MỞ ĐẦU Ngày nay, việc tiêu thụ các thực phẩm và đồ uống chế biến sẵn không ngừng tăng lên. Điều này làm tăng nguy cơ mắc các bệnh [7] như béo phì ở người lớn và trẻ em [32, 33], tiểu đường tuýp II [6, 10], rối loạn thần kinh [17, 25], ung thư [16, 43] và thậm trí dẫn tới tử vong [12, 46]. Trong quy trình sản xuất các thực phẩm và đồ uống chế biến sẵn, một lượng phụ gia thực phẩm được thêm vào nhằm duy trì hoặc cải thiện chất lượng của sản phẩm, tăng cường độ đặc, màu sắc, hương vị, độ ẩm, hạn sử dụng, khả năng chống oxi hóa, hoặc để ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc [29]. Theo Thông tư số 24/2019/TT-BYT ngày 30 tháng 8 năm 2019 của Bộ Y tế [1], có khoảng 400 phụ gia thực phẩm (PGTP) được phép sử dụng trong thực phẩm.
Trong đó, phosphate là một nhóm PGTP được sử dụng phổ biến bởi khả năng làm tăng tính giữ nước, cải thiện cấu trúc, giữ màu và hương vị của các sản phẩm được chế biến từ thịt, cá, sữa, bánh nướng và nước giải khát. Nhóm phosphate là một thành phần thiết yếu trong cơ thể, tham gia vào nhiều chức năng quan trọng như cấu tạo xương và răng, các hoạt động liên quan đến cơ bắp, dẫn truyền thần kinh và chuyển hóa năng lượng. Phosphate cũng có mặt trong nhiều loại thực phẩm, đặc biệt là các sản phẩm từ động vật, ngũ cốc nguyên hạt, và các loại hạt. Tuy nhiên, khi tiêu thụ nồng độ phosphate quá cao hoặc quá thấp đều có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như bệnh tim mạch [14, 23, 47], bệnh thận mãn tính [13].
Do đó, việc kiểm soát lượng hàm lượng nhóm phụ gia phosphate trong thực phẩm và đồ uống để không ảnh hưởng tới sức khỏe là điều rất đáng được quan tâm. Hiện nay, có nhiều phương pháp ―tiên tiến‖ đã được áp dụng để xác định hàm lượng các phụ gia nhóm phosphate trong thực phẩm và đồ uống như sắc ký lớp mỏng (TLC) [40], điện di mao quản (CE) [21, 42], quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) [19, 22], sắc ký lỏng (HPLC) [30], sắc ký trao đổi ion (IC) [9, 20, 24, 44], … Trong đó, phương pháp sắc ký ion (IC) là phương pháp được ưu tiên lựa chọn để phân tích một số dạng phosphate trong các nền mẫu thực phẩm, bởi độ 1 nhạy, chính xác và hiệu suất thu hồi cao. Vì vậy, việc thiết lập một quy trình phân tích tối ưu có thể xác định đồng thời một số dạng phosphate trong thực phẩm là điều cần thiết. Trên cơ sở đó, đề tài ―Xác định đồng thời một số dạng phosphate trong thực phẩm bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion‖ đã được lựa chọn nhằm đóng góp một phần nhỏ vào việc xây dựng một quy trình phân tích hiệu quả trong lĩnh vực kiểm soát chất lượng sản phẩm.
2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về nhóm phosphate Nhóm phosphate là một trong những thành phần thiết yếu trong cơ thể và thường xuyên có mặt trong chế độ ăn uống hằng ngày. Phosphate đóng vai trò trong cấu trúc của acid nucleic, adenosine triphosphate và phospholipid của màng tế bào; cũng như trong việc truyền tín hiệu tế bào thông qua các phản ứng phosphoryl hóa. Bởi những lý do này, phosphate cần thiết cho sự sống và việc hấp thụ các sản phẩm có chứa nhóm phosphate là rất quan trọng đối với tất cả các loài động vật và con người [26].
Ở người, khoảng 85% tổng lượng phosphate có trong xương và răng, 10% đến 15% ở các mô mềm và nhỏ hơn 1% ở dịch ngoại bào. Cân bằng nội môi phosphate được duy trì nhờ sự cân bằng giữa hấp thu ở ruột, bài tiết qua thận và dòng vào – ra khỏi xương (Hình 1. Yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi 23 (FGF23) và hormone tuyến cận giáp (PTH) đóng vai trò trung tâm trong việc điều hòa cân bằng nội môi phosphate.1: Cân bằng nội môi phosphate trong sinh lý bình thường ở người trưởng thành khoẻ mạnh [26] Phosphate có nhiều trong chế độ ăn uống của con người, với lượng phosphate ăn vào hàng ngày đạt ≥ 1500 mg. Có khoảng 40% đến 80% tổng lượng phosphate vào được hấp thu qua ruột.
Có hai cơ chế hấp thụ phosphate ở ruột: (1) 3 hấp thụ thụ động thông qua các mối nối của tế bào; (2) vận chuyển thông qua chất đồng vận chuyển phosphate phụ thuộc natri Npt2b [38]. Sự vận chuyển phosphate được điều hòa bởi calcitriol (1,25-dihydroxyvitamin D), gây ra biểu hiện của Npt2b trên màng đỉnh của tế bào biểu mô ruột [45]. Đối với người có chức năng thận bình thường, lượng phosphate dư thừa được bài tiết qua nước tiểu trong việc duy trì cân bằng phosphate [26]. Phosphate hấp thu vào cơ thể ở trạng thái oxy hóa (V) dưới hai dạng chủ yếu: phosphate hữu cơ và phosphate vô cơ.
Phosphate ở dạng ester hữu cơ tự nhiên có trong nhiều loại thực phẩm, bao gồm thịt, khoai tây, bánh mì… Chỉ có 40 % đến 60 % phosphate tự nhiên hữu cơ trong thực phẩm được hấp thụ qua đường tiêu hóa [37]. Bên cạnh đó, phosphate được bổ sung vào cơ thể người thường ở dạng vô cơ – nhóm phosphate làm chất phụ gia và chất bảo quản thực phẩm. Phosphate vô cơ này cũng được hấp thu qua đường tiêu hóa. Các loại thực phẩm thường được bổ sung phosphate vô cơ như là: thịt chế biến, giăm bông, xúc xích, cá đóng hộp, đồ nướng, nước coca cola và các loại nước giải khát khác.
Phosphate vô cơ được phép sử dụng làm phụ gia thực phẩm được sử dụng phổ biến trong nhiều sản phẩm [1, 34]. Mặc dù phospho là một thành phần thiết yếu của cơ thể con người và các động vật sống khác, nhưng nguyên tố này luôn xuất hiện ở trạng thái oxy hóa (V) dưới dạng phosphate tự do hoặc phosphate liên kết. Nó được hấp thụ và có vai trò trong hình thành cấu trúc chủ yếu ở dạng phosphate (HPO2− 4 ). Tuy nhiên, lượng phospho trong chế độ ăn uống và môi trường có thể đến từ các dạng phospho (V) khác.
Vai trò của phosphate Như đã đề cập ở trên, ester phosphate hữu cơ được tìm thấy chủ yếu trong thực phẩm giàu protein như các sản phẩm từ sữa, cá, thịt, xúc xích và trứng. Chúng được thủy phân trong đường tiêu hóa và sau đó được hấp thu lại từ ruột. Khoảng 40% đến 60% ester phosphate hữu cơ tiêu thụ trong khẩu phần được hấp thu lại [37]. Trong các sản phẩm ngũ cốc, các loại hạt và cây họ đậu, phosphate chủ yếu ở 4 dạng acid phytic (hexaphospho-inositol).
Nhóm phosphate này không thể phân hủy trong ruột người do thiếu enzyme phytase [5]. Hàm lượng phosphate trong thực phẩm chế biến công nghiệp cao hơn nhiều so với thực phẩm tự nhiên, do nhóm phosphate thường được sử dụng làm chất phụ gia trong sản xuất thực phẩm công nghiệp. Trên thế giới cũng như ở Việt Nam, natri phosphate (E339), kali phosphate (E340), canxi phosphate (E341) và muối của acid ortho-phosphoric, diphosphate (E450), triphosphate (E451) và polyphosphate (E452) được phép sử dụng trong thực phẩm như là chất bảo quản, chất điều chỉnh độ acid, chất làm dày và chất nhũ hóa. Muối phosphate cũng được thêm vào nhiều loại thực phẩm dưới dạng chất ổn định hoặc chất tăng vị giác.
Phụ gia thực phẩm (PGTP) nhóm phosphate đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong ngành công nghiệp thịt, chúng được sử dụng làm chất bảo quản [28]. Chúng cũng được sử dụng như một thành phần làm tan chảy muối trong sản xuất phô mai mềm. Ngoài ra, phosphate làm lỏng cấu trúc của protein, do nó liên kết nhiều nước hơn. Các PGTP nhóm phosphate cũng được tìm thấy với số lượng lớn trong nước giải khát có hương vị và trong sữa bột đã tiệt trùng, sữa tiệt trùng ở nhiệt độ rất cao, sữa đặc và sữa bột [31].
Trong các sản phẩm chế biến từ các loại bột như cà phê và bánh pudding, PGTP nhóm phosphate được dùng để ngăn chặn sự kết tụ. Đối với các sản phẩm đồ uống coca cola và nước giải khát có hương vị thường chứa một lượng lớn acid phosphoric (E338) - chất acid hóa [39]. Acid phosphoric lúc này có tác dụng làm giảm độ pH của thực phẩm do đó ức chế sự phát triển của nấm men, nấm mốc và vi khuẩn. Năm 2012, Eberhard Ritz và cộng sự đã đưa ra nhận định nước giải khát Coca cola sẽ có màu nâu khi thêm nhóm phụ gia phosphate và ngược lại, coca cola sẽ có màu đen khi không bổ sung acid phosphoric [37].
Do phosphate khi thêm vào đồ uống cola sẽ làm gián đoạn phản ứng glycation, tạo ra sản phẩm cuối glycation nâng cao (AGE) và tạo màu cho đồ uống có màu đen tuyền [37]. Tại Việt Nam, PGTP nhóm phosphate được phép cho và đồ uống lên tới 1. Tổng quan về một số dạng phosphate làm chất phụ gia thực phẩm Theo quy định danh mục các chất phụ gia được phép sử dụng trong thực phẩm ban hành theo Thông tư 24/2019/TT-BYT [1], nhóm chất phụ gia thực phẩm phosphate được thống kê trong bảng 1.1: Danh mục các chất phụ gia thực phẩm nhóm phosphate Tên phụ gia INS Chức năng Tên tiếng việt Tên tiếng anh Điều chỉnh độ acid, chống oxy 338 Acid phosphoric Phosphoric acid hoá, chất tạo phức kim loại Disodium 450 i Dinatri diphosphat diphosphate Trinatri Trisodium 450 ii diphosphat diphosphate Điều chỉnh độ acid, bảo quản, Tetranatri Tetrasodium tạo xốp, chống đông vón, ổn 450 iii diphosphat diphosphate định màu, chống oxy hoá, tạo Dipotassium phức kim loại, nhũ hoá, điều vị, 450 iv Dikali diphosphat diphosphate làm rắn chắc, xử lý bột, làm ẩm, Tetrakali Tetrapotassium ổn định, làm dày 450 v diphosphat diphosphate Dicalcium 450 vi Dicalcidiphosphat diphosphate Chất điều chỉnh độ acid, chất Calcium Calci dihydro nhũ hóa, chất làm ẩm, chất tạo 450 vii dihydrogen diphosphat xốp, chất tạo phức kim loại, chất diphosphate ổn định Magnesium Magnesi dihydro Chất điều chỉnh độ acid, chất tạo dihydrogen 450 ix diphosphat xốp, chất ổn định diphosphate 451 i Pentanatri Pentasodium Điều chỉnh độ acid, bảo quản, 6 triphosphat triphosphate tạo xốp, chống đông vón, ổn Pentakali Pentapotassium định màu, chống oxy hoá, tạo 451 ii triphosphat triphosphate phức kim loại, nhũ hoá, điều vị, Natri Sodium làm rắn chắc, xử lý bột, làm ẩm, 452 i polyphosphat polyphosphate ổn định, làm dày Potassium 452 ii Kali polyphosphat polyphosphate Natri calci Sodium calcium Nhũ hoá, ổn định, điều chỉnh độ 452 iii polyphosphat polyphosphate acid, tạo phức kim loại, tạo xốp Calci Calcium Điều chỉnh độ acid, bảo quản, 452 iv polyphosphat polyphosphate tạo xốp, chống đông vón, ổn định màu, chống oxy hoá, tạo Amoni Ammonium phức kim loại, nhũ hoá, điều vị, 452 v polyphosphat polyphosphate làm rắn chắc, xử lý bột, làm ẩm, ổn định, làm dày 1.