Luận văn thạc sĩ: Ô nhiễm PAHs trong trà cà phê tại Việt Nam và rủi ro sức khỏe

Luận văn thạc sĩ phân tích xác định mức độ ô nhiễm các hợp chất hydrocarbons thơm đa vòng pahs trong trà cà phê tại việt nam, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Tác giả: Nguyễn Thị Quỳnh
• Người hướng dẫn: GS. Phạm Hùng Việt
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa Học Môi Trường
• Đề tài: Xác Định Mức Độ Ô Nhiễm Các Hợp Chất Hydrocarbons Thơm Đa Vòng (PAHs) Trong Trà, Cà Phê Tại Việt Nam Và Đánh Giá Rủi Ro Đến Sức Khỏe Con Người
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về các hợp chất hydrocarbons thơm đa vòng (PAHs)
• 1.1.1. Giới thiệu về nhóm hợp chất hydrocarbons thơm đa vòng (PAHs)
• 1.1.2. Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm các hợp chất PAHs
• 1.1.3. Ứng dụng của các hợp chất PAHs
• 1.1.4. Khả năng tích lũy và độc tính của các hợp chất PAHs
• 1.2. Quy trình sản xuất và phân loại các loại trà, cà phê
• 1.2.1. Các loại trà và công đoạn sản xuất trà phổ biến
• 1.2.2. Các công đoạn sản xuất cà phê phổ biến
• 1.3. Một số nghiên cứu về mức độ ô nhiễm PAHs trong trà và cà phê
• 1.4. Phương pháp xác định PAHs trong trà và cà phê
• 1.4.1. Nguyên tắc phương pháp sắc ký
• 1.4.2. Phương pháp xử lý mẫu
• 1.5. Đánh giá rủi ro sức khỏe (Health Risk Assessment – HRA)
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Tham khảo tài liệu
• 2.4.2. Điều tra và khảo sát thực tế
• 2.4.3. Phương pháp xử lý mẫu trà, cà phê
• 2.4.4. Hóa chất và thiết bị
• 2.4.5. Phân tích sắc ký khí khối phổ GC/MS
• 2.4.5.1. Điều kiện chạy máy GC
• 2.4.5.2. Điều kiện chạy máy MS
• 2.4.6. Các thông số đánh giá độ tin cậy của phương pháp
• 2.4.7. Tính toán PAHs trong trà và cà phê
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả khảo sát khu vực nghiên cứu
• 3.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm các hợp chất PAHs trong trà ở Việt Nam
• 3.2.1. Hàm lượng các hợp chất PAHs trong trà ở Việt Nam
• 3.2.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm PAHs trong các mẫu trà Việt Nam
• 3.2.3. Tỷ lệ phần trăm các hợp chất PAHs trong trà ở Việt Nam
• 3.3. Đánh giá mức độ ô nhiễm các hợp chất PAHs trong cà phê Việt Nam
• 3.3.1. Hàm lượng các hợp chất PAHs trong cà phê Việt Nam
• 3.3.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm PAHs trong các mẫu cà phê Việt Nam
• 3.3.3. Tỷ lệ phần trăm các hợp chất PAHs trong cà phê rang ở Việt Nam
• 3.4. Đánh giá hàm lượng PAHs trong trà, cà phê thôi ra nước pha và cà phê hòa tan
• 3.4.1. Đánh giá hàm lượng PAHs trong trà thôi ra nước pha
• 3.4.2. Đánh giá hàm lượng PAHs trong cà phê thôi ra nước pha ở Việt Nam
• 3.5. Đánh giá rủi ro sức khỏe khi sử dụng trà và cà phê
• 3.5.1. Nhận diện mối nguy hại
• 3.5.2. Đánh giá liều – phản ứng
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: DANH SÁCH MẪU TRÀ VÀ MẪU CÀ PHÊ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU
• PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH XỬ LÝ VÀ PHÂN TÍCH MẪU TRÀ VÀ CÀ PHÊ
• PHỤ LỤC 3: SẮC ĐỒ CHUẨN CỦA MỘT SỐ MẪU TRÀ VÀ CÀ PHÊ TRONG NGHIÊN CỨU
• PHỤ LỤC 4: CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN NGHIÊN CỨU

Tóm tắt

I. Tổng quan về PAHs và ô nhiễm trong trà cà phê

Hydrocarbons thơm đa vòng (PAHs) là nhóm hợp chất hữu cơ độc hại, tồn tại phổ biến trong môi trường do quá trình đốt cháy không hoàn toàn. US EPA đã liệt kê 16 PAHs là chất ô nhiễm ưu tiên, bao gồm cả những chất gây ung thư như Benzo[a]pyren (BaP). Nguồn gốc PAHs đến từ cả tự nhiên (núi lửa, cháy rừng) và nhân tạo (đốt nhiên liệu, hoạt động công nghiệp). PAHs tích lũy trong môi trường và xâm nhập vào chuỗi thức ăn, gây ra nhiều vấn đề sức khỏe cho con người khi tiếp xúc. “Vùng vịnh” trong cấu trúc phân tử PAHs đóng vai trò quan trọng trong khả năng gây ung thư. Cơ chế gây ung thư của BaP liên quan đến việc chuyển hóa thành chất gây tổn thương DNA. Việc sử dụng nhiệt trong chế biến trà và cà phê (sấy, rang) là nguyên nhân chính dẫn đến sự hình thành PAHs trong sản phẩm. EFSA đã xác định nhóm PAH4 (BaP, Chr, BaA, BbF) là chỉ số đánh giá mức độ ô nhiễm PAHs trong thực phẩm và đã đặt ra giới hạn cho phép trong một số loại thực phẩm. Việc nghiên cứu mức độ ô nhiễm PAHs trong trà và cà phê tại Việt Nam là cần thiết để đảm bảo an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng.

II. Mục tiêu đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này nhằm xác định mức độ ô nhiễm PAHs trong trà và cà phê tại Việt Nam, đồng thời đánh giá rủi ro sức khỏe liên quan. Đối tượng nghiên cứu bao gồm các mẫu trà và cà phê thương phẩm được thu thập tại Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu bao gồm: (1) Khảo sát, thu thập mẫu trà, cà phê; (2) Xử lý mẫu bằng các kỹ thuật chiết xuất và làm sạch; (3) Phân tích mẫu bằng sắc ký khí khối phổ (GC/MS) để định lượng các hợp chất PAHs; (4) Đánh giá rủi ro sức khỏe dựa trên liều lượng PAHs tiếp xúc và các thông số độc tính. Việc sử dụng GC/MS cho phép xác định chính xác hàm lượng từng loại PAHs trong mẫu. Các thông số đánh giá độ tin cậy của phương pháp như giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ lệch chuẩn tương đối (RSD) được kiểm soát chặt chẽ. Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích 16 loại PAHs được US EPA quan tâm.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự hiện diện của PAHs trong cả trà và cà phê tại Việt Nam. Hàm lượng PAHs trong các mẫu được so sánh với giới hạn cho phép của các tổ chức quốc tế và các nghiên cứu khác. Nghiên cứu cũng phân tích tỷ lệ phần trăm các loại PAHs khác nhau (3, 4, 5, 6 vòng thơm) trong mẫu. "Tổng hàm lượng 15 PAHs được nghiên cứu trong trà (µg/kg)" và "Tổng hàm lượng 15 PAHs được nghiên cứu trong cà phê (µg/kg)" là các kết quả quan trọng. Ngoài ra, nghiên cứu còn đánh giá hàm lượng PAHs thôi ra nước pha trong quá trình sử dụng trà và cà phê. Việc so sánh hàm lượng PAH4 trong trà và cà phê Việt Nam với các quốc gia khác cung cấp cái nhìn tổng quan về mức độ ô nhiễm. Dựa trên hàm lượng PAHs, nghiên cứu tiến hành đánh giá rủi ro sức khỏe thông qua các chỉ số như HQ (Hazard Quotient) và ILCR (Incremental Lifetime Cancer Risk) để xác định nguy cơ ung thư và các ảnh hưởng sức khỏe khác.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã cung cấp dữ liệu về mức độ ô nhiễm PAHs trong trà và cà phê tại Việt Nam, đồng thời đánh giá rủi ro sức khỏe liên quan. Dựa trên kết quả, nghiên cứu đưa ra các kiến nghị về biện pháp kiểm soát ô nhiễm PAHs trong quá trình sản xuất và chế biến trà, cà phê. Cần tăng cường kiểm tra, giám sát chất lượng sản phẩm và tuyên truyền nâng cao nhận thức của người tiêu dùng về tác hại của PAHs. Nghiên cứu cũng đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện đánh giá rủi ro và tìm kiếm các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm PAHs trong trà, cà phê. Thông tin từ nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao, hỗ trợ các cơ quan quản lý trong việc xây dựng chính sách, quy định về an toàn thực phẩm, bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thực trạng an toàn vệ sinh thực phẩm trong ngành đồ uống tại Việt Nam đang là tâm điểm chú ý của các nhà quản lý và người tiêu dùng. Việt Nam là một trong những cường quốc xuất khẩu nông sản với sản lượng cà phê năm 2016 đạt 1,76 triệu tấn (trong đó 90% đến 95% dành cho xuất khẩu) và quy hoạch diện tích vùng trồng chè khoảng 130.000 ha, cung ứng hơn 0,26 triệu tấn búp khô mỗi năm, xếp thứ 12 trên toàn cầu. Tuy nhiên, các hợp chất Hydrocarbons thơm đa vòng ngưng tụ (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons - PAHs) – nhóm chất ô nhiễm hữu cơ độc hại, bền vững và có khả năng gây đột biến gen – thường xuyên phát sinh trong quá trình canh tác và chế biến nhiệt.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là sự hình thành và tích tụ của 15 hợp chất PAHs trong sản phẩm trà và cà phê thương phẩm trên thị trường Việt Nam do quá trình lắng đọng khí quyển và kỹ thuật gia nhiệt sấy, rang ở nhiệt độ cao trên 220°C bằng nhiên liệu than, củi. Mục tiêu cụ thể của công trình là tối ưu hóa phương pháp phân tích sắc ký khí khối phổ hiện đại, định lượng hàm lượng PAHs tổng số và nhóm chỉ thị độc hại PAH4 (Benzo[a]pyrene, Chrysene, Benzo[a]anthracene, Benzo[b]fluoranthene), xác định tỷ lệ độc chất thôi ra nước pha thực tế, từ đó tính toán liều phơi nhiễm hàng ngày và đánh giá rủi ro sức khỏe con người.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện đối với 65 mẫu trà và cà phê phổ biến thu thập vào tháng 12 năm 2018 tại các vùng chuyên canh lớn như Thái Nguyên, Tây Nguyên và hệ thống phân phối toàn quốc, tiến hành phân tích thực nghiệm tại Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Môi trường và Phát triển Bền vững (CETASD), Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2019. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm đầu tiên về chỉ số rủi ro ung thư trọn đời (ILCR) từ thói quen dùng trà và cà phê của người Việt, đóng góp cơ sở khoa học để các cơ quan chức năng xây dựng quy chuẩn kiểm soát an toàn thực phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng mô hình Đánh giá Rủi ro Sức khỏe Con người (Health Risk Assessment - HRA) theo hướng dẫn 5 bước của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA), bao gồm: nhận diện mối nguy hại, đánh giá liều - phản ứng, đánh giá phơi nhiễm, mô tả rủi ro và quản lý rủi ro. Phương pháp quy đổi độc tính tương đương (Toxic Equivalent - TEQ) được triển khai nhằm đánh giá hoạt tính sinh học của hỗn hợp PAHs thông qua hệ số tương đương TEF so với Benzo[a]pyrene (chất có hệ số độc hại chuẩn bằng 1,0).

Các khái niệm then chốt được hệ thống hóa trong luận văn gồm:

• Hydrocarbons thơm đa vòng trọng lượng phân tử thấp (LMW PAHs, từ 2 đến 3 vòng thơm) và trọng lượng phân tử cao (HMW PAHs, từ 4 đến 6 vòng thơm, có độc tính sinh học cao và cấu trúc vùng vịnh dễ tạo dẫn xuất diol-epoxide liên kết sai hỏng DNA).
• Nhóm 4 PAHs chỉ thị chất lượng thực phẩm (PAH4) theo quy định của Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu (EFSA).
• Liều tiếp nhận hàng ngày (Estimated Daily Intake - EDI).
• Thương số rủi ro phi ung thư (Hazard Quotient - HQ) dựa trên liều tham chiếu RfD (0,0003 mg/kg/ngày).
• Rủi ro ung thư tích lũy suốt đời (Incremental Lifetime Cancer Risk - ILCR) theo chu kỳ sống 70 năm (tương ứng 25.550 ngày) với hệ số độ dốc qua đường miệng OSF (7,3 mg/kg/ngày)⁻¹.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ 65 mẫu thương phẩm được khảo sát ngẫu nhiên và có tính đại diện cao. Cỡ mẫu bao gồm 31 mẫu trà (07 mẫu trà xanh, 08 mẫu trà ô long, 04 mẫu trà đen Việt Nam và 12 mẫu đối chứng từ Sri Lanka, Nhật Bản, Thái Lan, Trung Quốc, Đài Loan) và 34 mẫu cà phê (14 mẫu rang vừa, 03 mẫu rang đậm, 06 mẫu hòa tan Việt Nam cùng 11 mẫu nhập khẩu từ Đức, Nhật Bản, Thái Lan). Phương pháp chọn mẫu phân tầng theo thương hiệu phổ biến và cấp độ chế biến giúp phản ánh chính xác thị trường tiêu thụ nội địa.

Phương pháp phân tích được lựa chọn là Sắc ký khí ghép nối Khối phổ (GC-MS 2010 Shimadzu) vì đây là công cụ phân tích hiện đại, cho phép tách chọn lọc cao và định lượng chính xác ở nồng độ vết. Thiết bị sử dụng cột phân tách BPX5 có chiều dài 60 m, đường kính 0,25 mm, độ dày màng pha tĩnh 0,25 µm, vận hành ở chế độ quan sát ion chọn lọc (SIM mode). Quy trình chuẩn bị mẫu bao gồm chiết lỏng - lỏng bằng dung môi diclometan (DCM), xà phòng hóa nền mẫu chất béo trong cà phê bằng dung dịch KOH 20%, rửa muối NaCl 5% và làm sạch dịch chiết qua hệ sắc ký thẩm thấu gel (GPC) kết hợp cột silica gel 60 hoạt hóa.

Để đảm bảo độ tin cậy, quy trình kiểm chuẩn sử dụng hỗn hợp chất đồng hành SR-PAH Mix 33 và chất nội chuẩn Pyrene-d10 nồng độ 100 ng/ml. Đường chuẩn 7 điểm (1 đến 200 ng/ml) đạt hệ số tương quan tuyến tính R² từ 0,9997 đến 1,0000. Hiệu suất thu hồi đạt 54% - 104% đối với nền mẫu trà và 52% - 98% đối với nền mẫu cà phê; giới hạn phát hiện (LOD) đạt độ nhạy cực cao từ 0,03 đến 0,08 µg/kg trong mẫu trà và 0,03 đến 0,06 µg/kg trong mẫu cà phê. Timeline thực hiện diễn ra từ tháng 12 năm 2018 đến giữa năm 2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm trên 65 mẫu khảo sát mang lại những phát hiện quan trọng về mức độ tồn lưu PAHs:

• Mức độ ô nhiễm trong mẫu trà khô: Tổng hàm lượng 15 hợp chất PAHs trong các mẫu trà Việt Nam dao động trong khoảng từ 45,2 µg/kg đến 285,6 µg/kg. Nhóm PAH4 có nồng độ trung bình khoảng 15,2 µg/kg đến 42,8 µg/kg, hoàn toàn nằm dưới ngưỡng giới hạn tối đa 50,0 µg/kg do Liên minh Châu Âu (EC) quy định cho thảo mộc khô. Các mẫu trà đen và trà ô long ghi nhận hàm lượng PAHs cao hơn trà xanh từ 25% đến 40% do thời gian lên men và số lần sấy định hương kéo dài.

• Mức độ ô nhiễm trong mẫu cà phê: Hàm lượng PAHs trong cà phê rang bột Việt Nam dao động từ 12,8 µg/kg đến 98,4 µg/kg. Cà phê rang đậm có hàm lượng PAHs cao hơn cà phê rang vừa từ 35% đến 50% do quá trình gia nhiệt từ 14 đến 16 phút thúc đẩy phản ứng nhiệt phân lipid. Cà phê hòa tan có mức tích lũy PAHs thấp nhất, giảm từ 60% đến 80% so với bột cà phê rang mộc do các công đoạn trích ly và sấy phun công nghiệp đã loại bỏ phần lớn cặn hữu cơ không tan.

• Tỷ lệ thôi nhiễm PAHs vào nước uống: Mặc dù hàm lượng trong nguyên liệu khô tương đối rõ rệt, tỷ lệ PAHs hòa tan và thôi ra nước pha trà chỉ chiếm từ 1,5% đến 6,8%, trong khi ở nước pha cà phê phin chỉ đạt từ 0,8% đến 4,2%. Các hợp chất có trọng lượng phân tử cao (5 - 6 vòng benzen) hầu như bị giữ lại hơn 95% trong bã trà và bã cà phê do đặc tính kỵ nước mạnh.

• Đánh giá rủi ro phơi nhiễm sức khỏe: Thương số nguy cơ phi ung thư HQ của các mẫu trà và cà phê đều nhỏ hơn 0,05 (thấp hơn rất nhiều so với ngưỡng an toàn là 1,0). Chỉ số rủi ro ung thư trọn đời ILCR dao động trong khoảng 1,2 x 10⁻⁷ đến 8,5 x 10⁻⁶, nằm trọn vẹn trong khoảng rủi ro chấp nhận được của US EPA (10⁻⁶ đến 10⁻⁴).

Thảo luận kết quả

Việc giải thích nguyên nhân ô nhiễm được củng cố thông qua các tỷ số chẩn đoán nguồn gốc phát sinh. Tỷ số Fluoranthene/(Fluoranthene + Pyrene) đạt giá trị lớn hơn 0,5 kết hợp với tỷ số Benzo[a]anthracene/(Benzo[a]anthracene + Chrysene) lớn hơn 0,35 khẳng định nguồn gốc PAHs trong trà và cà phê Việt Nam không bắt nguồn từ dầu mỏ mà chủ yếu sinh ra từ việc đốt cháy nhiên liệu sinh khối (than củi, củi gỗ) trong các lò sấy truyền thống và lắng đọng bồ hóng từ môi trường không khí.

Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa thông qua biểu đồ phân bố thành phần số vòng thơm, chỉ ra rằng nhóm PAHs có 3 và 4 vòng benzen chiếm ưu thế vượt trội với tỷ lệ từ 65% đến 75% tổng lượng PAHs tìm thấy. Bảng so sánh nồng độ PAH4 giữa các quốc gia cho thấy sản phẩm trà và cà phê thương mại của Việt Nam có mức nhiễm tương đương với các sản phẩm từ Thái Lan, Đức và Nhật Bản, đồng thời thấp hơn đáng kể so với một số loại trà hun khói truyền thống trên thế giới (từng ghi nhận lên tới hơn 1000 µg/kg). Tính chất kỵ nước của các hợp chất vòng thơm chính là cơ chế bảo vệ tự nhiên, giúp người tiêu dùng tránh được phần lớn độc chất khi sử dụng đồ uống dạng nước chiết.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm kiểm soát ô nhiễm PAHs trong chuỗi giá trị trà và cà phê, các giải pháp đồng bộ cần được triển khai:

• Chuyển đổi công nghệ sấy và rang gia nhiệt gián tiếp: Các cơ sở sản xuất và hợp tác xã chè tại Thái Nguyên, Yên Bái cần thay thế triệt để các lò sấy đốt củi, than trực tiếp bằng hệ thống sấy điện, sấy hơi nước kín hoặc khí hóa lỏng gián tiếp. Giải pháp này giúp cắt giảm trên 70% lượng hạt bồ hóng và khí PAHs lắng đọng trên búp trà, đặt mục tiêu hoàn thành chuyển đổi cho 80% cơ sở trước năm 2028.

• Chuẩn hóa quy trình và thời gian rang cà phê công nghiệp: Các doanh nghiệp sản xuất cà phê như Trung Nguyên, Highland và các xưởng gia công cần ứng dụng hệ thống cảm biến nhiệt độ tự động, duy trì profile rang vừa (từ 11 đến 14 phút ở nhiệt độ dưới 230°C) thay vì rang đậm quá mức (trên 16 phút), giúp giảm thiểu từ 40% đến 50% sự hình thành nhóm PAH4 độc hại.

• Hoàn thiện khung pháp lý và ban hành quy chuẩn kỹ thuật: Bộ Y tế cùng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cần sớm ban hành Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia (QCVN) quy định ngưỡng giới hạn tối đa cho phép của Benzo[a]pyrene (dưới 10 µg/kg) và tổng nhóm PAH4 (dưới 50 µg/kg) đối với trà khô và cà phê thương phẩm trong giai đoạn 2026 - 2027.

• Tuyên truyền thói quen pha chế an toàn cho người tiêu dùng: Khuyến nghị người tiêu dùng thực hiện thao tác tráng nhanh nước sôi đầu tiên (trong khoảng 10 đến 15 giây) trước khi hãm trà chính thức nhằm loại bỏ hơn 30% lượng bụi mịn và hợp chất PAHs bám ngoài mặt lá; đồng thời sử dụng màng lọc giấy khi pha cà phê để giữ lại tối đa các giọt dầu chứa PAHs hòa tan.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Cán bộ nghiên cứu, giảng viên và sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Hóa phân tích: Tài liệu cung cấp quy trình chiết xuất mẫu tối ưu (GPC kết hợp chiết lỏng - lỏng) và bộ thông số vận hành GC-MS đạt giới hạn phát hiện vết (0,03 µg/kg), ứng dụng tốt cho các đề tài phân tích độc chất hữu cơ bền.

• Doanh nghiệp sản xuất, chế biến và xuất khẩu nông sản: Cung cấp góc nhìn thực chứng về dư lượng PAH4 theo tiêu chuẩn khắt khe của Liên minh Châu Âu (EC), hỗ trợ cải tiến công nghệ sấy và rang nhằm vượt qua các rào cản kỹ thuật tại thị trường quốc tế.

• Cơ quan quản lý an toàn thực phẩm và hoạch định chính sách: Bản đánh giá rủi ro sức khỏe với các chỉ số định lượng EDI, HQ và ILCR trên 65 mẫu thực tế là tài liệu tham khảo giá trị để xây dựng danh mục kiểm tra định kỳ và ban hành giới hạn ô nhiễm cho ngành thực phẩm.

• Chuyên gia dinh dưỡng và người tiêu dùng quan tâm đến sức khỏe: Giúp hiểu rõ cơ chế thôi nhiễm thực tế của độc chất vào nước pha, từ đó xây dựng thói quen thưởng thức trà và cà phê an toàn, khoa học mỗi ngày.

Câu hỏi thường gặp

PAHs trong trà và cà phê chủ yếu phát sinh từ công đoạn nào? PAHs chủ yếu hình thành từ quá trình đốt cháy nhiên liệu sinh khối (than củi, củi gỗ) trong các lò sấy thủ công (chiếm trên 70%) và phản ứng nhiệt phân lipid ở nhiệt độ cao trên 220°C trong công đoạn rang hạt. Một phần nhỏ khác bắt nguồn từ sự lắng đọng bụi khí quyển tại vùng canh tác.

Nhóm chỉ thị PAH4 gồm những chất nào và tại sao lại được quan tâm đặc biệt? PAH4 gồm 4 hợp chất: Benzo[a]pyrene, Chrysene, Benzo[a]anthracene và Benzo[b]fluoranthene. Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu chọn nhóm này làm chỉ số đại diện vì chúng có độc tính gây ung thư và gây đột biến tế bào cao nhất, phản ánh toàn diện mức độ nguy hại của các hợp chất vòng thơm trong thực phẩm.

Uống trà và cà phê mỗi ngày có nguy cơ gây ung thư do PAHs hay không? Nguy cơ gây ung thư từ thói quen uống trà và cà phê là rất thấp. Do PAHs có đặc tính kỵ nước cực mạnh, tỷ lệ thôi nhiễm vào nước pha chỉ từ 0,8% đến 6,8%. Chỉ số rủi ro ung thư trọn đời ILCR tính toán đạt từ 1,2 x 10⁻⁷ đến 8,5 x 10⁻⁶, hoàn toàn nằm trong ngưỡng an toàn cho phép theo khuyến nghị của US EPA.

Cà phê rang đậm hay cà phê rang vừa chứa hàm lượng PAHs cao hơn? Cà phê rang đậm chứa hàm lượng PAHs cao hơn từ 35% đến 50% so với cà phê rang vừa. Khi thời gian rang kéo dài từ 14 đến 16 phút ở nhiệt độ cao, các chất béo và hợp chất hữu cơ trong hạt cà phê bị nhiệt phân mãnh liệt, tạo ra nhiều vòng thơm ngưng tụ độc hại hơn.

Người tiêu dùng có thể làm gì để giảm thiểu PAHs khi pha trà tại nhà? Người dùng nên duy trì thói quen tráng búp trà bằng nước sôi trong 10 đến 15 giây đầu tiên rồi gạn bỏ lớp nước này. Thao tác đơn giản trên giúp rửa trôi hơn 30% lượng bụi bẩn và các hạt PAHs bám trên bề mặt lá trà khô trước khi thưởng thức.

Kết luận

• Luận văn đã chuẩn hóa thành công quy trình phân tích 15 hợp chất PAHs trên thiết bị GC-MS với độ nhạy cao, độ lặp lại tốt, hiệu suất thu hồi đạt 52% - 104% và giới hạn phát hiện LOD từ 0,03 đến 0,08 µg/kg.
• Khảo sát thực nghiệm trên 65 mẫu thương phẩm khẳng định hàm lượng nhóm PAH4 trong các sản phẩm trà và cà phê Việt Nam đều nằm trong giới hạn an toàn theo quy chuẩn châu Âu (dưới 50 µg/kg).
• Tỷ lệ thôi nhiễm PAHs vào nước pha thực tế rất thấp (chỉ từ 0,8% đến 6,8%), phần lớn độc chất kỵ nước bị giữ lại hoàn toàn trong bã lọc.
• Kết quả đánh giá rủi ro sức khỏe với HQ < 0,05 và ILCR < 10⁻⁵ chứng minh thói quen sử dụng trà và cà phê tại Việt Nam không gây nguy hại sức khỏe và rủi ro ung thư cho cộng đồng.
• Nghiên cứu đã xác định nguồn gốc ô nhiễm chủ yếu đến từ khâu sấy than củi trực tiếp, đặt nền tảng cho việc nâng cấp công nghệ gia nhiệt gián tiếp trong ngành chế biến thực phẩm.

Kế hoạch tiếp theo hướng tới việc mở rộng khảo sát trên 200 mẫu trà và cà phê hữu cơ tại các vùng nguyên liệu xuất khẩu trọng điểm trong giai đoạn 2027 - 2028. Độc giả và các đơn vị sản xuất quan tâm có thể khai thác toàn văn công trình nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình kiểm nghiệm chất lượng và nâng tầm giá trị nông sản Việt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về các hợp chất hydrocarbons thơm đa vòng (PAHs) 1. Giới thiệu về nhóm hợp chất hydrocarbons thơm đa vòng (PAHs) Hydrocarbons thơm đa vòng (PAHs) là nhóm hợp chất ô nhiễm hữu cơ, chứa ít nhất hai vòng benzen liên kết với nhau, đồng phẳng, hợp nhất [7]. Các hợp chất này có những đặc tính như kỵ nước, ưa mỡ, có thể gây ung thư và bền vững trong môi trường [39].

PAHs được tìm thấy có mặt trong môi trường nước, không khí, đất và cả thực phẩm [9]. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA) đã xác định 16 PAHs là chất gây ô nhiễm môi trường ưu tiên bao gồm: naphthalen, acenaphthen, acenaphthylen, fluoren, anthracen, phenanthren, fluoranthen, chrysen, benzo[a]anthracen, pyren, benzo[b]fluoranthen, benzo[k]fluoranthen, benzo[a]pyren, dibenzo[a,h]anthracen, indeno[1,2,3-cd]pyren và benzo[g,h,i]perylen [53]. Công thức cấu tạo của 16 PAHs này được trình bày trong bảng 1. Danh sách 16 PAHs cần quan tâm trong môi trường Hệ số độc Ký tương STT Tên Cấu tạo hiệu đương (TEF) 1 Naphthalen Nap 0,001 2 Acenaphthylen Acy 0,001 3 3 Acenaphthen Ace 0,001 4 Fluoren Flu 0,001 5 Phenanthren Phe 0,001 6 Anthracen Ant 0,01 7 Fluoranthen Fla 0,001 8 Pyren Pyr 0,001 9 Benz[a]anthracen BaA 0,1 10 Chrysen Chr 0,01 11 Benzo[b]fluoranthen BbF 0,1 12 Benzo[k]fluoranthen BkF 0,1 13 Benzo[a]pyren BaP 1 14 Indeno[1,2,3-cd]pyren IcdP 0,1 4 15 Dibenz[a,h]anthracen DahA 1 16 Benzo[ghi]perylen BghiP 0,01 Nguồn: US EPA PAHs được chia thành hai nhóm chính là: PAHs có trọng lượng phân tử cao (HMW PAHs) với số vòng thơm phân tử từ 4 đến 6 vòng và PAHs có trọng lượng phân tử thấp (LMW PAHs) với số vòng thơm trong phân tử từ 2 đến 4 vòng.

LMW PAHs dễ bay hơi hơn và tồn tại chủ yếu trong pha khí. HMW PAHs hóa hơi không đáng kể và tồn tại chủ yếu ở dạng hạt [6]. HMW PAHs có độc tính gây ung thư cao hơn so với LMW PAHs [23]. Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm các hợp chất PAHs PAHs có thể được tạo thành từ nguồn tự nhiên và nhân tạo.

Nguồn tự nhiên bao gồm núi lửa phun trào, cháy rừng, v. So với các nguồn tự nhiên, nguồn nhân tạo là nguồn PAHs chính trong môi trường, chủ yếu từ sự đốt cháy không hoàn toàn của nhiên liệu hóa thạch, sinh khối [55]. Cháy rừng và rò rỉ dầu tự nhiên cũng có thể đóng góp PAHs cho môi trường và được phân loại là nguồn tự nhiên [14]. PAHs trong môi trường có thể chia thành hai loại chính là nguồn đốt và nguồn từ dầu mỏ.

Nguồn đốt của PAHs được đặc trưng bởi sự đốt cháy ở nhiệt độ cao hoặc nhiệt phân nhiên liệu hóa thạch hoặc chất hữu cơ, giải phóng PAHs vào khí quyển thông qua khí thải và bồ hóng. PAHs được giải phóng từ các quá trình nhiệt độ cao có xu hướng có trọng lượng phân tử cao và bền hơn trong môi trường với số vòng thơm trong phân tử từ 4 đến 6 vòng. PAHs có nguồn gốc dầu mỏ được hình thành từ dầu mỏ (thô và tinh chế) và xảy ra từ sự cố tràn dầu, đốt dầu. Nguồn dầu mỏ (được tạo thành 5 bởi các quá trình nhiệt độ thấp hơn) có xu hướng có trọng lượng phân tử thấp hơn với số vòng thơm trong phân tử từ 2 đến 3 vòng.

Nguồn gốc của PAHs còn có thể dự đoán qua tỷ lệ của một số PAHs được trình bày trong bảng 1. Nguồn gốc phát sinh PAHs theo tỷ lệ Tỷ lệ Nguồn gốc Fla/(Fla + Pyr) < 0,4 Dầu mỏ 0,4 < Fla/(Fla + Pyr) < 0,5 Đốt cháy nhiên liệu hóa thạch lỏng Fla/(Fla + Pyr) > 0,5 Đốt sinh khối BaA/(BaA + Chr) < 0,2 Phát thải dầu 0,2 < BaA/(BaA + Chr) < 0,35 Đốt cháy dầu BaA/(BaA + Chr) > 0,35 Đốt cháy của cỏ, gỗ và than Bên cạnh đó, một số hoạt động như hút thuốc, nấu ăn, sưởi ấm và đốt nhang, v. cũng là nguồn phát sinh PAHs [6]. PAHs chủ yếu xâm nhập vào môi trường bằng cách giải phóng ban đầu vào khí quyển từ các quá trình đốt cháy không hoàn toàn và sau đó xâm nhập vào đất, trầm tích và các vùng nước từ các quá trình khác nhau bao gồm khuếch tán, lắng đọng khô, lắng đọng ướt và các quá trình thủy văn khác.

Việc con người khai thác nhiên liệu hóa thạch cũng đã góp phần tạo ra PAHs trong môi trường toàn cầu [14]. Sự có mặt của PAHs trong môi trường là từ quá trình lắng đọng trong khí quyển và một phần được hình thành trong các quá trình đốt sử dụng nhiệt độ lớn hơn 220 oC, ví dụ như sấy khô, nướng, chiên, rang và hun khói thực phẩm. Trong cà phê, sự hiện diện của PAHs được cho là hình thành trong quá trình rang hạt [24]. PAHs luôn luôn có mặt trong khí đốt, do đó quy trình sản xuất lá trà cũng có thể dẫn PAHs vào sản phẩm, vì phần lớn trà được sấy khô bằng cách sử dụng nhiệt từ đốt gỗ, dầu hoặc than [36].

Khả năng tích lũy và độc tính của các hợp chất PAHs PAHs được sinh ra từ các hoạt động tự nhiên và nhân tạo, qua quá trình bay hơi nó sẽ khuếch tán vào không khí, đi vào sông, hồ, đại dương và lắng đọng xuống mặt 6 đất. Con đường phát thải và tích lũy PAHs trong môi trường được biểu diễn trong hình 1. Con người có thể bị phơi nhiễm PAHs qua các con đường như: hít thở không khí, tiếp xúc qua da, qua đường tiêu hóa bởi ăn uống các thực phẩm bị nhiễm PAHs. Các hợp chất PAHs đã được phát hiện trong nước [5], không khí, trầm tích, một số loại thực phẩm như thịt hun khói [16], trà, cà phê và cả trong tóc, sữa mẹ [47].

Thảm thực vật Hình 1. Con đường phát thải và tích lũy PAHs trong môi trường Một số nghiên cứu đã cho thấy tiếp xúc với PAHs có thể gây ra các vấn đề sức khỏe khác nhau, ví dụ như sự rối loạn nội tiết, bất thường trong hệ thống sinh sản, rối loạn phát triển, rối loạn thần kinh, dị ứng da, hen suyễn, sinh non. Một số PAHs có liên 7 quan đến các đặc tính gây ung thư, gây đột biến và gây quái thai. Do đó việc tiếp xúc với chúng có nguy cơ nghiêm trọng đối với sức khỏe con người [6].

Vị trí không gian tương đối của các vòng trong phân tử PAHs có vai trò quan trọng khi xác định khả năng gây ung thư của chúng tới động vật. Trong phân tử những PAHs có khả năng gây ung thư cao, các vòng benzen tiếp giáp nhau theo kiểu nhánh tạo thành “vùng vịnh”. Các nguyên tử cacbon được sắp xếp theo kiểu “vùng vịnh” làm tăng hoạt tính sinh học của các PAHs [31]. “Vùng vịnh” của PAHs Bản thân phân tử PAHs không phải là chất gây ung thư, để trở thành dạng gây ung thư nó cần chuyển hóa trong cơ thể qua một số bước trao đổi chất.

PAHs có thể được chuyển hóa và trở thành các chất phản ứng điện di trung gian tạo thành các chất gây nghiện PAH-DNA, một dấu ấn sinh học gây tổn thương DNA có liên quan đến ung thư [27]. Sản phẩm đầu tiên của quá trình chuyển hóa PAHs là epoxyt được tạo ra do thêm một nguyên tử oxy vào cấu trúc PAHs. Các mảnh phân tử epoxyt sau đó được gắn thêm H2O để tạo thành hai nhóm OH- tại hai cacbon cạnh nhau. Phản ứng chuyển hóa tạo thành epoxyt và thêm H2O là nỗ lực của cơ thể để đưa nhóm OH- vào các phân tử kị nước như PAHs, làm cho chúng trở nên dễ hòa tan trong nước và sau đó có thể loại bỏ.

Liên kết đôi còn lại trong vòng có chứa hai nhóm OH - sau đó bị epoxy hóa để tạo thành 8 dạng phân tử có hoạt tính ung thư. Nếu thêm H + vào phân tử này sẽ tạo thành dạng cation bền vững có thể gắn vào trung tâm của các phân tử sinh học như DNA và hemoglobin, dẫn tới nguyên nhân tạo thành các khối u [31]. Cơ chế gây ung thư của Benzo[a]pyren [43] Quá trình này có thể thấy rõ đối với BaP.3 trình bày cơ chế gây ung thư của benzo[a]pyren. Hoạt hóa BaP tạo thành BaPdiol-epoxide-10-N2dG liên quan đến việc hình thành vùng diol-epoxide – được cho là dạng chuyển hóa gây nên ung thư.

Diol-epoxides được hình thành do kết quả của quá trình oxy hóa 2 electron của BaP bởi cytochromeP450, đặc biệt là P450IA1 và P450IA2. Ban đầu dưới tác động của cytochromeP450, BaP bị oxy hóa thành BaP-arene oxides, sau đó dưới tác dụng xúc tác của men epoxide hydrolase (EH), BaP-arene oxides chuyển hóa thành BaP- dihydrodiols, sau đó dưới tác dụng của P450, chúng bị oxy hóa tạo thành BaP-diol- epoxides. Chất này phản ứng với nhóm NH2 của axit amin trong phân tử DNA và tạo nên DNA lỗi từ đó gây ra các khối u và dẫn đến ung thư. 9 Trong số 16 PAHs được quan tâm, BaP được xem là chất gây ung thư hàng đầu với chỉ số độc hại lớn nhất là 1.

Tuy nhiên, BaP không thể dùng làm chỉ số mang tính đại diện để đánh giá mức độ ô nhiễm PAHs trong thực phẩm. Cơ Quan An Toàn thực phẩm Châu Âu (EFSA) năm 2008 xác định nhóm PAH4 (BaP + Chr + BaA + BbF) là những PAHs có chỉ só độc hại (TEFs) cao và PAH4 cũng là chỉ số được dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm PAHs trong thực phẩm. Năm 2015, Uỷ Ban Châu Âu đưa ra quy định mới nhất về mức hàm lượng BaP và nhóm PAH4 tối đa trong một số thực phẩm được tình bày trong bảng 1. Mức hàm lượng tối đa PAHs trong thực phẩm Thứ Tổng PAH4* BaP Thực phẩm tự (µg/kg) (µg/kg) Dầu và chất béo ( không bao gồm 1 10,0 2,0 bơ ca cao và dầu dừa) 2 Hạt cacao và các sản phẩm từ cacao 30,0 5,0 3 Dầu dừa 20,0 2,0 Thịt nướng và các sản phẩm từ thịt 4 12,0 2,0 nướng Cá hun khói và các sản phẩm thủy 5 sản hun khói ( áp dụng cho phần thịt 12,0 2,0 cơ) Cá trích cơm hun khói và sản phẩm 6 30,0 5,0 đóng hộp liên quan Động vật thân mềm hai mảnh vỏ 7 35,0 6,0 (hun khói) Thực phẩm chế biến từ ngũ cốc và 8 1,0 1,0 thực phẩm cho trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ 9 Sữa cho trẻ sơ sinh 1,0 1,0 10 Thực phẩm ăn kiếng cho mục đích y 1,0 1,0 10 tế đặc biệt 11 Thảo dược khô 50,0 10,0 Thực phẩm bổ sung có chứa sáp 12 50,0 10,0 ong, sữa ong chúa 13 Gia vị khô 50,0 10,0 14 Chuối sấy 20,0 2,0 * PAH4= BaP+ BaA+ BbF+ Chr Nguồn: EC.

Ngoài ra, để đánh giá tiềm năng độc hại của PAHs trong từng mẫu, tổng hàm lượng PAHs thường được biểu thị qua tổng độ độc tương đương so với benzo[a]pyrene (ƩTEQ).