XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI MỘT SỐ DẠNG PHOSPHATE TRONG THỰC PHẨM BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẮC KÝ TRAO ĐỔI ION

• Tác giả: Đỗ Thị Hồng Thuý
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Ánh Hường
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Xác định đồng thời một số dạng phosphate trong thực phẩm bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về nhóm phosphate
• 1.2. Vai trò của phosphate
• 1.3. Tổng quan về một số dạng phosphate làm chất phụ gia thực phẩm
• 1.4. Tác dụng bất lợi của nhóm phosphate
• 1.5. Tổng quan các phương pháp phân tích hàm lượng nhóm phosphate
• 1.5.1. Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
• 1.5.2. Phương pháp điện di mao quản
• 1.5.3. Phương pháp sắc ký lỏng (LC)
• 1.5.4. Sắc ký trao đổi ion
• 1.5.5. Tổng quan về phương pháp sắc kí trao đổi ion
• 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. Thiết bị và hóa chất
• 2.2.1. Thiết bị và dụng cụ
• 2.2.2. Khảo sát điều kiện tối ưu trên thiết bị sắc kí trao đổi ion detector độ dẫn
• 2.3. Thông tin và quy trình xử lý mẫu phân tích
• 2.3.1. Thông tin mẫu
• 2.3.2. Quy trình xử lý mẫu phân tích
• 2.4. Các thông số đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích
• 2.4.1. Độ đặc hiệu của phương pháp
• 2.4.2. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp
• 2.4.3. Đường chuẩn của phương pháp
• 2.4.4. Độ lặp lại (độ chụm) của phương pháp
• 2.4.5. Độ thu hồi (độ đúng) của phương pháp
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Khảo sát điều kiện phân tích đồng thời một số dạng phosphate trong thực phẩm bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion với detector độ dẫn
• 3.2. Khảo sát chương trình gradient nồng độ KOH
• 3.3. Khảo sát quy trình xử lý mẫu
• 3.4. Xác nhận giá trị của phương pháp. Tính đặc hiệu/ chọn lọc
• 3.5. Xây dựng đường chuẩn
• 3.6. Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ)
• 3.7. Độ chụm (độ lặp lại) của phương pháp
• 3.8. Độ đúng (độ thu hồi) của phương pháp
• 3.9. Phân tích mẫu thực tế
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Phosphate Trong Thực Phẩm Vai Trò Tác Hại

Nhóm phosphate là thành phần thiết yếu, có mặt trong cấu trúc acid nucleic, adenosine triphosphate, phospholipid màng tế bào. Chúng tham gia vào truyền tín hiệu tế bào thông qua phosphoryl hóa. Ở người, 85% phosphate có trong xương và răng, 10-15% ở mô mềm và <1% ở dịch ngoại bào. Cân bằng nội môi phosphate duy trì nhờ cân bằng giữa hấp thu ở ruột, bài tiết qua thận và dòng vào-ra khỏi xương. Yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi 23 (FGF23) và hormone tuyến cận giáp (PTH) đóng vai trò trung tâm. Lượng phosphate ăn vào hàng ngày đạt ≥ 1500 mg, 40-80% tổng lượng phosphate vào được hấp thu qua ruột. Có hai cơ chế hấp thụ phosphate ở ruột: hấp thụ thụ động và vận chuyển qua chất đồng vận chuyển phosphate phụ thuộc natri Npt2b. Calcitriol điều hòa sự vận chuyển phosphate. Lượng phosphate dư thừa được bài tiết qua nước tiểu. Theo một nghiên cứu, chế độ ăn uống quá nhiều phosphate có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như bệnh tim mạch [14, 23, 47] và bệnh thận mãn tính [13].

1.1. Phosphate Vô Cơ và Phosphate Hữu Cơ Nguồn Gốc Hấp Thu

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 (40-60% được hấp thụ qua đường tiêu hóa [37]). Phosphate vô cơ được bổ sung vào thực phẩm như chất phụ gia và chất bảo quản (hấp thu qua đường tiêu hóa). Các loại thực phẩm chứa phosphate vô cơ thường 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 phổ biến trong nhiều sản phẩm [1, 34].

1.2. Vai Trò của Phosphate trong Thực Phẩm và Chế Biến Công Nghiệp

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 (40% đến 60% được hấp thu lại [37]). Trong các sản phẩm ngũ cốc, các loại hạt và cây họ đậu, phosphate chủ yếu ở dạng acid phytic (hexaphospho-inositol) (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. Phosphate thường được sử dụng làm chất phụ gia trong sản xuất thực phẩm công nghiệp: chất bảo quản, chất điều chỉnh độ acid, chất làm dày và chất nhũ hóa. Theo Thông tư 24/2019/TT-BYT, natri phosphate (E339), kali phosphate (E340), canxi phosphate (E341), diphosphate (E450), triphosphate (E451) và polyphosphate (E452) được phép sử dụng trong thực phẩm [1].

1.3. Tác Dụng Bất Lợi Của Nhóm Phosphate Đến Sức Khỏe

Mặc dù phospho là một thành phần thiết yếu của cơ thể con người, 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. Nếu 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.

II. Vấn Đề Kiểm Soát Hàm Lượng Phosphate Trong Thực Phẩm

Ngày nay, việc tiêu thụ các thực phẩm và đồ uống chế biến sẵn không ngừng tăng lên, kéo theo nguy cơ mắc các bệnh béo phì, tiểu đường tuýp II, rối loạn thần kinh, ung thư, thậm chí dẫn tới tử vong [6, 10, 12, 16, 17, 25, 32, 33, 43, 46]. Trong quy trình sản xuất, phụ gia thực phẩm được thêm vào nhằm duy trì hoặc cải thiện chất lượng 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, có khoảng 400 phụ gia thực phẩm được phép sử dụng trong thực phẩm [1]. Phosphate là một nhóm phụ gia thực phẩm 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.

2.1. Phụ Gia Phosphate Lợi Ích và Rủi Ro Tiềm Ẩn trong Thực Phẩm

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. 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.

2.2. Các Phương Pháp Phân Tích Phosphate Hiện Nay Ưu và Nhược Điểm

Hiện nay, có nhiều phương pháp 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 nhạy, chính xác và hiệu suất thu hồi cao.

III. Phương Pháp Sắc Ký Trao Đổi Ion Xác Định Phosphate Nguyên Lý

Phương pháp sắc ký trao đổi ion (IC) là kỹ thuật phân tích hiệu quả để xác định đồng thời các ion trong mẫu. Phương pháp này dựa trên ái lực khác nhau của các ion đối với pha tĩnh mang điện tích trái dấu. Các ion trong mẫu sẽ cạnh tranh với các ion trên pha tĩnh để liên kết, ion nào có ái lực mạnh hơn sẽ lưu lại trên cột lâu hơn, từ đó tách các ion ra khỏi nhau. Sau khi tách, các ion được phát hiện bằng detector độ dẫn hoặc các loại detector khác. Việc lựa chọn detector phù hợp phụ thuộc vào tính chất của các ion cần phân tích.

3.1. Ưu Điểm của Sắc Ký Trao Đổi Ion IC Trong Phân Tích Phosphate

Sắc ký trao đổi ion có độ nhạy cao, cho phép phát hiện và định lượng các ion phosphate ở nồng độ rất thấp. Nó có độ chọn lọc tốt, giúp phân tách các ion phosphate khác nhau một cách hiệu quả. Độ chính xác của sắc ký trao đổi ion rất cao. Nó còn có khả năng phân tích đồng thời nhiều ion, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí. Ngoài ra, sắc ký trao đổi ion còn có thể được sử dụng để phân tích nhiều loại mẫu khác nhau, bao gồm cả mẫu thực phẩm phức tạp.

3.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Sắc Ký Trao Đổi Ion Phosphate

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sắc ký trao đổi ion, bao gồm: Loại cột sắc ký: Cột sắc ký có vai trò quan trọng trong việc phân tách các ion. Eluent: Thành phần và nồng độ eluent ảnh hưởng đến khả năng di chuyển của các ion trên cột. Tốc độ dòng: Tốc độ dòng ảnh hưởng đến thời gian phân tích và độ phân giải. Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự cân bằng giữa các ion và pha tĩnh. pH: pH ảnh hưởng đến điện tích của các ion.

IV. Quy Trình Xác Định Phosphate Bằng Sắc Ký Trao Đổi Ion Chi Tiết

Để xác định đồng thời phosphate trong thực phẩm bằng sắc ký trao đổi ion, cần thực hiện theo các bước sau: Chuẩn bị mẫu: Mẫu thực phẩm cần được xử lý để loại bỏ các chất gây nhiễu và chuyển phosphate về dạng ion. Phân tích sắc ký: Mẫu đã chuẩn bị được đưa vào hệ thống sắc ký trao đổi ion để phân tách và xác định các ion phosphate. Xử lý dữ liệu: Dữ liệu thu được từ detector được xử lý để định lượng các ion phosphate. Cần tối ưu hóa các điều kiện phân tích để đảm bảo độ chính xác và độ nhạy của phương pháp.

4.1. Chuẩn Bị Mẫu Thực Phẩm Chiết Xuất và Làm Sạch Hiệu Quả

Quá trình chuẩn bị mẫu là bước quan trọng ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Mẫu thực phẩm thường chứa nhiều chất gây nhiễu, do đó cần được xử lý để loại bỏ các chất này trước khi đưa vào hệ thống sắc ký. Các phương pháp chiết xuất thường được sử dụng bao gồm chiết bằng nước, chiết bằng dung môi hữu cơ và chiết pha rắn (SPE). Sau khi chiết xuất, mẫu cần được làm sạch để loại bỏ các chất béo, protein và các chất gây nhiễu khác. Các phương pháp làm sạch thường được sử dụng bao gồm lọc, ly tâm và sử dụng cột làm sạch SPE.

4.2. Tối Ưu Hóa Điều Kiện Sắc Ký Eluent Tốc Độ Dòng và Nhiệt Độ

Để đạt được độ phân giải và độ nhạy cao, cần tối ưu hóa các điều kiện sắc ký. Việc lựa chọn eluent phù hợp là rất quan trọng, eluent phải có khả năng hòa tan các ion phosphate và tạo ra sự khác biệt về ái lực giữa các ion và pha tĩnh. Tốc độ dòng và nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến quá trình phân tách, tốc độ dòng quá cao có thể làm giảm độ phân giải, trong khi tốc độ dòng quá thấp có thể kéo dài thời gian phân tích. Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến sự cân bằng giữa các ion và pha tĩnh, do đó cần được kiểm soát chặt chẽ.

4.3. Detector Độ Dẫn Nguyên Tắc Hoạt Động và Lựa Chọn Tối Ưu

Detector độ dẫn là loại detector phổ biến được sử dụng trong sắc ký trao đổi ion. Detector này đo độ dẫn điện của dung dịch sau khi các ion được tách ra khỏi cột sắc ký. Độ dẫn điện tỷ lệ thuận với nồng độ của các ion, do đó có thể sử dụng detector độ dẫn để định lượng các ion phosphate. Việc lựa chọn detector độ dẫn phù hợp phụ thuộc vào nồng độ của các ion cần phân tích và các yêu cầu về độ nhạy và độ chính xác.

V. Nghiên Cứu Xác Định Đồng Thời Phosphate Trong Mẫu Thực Tế

Nghiên cứu của Đỗ Thị Hồng Thúy đã khảo sát điều kiện phân tích đồng thời một số dạng phosphate trong thực phẩm bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion với detector độ dẫn. Nghiên cứu này đã khảo sát chương trình gradient nồng độ KOH và quy trình xử lý mẫu, đồng thời xác nhận giá trị của phương pháp bằng cách đánh giá tính đặc hiệu, xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ), đánh giá độ chụm (độ lặp lại) và độ đúng (độ thu hồi) của phương pháp. Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp sắc ký trao đổi ion có thể được sử dụng để phân tích phosphate trong mẫu thực tế.

5.1. Khảo Sát Chương Trình Gradient Nồng Độ KOH Để Tách Phosphate

Nghiên cứu đã khảo sát các chương trình gradient khác nhau của dung dịch KOH để tối ưu hóa quá trình tách các ion phosphate. Kết quả cho thấy chương trình gradient phù hợp có thể cải thiện đáng kể độ phân giải và độ nhạy của phương pháp. Việc lựa chọn chương trình gradient phụ thuộc vào thành phần của mẫu và các ion phosphate cần phân tích.

5.2. Đánh Giá Quy Trình Xử Lý Mẫu Chiết Xuất Làm Sạch và Pha Loãng

Quy trình xử lý mẫu đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả phân tích. Nghiên cứu đã đánh giá các phương pháp chiết xuất, làm sạch và pha loãng khác nhau để tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu. Kết quả cho thấy việc lựa chọn phương pháp xử lý mẫu phù hợp có thể loại bỏ các chất gây nhiễu và cải thiện độ thu hồi của các ion phosphate.

5.3. Xác Nhận Giá Trị Phương Pháp Độ Chụm Độ Đúng và Giới Hạn Phát Hiện

Để đảm bảo chất lượng của phương pháp phân tích, cần xác nhận giá trị của phương pháp bằng cách đánh giá các thông số như độ chụm, độ đúng và giới hạn phát hiện. Nghiên cứu đã đánh giá các thông số này và so sánh với các tiêu chí của AOAC. Kết quả cho thấy phương pháp sắc ký trao đổi ion có độ chụm, độ đúng và giới hạn phát hiện phù hợp để phân tích phosphate trong mẫu thực phẩm.

VI. Kết Luận Sắc Ký Trao Đổi Ion Công Cụ Đắc Lực Phân Tích Phosphate

Phương pháp sắc ký trao đổi ion là một công cụ đắc lực để xác định đồng thời phosphate trong thực phẩm. Phương pháp này có độ nhạy, độ chính xác và độ chọn lọc cao, cho phép phân tích nhiều loại mẫu khác nhau. Việc tối ưu hóa các điều kiện phân tích và quy trình xử lý mẫu là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng của kết quả phân tích. Nghiên cứu của Đỗ Thị Hồng Thúy đã 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.

6.1. Ứng Dụng Rộng Rãi của Sắc Ký Trao Đổi Ion Trong Kiểm Soát Chất Lượng

Sắc ký trao đổi ion không chỉ được sử dụng để phân tích phosphate mà còn có thể được sử dụng để phân tích nhiều loại ion khác, bao gồm các ion kim loại, các ion halogen và các ion hữu cơ. Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm kiểm soát chất lượng thực phẩm, phân tích môi trường, phân tích dược phẩm và phân tích lâm sàng.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Phát Triển Phương Pháp Phân Tích Tiên Tiến

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp phân tích tiên tiến hơn để xác định phosphate và các chất khác trong thực phẩm. Các phương pháp phân tích mới cần có độ nhạy cao hơn, độ chính xác cao hơn và thời gian phân tích ngắn hơn. Ngoài ra, cần phát triển các phương pháp phân tích trực tuyến để theo dõi liên tục chất lượng của thực phẩm trong quá trình sản xuất.