm quan trọng của an toàn thực phẩm

Việc đảm bảo an toàn thực phẩm là một trong những ưu tiên hàng đầu trong ngành công nghiệp thực phẩm. Nghiên cứu này góp phần nâng cao nhận thức về việc kiểm soát chất lượng thực phẩm và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Chất tạo ngọt tổng hợp là nhóm phụ gia thực phẩm được sử dụng rộng rãi nhằm tạo vị ngọt đậm, giảm chi phí sản xuất và thay thế đường saccharose với độ ngọt cao gấp 200 đến 450 lần. Nhằm kiểm soát an toàn thực phẩm, Bộ Y tế Việt Nam đã ban hành các quy định nghiêm ngặt về giới hạn hàm lượng tối đa cho phép trong thực phẩm chế biến: Acesulfam kali được phép sử dụng trong 69 nhóm thực phẩm với giới hạn 110 đến 5000 mg/kg, Aspartam trong 73 nhóm thực phẩm từ 200 đến 6000 mg/kg, Cyclamat trong 36 nhóm từ 250 đến 3000 mg/kg và Saccharin trong 67 nhóm từ 80 đến 2500 mg/kg. Mặc dù các chất này mang lại lợi ích kinh tế và hỗ trợ bệnh nhân tiểu đường, việc lạm dụng vượt ngưỡng cho phép hoặc sử dụng sai đối tượng có thể gây ngộ độc mãn tính và tiềm ẩn rủi ro cho sức khỏe cộng đồng. Thực tế thanh tra tại một số địa phương ghi nhận nhiều vi phạm, điển hình như đợt kiểm tra 139 cơ sở chế biến nước mắm tại tỉnh Ninh Thuận đã phát hiện 8 cơ sở sử dụng trái phép chất tạo ngọt, buộc tiêu hủy gần 400 lít sản phẩm.

Vấn đề đặt ra là phần lớn các phương pháp kiểm nghiệm truyền thống như sắc ký lỏng hiệu năng cao hoặc quang phổ hấp thụ phân tử đòi hỏi hệ thống thiết bị cồng kềnh, chi phí đầu tư lớn và tiêu tốn nhiều dung môi hữu cơ độc hại. Nhằm giải quyết thách thức này, nghiên cứu được thực hiện tại Đại học Quốc gia Hà Nội vào năm 2014 tập trung vào mục tiêu xây dựng và tối ưu hóa quy trình phân tích đồng thời bốn chất tạo ngọt gồm Acesulfam kali, Aspartam, Cyclamat và Saccharin trong mẫu thực phẩm. Đề tài áp dụng kỹ thuật điện di mao quản tích hợp detector đo độ dẫn không tiếp xúc kết nối kiểu tụ điện. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi rút ngắn thời gian phân tích xuống dưới 8 phút, giảm hơn 90% lượng dung môi tiêu thụ và mở ra khả năng triển khai thiết bị phân tích xách tay phục vụ giám sát an toàn thực phẩm nhanh chóng tại hiện trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng của thuyết điện di mao quản vùng kết hợp nguyên lý cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc kết nối kiểu tụ điện. Trong ống mao quản silica dưới tác dụng của điện trường cao thế từ 10 đến 20 kV, các phần tử mang điện tích di chuyển với vận tốc phụ thuộc trực tiếp vào điện tích và bán kính thủy động của chúng. Đồng thời, sự ion hóa của các nhóm silanol trên bề mặt thành mao quản hình thành lớp điện tích kép, tạo nên dòng điện di thẩm thấu đóng vai trò như một bơm thủy động lực học đẩy toàn bộ dung dịch đệm và chất phân tích về phía detector.

Detector đo độ dẫn không tiếp xúc hoạt động theo nguyên lý đo sự thay đổi trở kháng của khối dung dịch nằm giữa hai điện cực hình ống đặt bên ngoài mao quản khi có nguồn điện xoay chiều kích thích ở điện áp 200 V. Kỹ thuật này loại bỏ hoàn toàn sự tiếp xúc cơ học trực tiếp giữa điện cực kim loại và dung dịch điện ly, ngăn ngừa hiện tượng nhiễm bẩn điện cực và triệt tiêu ảnh hưởng của điện trường cao thế đến mạch điện tử ghi nhận tín hiệu.

Các khái niệm then chốt chi phối quá trình phân tách bao gồm hằng số phân ly axit (pKa), độ linh động biểu kiến và thời gian di chuyển. Aspartam có hai giá trị pKa lần lượt là 3,18 và 7,82; Cyclamat có pKa bằng 1,71; Saccharin có pKa bằng 1,60. Trong môi trường đệm kiềm có giá trị pH dao động từ 8,5 đến 9,7, tất cả bốn chất phân tích đều tồn tại ở dạng anion mang điện tích âm. Sự chênh lệch về tỷ số giữa điện tích và khối lượng phân tử tạo nên sự khác biệt rõ rệt về vận tốc di chuyển, cho phép tách chọn lọc hoàn toàn từng chất trên cùng một đường truyền mao quản.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tiến hành khảo sát trên bốn nhóm nền mẫu thực phẩm thương mại phổ biến bao gồm nước giải khát đóng chai, thạch hoa quả ăn liền, nước mắm truyền thống và nước chè đỗ đen, với tổng số hơn 20 mẫu thử nghiệm đại diện thu thập ngẫu nhiên trên thị trường Hà Nội. Phương pháp chọn mẫu tập trung vào các sản phẩm tiêu thụ hàng ngày có nguy cơ lạm dụng phụ gia cao. Nền mẫu lỏng được xử lý sơ bộ qua màng lọc cellulose acetate kích thước lỗ 0,45 µm và pha loãng theo tỷ lệ 1:10 đến 1:50 bằng nước khử ion trước khi nạp vào cột. Mẫu dạng gel rắn được đồng nhất hóa cơ học, chiết tách bằng nước cất trong bể rung siêu âm gia nhiệt ở nhiệt độ 50 độ C trong 10 phút, sau đó ly tâm và lọc dịch trong.

Quy trình phân tích sử dụng hệ thiết bị điện di mao quản bán tự động dạng xách tay tự chế tạo, tích hợp nguồn cao thế mini từ hãng Spellman và mao quản silica có tổng chiều dài 60 cm (chiều dài hiệu dụng 50 cm, đường kính trong 75 µm). Việc lựa chọn phương pháp điện di mao quản sử dụng detector độ dẫn không tiếp xúc xuất phát từ khả năng định lượng trực tiếp các chất không có nhóm hấp thụ quang tử mạnh như cyclamat mà không cần dẫn xuất hóa phức tạp. Điều kiện vận hành tối ưu được xác lập cố định gồm: thế tách đặt ở mức +15 kV, kỹ thuật nạp mẫu thủy động lực học kiểu xiphông ở độ cao 10 cm trong thời gian 15 giây, sử dụng dung dịch đệm điện di Tris 100 mM phối hợp L-Histidine 10 mM tại pH 9,2. Toàn bộ chu kỳ nghiên cứu và thẩm định phương pháp được hoàn tất trong khoảng thời gian 12 tháng từ đầu năm đến cuối năm 2014.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã ghi nhận bốn phát hiện khoa học quan trọng về hiệu năng phân tách và độ chính xác của hệ thiết bị:

• Thời gian tách đồng thời bốn chất tạo ngọt được rút ngắn xuống dưới 8 phút với thứ tự xuất hiện pic sắc nét: Aspartam di chuyển đầu tiên ở 5,65 phút, tiếp theo là Cyclamat ở 6,57 phút, Saccharin ở 7,35 phút và Acesulfam kali ở 7,78 phút. So với phương pháp điện di đẳng tốc độ trước đây cần tới 20 phút, quy trình này giúp giảm hơn 60% thời gian phân tích mỗi mẫu.
• Đường chuẩn của cả bốn chất biểu hiện tính tuyến tính cao trong khoảng nồng độ từ 2,5 đến 120 ppm đối với Acesulfam kali, Cyclamat, Saccharin và từ 20 đến 180 ppm đối với Aspartam, đều đạt hệ số tương quan tuyến tính $R^2$ vượt mức 0,999.
• Độ đúng và độ lặp lại của phương pháp đạt tiêu chuẩn phân tích vết quốc tế, với hiệu suất thu hồi trên nền mẫu thực dao động từ 94,8% đến 103,5%, độ lệch chuẩn tương đối (%RSD) về diện tích pic đạt dưới 4,2% sau 6 lần đo lặp liên tiếp.
• Kết quả kiểm nghiệm thực tế phát hiện hàm lượng Acesulfam kali trong mẫu nước mắm đạt 45,2 mg/L và hàm lượng phối hợp Aspartam - Acesulfam kali trong mẫu thạch thương phẩm lần lượt là 156,4 mg/kg và 163,8 mg/kg, khẳng định phương pháp có khả năng kiểm soát chính xác cả trường hợp đơn chất lẫn đa chất phụ gia.

Thảo luận kết quả

Khả năng phân tách hoàn hảo của hệ thống bắt nguồn từ sự tương tác đồng bộ giữa pH dung dịch đệm và cường độ điện trường. Khi khảo sát bốn hệ đệm khác nhau gồm Arg/Mes, Arg/CAPS, Tris/Ches và Tris/His trong dải pH từ 8,5 đến 9,7, kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng hệ đệm Tris 100 mM kết hợp L-Histidine 10 mM ở pH 9,2 mang lại đường nền ổn định nhất với độ nhiễu tín hiệu dưới 2 mV. Tại pH này, dòng điện di thẩm thấu đạt vận tốc lý tưởng để kéo các anion di chuyển về cực dương mà không làm suy giảm độ phân giải giữa hai pic kế cận Saccharin và Acesulfam kali.

Dữ liệu phân tích được trình bày trực quan qua các điện di đồ dạng phổ tín hiệu điện thế (mV) theo trục thời gian (giây), thể hiện rõ các pic đối xứng, chân pic hẹp và không bị nhiễu bởi các cation kim loại có sẵn trong nền mẫu thực phẩm. Các bảng thống kê hồi quy tuyến tính chứng minh mối quan hệ tỷ lệ thuận chặt chẽ giữa diện tích pic tích phân và nồng độ chất tan. Khi so sánh đối chứng song song với phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao sử dụng detector UV-Vis trên cùng các lô mẫu thử nghiệm, sai số kết quả giữa hai phương pháp chỉ dao động trong khoảng 1,5% đến 3,5%. Điều này chứng minh hệ thiết bị điện di mao quản tự chế tạo hoàn toàn đáp ứng độ tin cậy tương đương các thiết bị sắc ký nhập ngoại đắt tiền, đồng thời cắt giảm tới 85% chi phí hóa chất tiêu hao cho mỗi phép thử.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phát huy tối đa giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn của quy trình phân tích, bốn giải pháp trọng tâm được khuyến nghị thực hiện:

• Ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật cơ sở và xây dựng hồ sơ công nhận Tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN) cho phương pháp phân tích chất tạo ngọt bằng kỹ thuật điện di mao quản đo độ dẫn không tiếp xúc, hướng tới mục tiêu giảm 70% chi phí kiểm nghiệm phụ gia thực phẩm cho các phòng thí nghiệm công lập trong giai đoạn 2025-2026, do Viện Kiểm nghiệm An toàn Vệ sinh Thực phẩm Quốc gia chủ trì.
• Chuyển giao công nghệ chế tạo và phân phối khoảng 50 bộ thiết bị phân tích xách tay cho các Chi cục An toàn Vệ sinh Thực phẩm tuyến tỉnh và thành phố trực thuộc trung ương trong giai đoạn 2025-2027, nhằm phục vụ công tác thanh tra nhanh tại các chợ đầu mối và cơ sở sản xuất đồ uống quy mô vừa và nhỏ.
• Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu số hóa kết nối kết quả kiểm nghiệm hiện trường với cổng thông tin an toàn thực phẩm quốc gia, định kỳ kiểm tra chỉ số nạp hàng ngày chấp nhận được (ADI) của người tiêu dùng đối với Acesulfam kali (dưới 15 mg/kg thể trọng) và Saccharin (dưới 5 mg/kg thể trọng), hoàn thành trong năm 2026 với sự phối hợp giữa Bộ Y tế và Bộ Công Thương.
• Đẩy mạnh nghiên cứu tích hợp vi kênh điện di trên chip bán dẫn (microchip electrophoresis) nhằm tăng tốc độ phân tích lên hơn 30 mẫu mỗi giờ và giảm thể tích dung dịch đệm xuống dưới 1 mL cho mỗi mẻ chạy, do các nhóm nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Hà Nội triển khai thử nghiệm đến năm 2027.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu cung cấp hệ thống dữ liệu thực nghiệm và phương pháp luận chuyên sâu, mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho bốn nhóm đối tượng chính:

• Chuyên viên kiểm nghiệm tại các viện nghiên cứu và trung tâm kiểm chuẩn an toàn thực phẩm: Tiếp cận quy trình vận hành chi tiết của hệ thống điện di mao quản, nắm vững cách tối ưu hóa thành phần đệm và kỹ thuật loại trừ nhiễu nền trên các mẫu thực phẩm phức tạp.
• Giảng viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa phân tích: Sử dụng tài liệu như một nguồn tham khảo chuẩn mực về phương pháp thẩm định quy trình phân tích định lượng vi lượng, bao gồm các tiêu chí về khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện, độ thu hồi và độ chụm.
• Kỹ sư R&D và chuyên gia quản lý chất lượng (QA/QC) tại các doanh nghiệp sản xuất thực phẩm và đồ uống: Nắm bắt phương pháp kiểm soát hàm lượng phụ gia ngọt trong dây chuyền chế biến nước giải khát, thạch dinh dưỡng và gia vị, đảm bảo sản phẩm xuất xưởng tuân thủ 100% quy định pháp luật.
• Sinh viên và học viên cao học ngành Công nghệ Hóa học, Công nghệ Thực phẩm và Dược học: Khảo sát mô hình thiết kế thiết bị phân tích nội địa hóa dạng xách tay, từ đó định hướng phát triển các đề tài cải tiến thiết bị đo lường sinh hóa phục vụ đời sống.

Câu hỏi thường gặp

• Detector đo độ dẫn không tiếp xúc có ưu thế gì vượt trội so với detector quang phổ UV-Vis trong phân tích chất tạo ngọt? Detector đo độ dẫn không tiếp xúc ghi nhận tín hiệu dựa trên độ dẫn điện của ion mà không đòi hỏi phân tử chất phải có nhóm mang màu. Do đó, hệ thống có thể định lượng trực tiếp Cyclamat và các chất tạo ngọt không hấp thụ tia tử ngoại mà không cần thực hiện phản ứng tạo dẫn xuất phức tạp như ở phương pháp quang phổ UV-Vis.

• Tại sao hệ đệm Tris/His tại pH 9,2 lại được lựa chọn thay vì hệ đệm Tris/Ches? Mặc dù cả hai hệ đệm đều cho độ phân giải tốt, Tris/His tại pH 9,2 mang lại đường nền ổn định với độ nhiễu dưới 2 mV và có thời gian lưu ổn định. Ngoài ra, hóa chất L-Histidine rất phổ biến và có chi phí thấp hơn đáng kể so với hợp chất Ches tại thị trường hóa chất phân tích trong nước.

• Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp được xác lập dựa trên tiêu chí nào? Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng được xác định thực nghiệm dựa trên tỷ số giữa cường độ tín hiệu phân tích và độ nhiễu của đường nền (S/N). Theo quy chuẩn thẩm định quốc tế, giá trị LOD được tính tại ngưỡng tỷ số S/N bằng 3 và LOQ được tính tại ngưỡng tỷ số S/N bằng 10.

• Quy trình xử lý mẫu thực phẩm phức tạp như nước mắm hoặc thạch hoa quả có làm mất mát chất phân tích không? Quy trình xử lý chỉ bao gồm các bước vật lý đơn giản như chiết siêu âm trong 10 phút, ly tâm và lọc qua màng kích thước lỗ 0,45 µm mà không dùng dung môi hữu cơ bay hơi. Kết quả thử nghiệm đánh giá độ thu hồi luôn duy trì ổn định ở mức 94,8% đến 103,5%, chứng minh lượng chất phân tích được bảo toàn trọn vẹn.

• Thiết bị điện di mao quản bán tự động tự chế có đạt độ chính xác tương đương máy sắc ký HPLC thương mại không? Kết quả kiểm nghiệm đối chứng trên cùng các lô mẫu nước giải khát và thạch thương phẩm cho thấy độ lệch kết quả giữa hai phương pháp chỉ từ 1,5% đến 3,5%. Điều này chứng minh thiết bị tự chế hoàn toàn đạt độ chính xác tương đương máy sắc ký HPLC tiêu chuẩn trong khi chi phí vận hành thấp hơn rất nhiều.

Kết luận

• Xây dựng thành công quy trình phân tích đồng thời bốn chất tạo ngọt phổ biến gồm Acesulfam kali, Aspartam, Cyclamat và Saccharin trên hệ thiết bị điện di mao quản xách tay tích hợp detector đo độ dẫn không tiếp xúc.
• Xác lập bộ điều kiện vận hành tối ưu với dung dịch đệm Tris 100 mM phối hợp L-Histidine 10 mM ở pH 9,2, điện áp tách +15 kV và thời gian bơm mẫu 15 giây, giúp hoàn tất quá trình tách trong thời gian dưới 8 phút.
• Thẩm định toàn diện phương pháp phân tích với độ tuyến tính cao đạt hệ số tương quan $R^2$ lớn hơn 0,999, hiệu suất thu hồi thực tế đạt từ 94,8% đến 103,5% và độ lệch chuẩn tương đối dưới 4,2%.
• Chứng minh tính khả thi vượt trội khi ứng dụng định lượng chính xác phụ gia tạo ngọt trên các nền mẫu thực phẩm phức tạp như nước giải khát, thạch, nước mắm và chè đậu đen với sai số đối chứng HPLC dưới 3,5%.
• Hoàn thiện kế hoạch mở rộng ứng dụng thiết bị phân tích hiện trường giai đoạn 2025-2030, đóng góp công cụ kỹ thuật đắc lực cho công tác quản lý an toàn thực phẩm. Các phòng thí nghiệm và cơ quan quản lý chuyên ngành cần chủ động áp dụng kỹ thuật này để tối ưu hóa nguồn lực kiểm nghiệm định kỳ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Chất phụ gia thực phẩm 1. Giới thiệu chung về phụ gia thực phẩm Theo Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO): Phụ gia là chất không dinh dưỡng được thêm vào các sản phẩm với các ý định khác nhau. Thông thường các chất này có hàm lượng thấp dùng để cải thiện tính chất cảm quan, cấu trúc, mùi vị cũng như bảo quản sản phẩm.

Theo Ủy ban Tiêu chuẩn hóa thực phẩm quốc tế (Codex): Phụ gia thực phẩm (PGTP) (food additives) là: “một chất, có hay không có giá trị dinh dưỡng, mà bản thân nó không được tiêu thụ thông thường như một thực phẩm và cũng không được sử dụng như một thành phần của thực phẩm, việc bổ sung chúng vào thực phẩm nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ trong sản xuất, chế biến, đóng gói, bảo quản, vận chuyển thực phẩm nhằm cải thiện kết cấu hoặc đặc tính kĩ thuật của thực phẩm đó. PGTP không bao gồm các chất ô nhiễm hoặc các chất được bổ sung vào thực phẩm nhằm duy trì hay cải thiện thành phần dinh dưỡng của thực phẩm”. Như vậy, PGTP không phải là thực phẩm mà nó được thêm vào nhằm đáp ứng yêu cầu nhất định của sản phẩm. Việc sử dụng PGTP phải tuân theo quy định hiện hành của các cơ quan chức năng, ở đây là Bộ Y tế.

Phân loại phụ gia thực phẩm 1. Phân loại theo chức năng Tùy thuộc vào chức năng mà PGTP được chia thành nhiều loại khác nhau. Thông tin của một số loại phụ gia thực phẩm được thể hiện trong bảng 1. Phân loại phụ gia thực phẩm theo chức năng STT Tên nhóm Chức năng công nghệ Tên nhóm phụ Làm thay đổi hoặc kiểm Acid, kiềm, chất Chất điều chỉnh độ chua 1 soát độ acid hoặc kiềm đệm, chất điều Formatted Table (acidity regulator) của thực phẩm chỉnh độ pH 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Làm tăng độ axit và tạo Chất điều hòa độ 2 Acid vị chua với thực phẩm chua Bổ sung hoặc khôi phục 3 Chất tạo màu (colour) Chất tạo màu màu của một thực phẩm Chất tạo ngọt Chất tạo vị ngọt cho thực 4 Chất làm ngọt (sweetener) phẩm Làm ổn định, duy trì Chất giữ màu (colour Chất cố định màu, 5 hoặc tăng màu sắc cho retentiogent) chất ổn định màu thực phẩm Làm tăng hoặc khơi dậy Chất tăng hương Chất tăng hương vị 6 hương vị có trong thực vị, chất điều hương (flavour anhancer) phẩm vị, chất thanh vị Bảo vệ thực phẩm khỏi Chất làm ẩm (foaming bị khô do làm giảm tác Chất giữ nước/ẩm, 7 agent) dụng của môi trường khí chất làm ẩm quyển có độ ẩm thấp Kéo dài thời gian sử Chất chống khuẩn, dụng của thực phẩm Chất bảo quản chống nấm, chất 8 bằng cách chống lại sự (preservative) kiểm soát vi sinh hư hỏng do vi sinh vật vật, chất khử trùng gây ra Tạo khả năng duy trì sự Chất kết dính, chất phân tán đồng nhất của làm cứng, chất giữ 9 Chất ổn định (stabilizer) hai hoặc nhiều chất nước/ ẩm, chất ổn không trộn lẫn được định trong thực phẩm 1.

Phân loại dựa trên sức khỏe người tiêu dùng  Loại “liều lượng sử dụng hàng ngày không hạn chế” được qui định đối với 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] các chất mà tính độc hại đã được điều tra nghiên cứu một cách thích đáng, hoặc các tính chất sinh hóa và các giai đoạn chuyển hóa đã được biết một cách tường tận.  Loại “liều lượng sử dụng hàng ngày có điều kiện” được qui định cho một số hóa chất cần thiết để chế biến một số thực phẩm đặc biệt.  Loại “liều lượng dụng hàng ngày tạm thời” được qui định đối với các chất mà tính chất độc hại chưa được chứng minh chắc chắn, với điều kiện các kết quả nghiên cứu phải được công bố trong một thời gian nhất định. Nếu đến thời hạn mà các kết quả nghiên cứu không được trình bày rõ ràng, thì sẽ đình chỉ việc sử dụng các hóa chất này.

Những nguy hại của phụ gia thực phẩm Bên cạnh tác dụng cụ thể đối với sản phẩm thực phẩm, PGTP có những ảnh hưởng không tốt đối với người và súc vật ở một liều nhất định và với liều lượng cao hơn, ngay cả đối với những hóa chất được coi là không độc, chúng cũng gây ra những hậu quả đáng ngại với những triệu chứng không đặc hiệu như cản trở cơ học đường tiêu hóa dạ dày, ruột, thay đổi áp lực thẩm thấu và mất cân bằng dinh dưỡng [7]. Nếu sử dụng phụ gia thực phẩm không đúng liều lượng, chủng loại nhất là những phụ gia không cho phép dùng trong thực phẩm sẽ gây những tác hại cho sức khỏe, cụ thể: - Gây ngộ độc cấp tính: nếu dùng quá liều cho phép. - Gây ngộ độc mãn tính: dù dùng liều lượng nhỏ, thường xuyên, liên tục, một số chất phụ gia thực phẩm tích lũy trong cơ thể, gây tổn thương lâu dài. Một số PGTP thường dùng: màu thực phẩm, chất tạo ngọt, chất bảo quản, điều vị, chất độn, chất tạo xốp, hương liệu…Vì vậy cần kiểm soát chặt chẽ hàm lượng và cách sử dụng của các PGTP trong sản phẩm thực phẩm 1.

Tổng quan về chất tạo ngọt Chất tạo ngọt là PGTP, được sử dụng khá phổ biến trong công nghệ chế biến và thực phẩm. Chất tạo ngọt có nhiều loại ứng với các cấu trúc và tính chất hóa học khác nhau. Đến nay, các nhà khoa học đã tìm thấy hàng trăm chất hóa học có khả năng 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] tạo vị ngọt. Chúng được chiết tách từ thực vật hoặc được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp.

Tuy nhiên, chỉ có một số được phép sử dụng trong công nghệ thực phẩm. Tùy vào quy định của mỗi quốc gia, mà danh mục chất tạo ngọt cho phép sử dụng có thể khác nhau. Phân loại chất tạo ngọt Có thể phân loại các chất tạo ngọt thành hai nhóm chính : Nhóm có giá trị dinh dưỡng và không có giá trị dinh dưỡng. Phân loại chất tạo ngọt Chất tạo ngọt Có giá trị dinh dưỡng Không có giá trị dinh dưỡng Glucid Polyols Tự nhiên Tổng hợp Monosaccharied Disaccharied Hỗn hợp Đơn giản Hỗn hợp -Glucose -Saccharose -Đường -Xylitol -Glucose -Glycyrrhy – -Saccharin -Fructose -Mantose nghịch đảo -Sorbitol -Syrup zin -Aspartam -Glactose -Lactose Syrup thủy -Mannitol được -Stevioside -Acesulfam phân từ tinh -Maltitol halogen -Thaumatin Kali bột -Lactiol hóa -Monelin -Cyclamat -Mật ong -Isomalt -Miracullin -Sucralose -Dulcine Thông thường, chất lượng chất tạo ngọt được đánh giá trên cơ sở các tiêu chí sau:  Vị ngọt: được đánh giá trên cơ sở sử dụng vị ngọt của Saccharose làm chuẩn.

 Ngưỡng phát hiện: là nồng độ thấp nhất của dung dịch chất tạo ngọt để người sử dụng có thể cảm nhận và phát hiện được vị ngọt  Độ ngọt tương đối : là độ ngọt được so sánh với độ ngọt của chất chuẩn saccharose. Việc xác định độ ngọt tương đối được thực hiện bằng cách so sánh tỉ lệ 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] nồng độ của chất tạo ngọ cần tính với chất chuẩn sao cho vị ngọt của hai dung dịch là tương đương. Khi xác định độ ngọt tương đối người ta thường sử dụng dung dịch chuẩn saccharose 2,5% hoặc 10%. Giới thiệu chung về các chất phân tích: Acesulfam kali, Aspartam, Cyclamat, Saccharin 1.

Thông tin chung Bốn chất tạo ngọt được lựa chọn là bốn chất tạo ngọt tổng hợp không sinh năng lượng. Các chất tạo ngọt này thường được sử dụng để tạo vị ngọt trong thực phẩm hoặc thay thế đường trong các sản phẩm ăn kiêng. Các thông tin chung về bốn chất tạo ngọt được lựa chọn trong nghiên cứu này trình bày trong bảng 1. Thông tin chung về bốn chất tạo ngọt được lựa chọn trong nghiên cứu Acesulfam Tên chất Aspartam Cyclamat Saccharin kali Số INS (mã số quốc tế về 950 951 952 954 PGTP) Potassium 6- N-(L-α- N- Sodium 3-oxo- methyl-2,2- Aspartyl)-L- yclohexylsulfam 3H-1,2- Tên hóa học dioxo- phenylalanine, 1- ate (dạng muối benzothiazol-2- oxathiazin-4- methyl este natri) ide 1,1-dioxide olate Công thức phân tử C4H4KNO4S C14H18N2O5 C6H12NNaO3S C7H5NNaO3S Công thức cấu tạo Khối lượng phân tử 242 294,3 201,22 205,17 (g/mol) pKa1: 3,18 pKa 2 1,71 1,6 pKa2: 7,82 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Tính chất, ứng dụng và tác hại của Aspartam, Acesulfam kali, Cyclamat, Saccharin  Tính chất Aspartam ngọt hơn saccharose khoảng 200 lần [9], vị ngọt của nó kéo dài Formatted: Line spacing: Multiple 1.55 li hơn và cảm nhận chậm hơn so với đường, không để lại dư vị khó chịu. Aspartam là một dipeptide, giống như các dipeptide khác, Aspartam có chứa năng lượng khoảng 4kcal/g (17kJ/g). Tuy nhiên, chỉ cần một lượng rất nhỏ Aspartam đã tạo ra độ ngọt cần thiết. Aspartam được trộn với Saccharin hoặc Acesulfam kali cho hỗn hợp ngọt hơn và ổn định hơn khi 2 chất đứng riêng.

Là chất bột tinh thể màu trắng, không mùi, hầu như không hòa tan trong rượu, ete nhưng tan rất tốt trong nước. Ở 25oC có thể thu được dung dịch Natri cyclamat 21%, dung dịch này hầu như trung tính. Bền nhiệt, nó có thể chịu nhiệt độ cao lên đến 500 mà vẫn không bị biến tính, bền với axit và kiềm. Các tính chất của Cyclamat rất ổn định trong khoảng pH rộng (2,0-8,0).

Saccharin có vị ngọt gấp 450 lần Saccharose [9] và có vị chát, khi bị thủy phân bởi nhiệt độ và axit, giải phóng phenol làm thức ăn có mùi khó chịu. Không phản ứng hóa học với các chất khác có trong thành phần thực phẩm. Ổn định trong môi trường axit nhưng không bền khi bị đun nóng. Acesulfam kali dễ tan trong nước đặc biệt trong nước nóng, ở 100oC có thể hòa tan1300 g/1 lít nước.

Vị ngọt gấp 200 lần đường saccharose [9] và có dư vị hơi đắng đặc biệt là ở nồng độ cao. Ổn định ở nhiệt độ cao và môi trường axit, hầu như không bị biến đổi tính chất vật lí và hóa học trong thời gian dài [7].  Ứng dụng Aspartam được sử dụng thay thế đường trong thực phẩm ăn kiêng. Nó được sử dụng rộng rãi trên thế giới với sự hiện diện trong hơn 6000 sản phẩm như: bánh, nước giải khát, kẹo.

và cả trong dược phẩm. Aspartam được cho phép tại hơn 90 quốc gia để sử dụng trong nhiều loại thực phẩm [9]. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Cylamat Có thể sử dụng phối hợp với gelatin, tinh bột, anginit natri. hoặc phối hợp với các chất ngọt khác như đường Saccharin, Sacchrose để tạo vị ngọt, Formatted: Expanded by 0.1 pt che đi các vị khó chịu cho thực phẩm.

Cyclamat dễ quyện mùi với các hoa quả và nhiều khi còn làm tăng vị tự nhiên của hoa quả. Có thể được dùng cho người bị đái đường và là một chất ngọt tốt để sản xuất các sản phẩm thực phẩm có độ calo thấp.