Tổng quan luận án

Công trình nghiên cứu "Phân tích Auramine O, Sudan I, Sudan II trong thực phẩm bằng phương pháp RP-HPLC sử dụng vật liệu nanosilica để xử lý mẫu" của nghiên cứu sinh Phạm Thị Chuyên được thực hiện tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội dưới sự hướng dẫn của PGS. Đặng Xuân Thư và TS. Nguyễn Bích Ngân, thuộc chuyên ngành Hóa học phân tích (mã số: 9.18).

Về tính cấp thiết, Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) đã phân loại một số chất màu tổng hợp như Auramine O, Sudan, Rhodamine B, Ponceau 3R vào nhóm các hợp chất có khả năng gây ung thư. Tại Việt Nam, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 4-10:2010/BYT và Thông tư 24/2019/TT-BYT quy định danh mục 57 chất màu được phép dùng trong thực phẩm hoàn toàn không bao gồm Auramine O và các hợp chất Sudan. Đồng thời, Thông tư 42/2015/TT-BNNPTNT và Thông tư 21/2019/TT-BNNPTNT quy định cấm sử dụng Auramine O cùng các dẫn xuất trong thức ăn chăn nuôi, với giới hạn phát hiện phương pháp yêu cầu đạt 1 mg/kg. Dù bị cấm nghiêm ngặt, các chất màu công nghiệp này vẫn bị lạm dụng để tạo màu vàng hoặc đỏ cam cho nhiều loại thực phẩm thương mại.

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả xác định xuất phát từ thực trạng kiểm nghiệm: Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 12267:2018 là phương pháp duy nhất được chứng nhận tại Việt Nam để định lượng Auramine O, sử dụng hệ thống sắc ký lỏng ghép khối phổ hai lần (LC-MS/MS). Tuy nhiên, phương pháp này chỉ áp dụng một quy trình chiết duy nhất cho mọi nền mẫu phức tạp, đồng thời thiết bị LC-MS/MS có chi phí vận hành cao, khó triển khai đại trà tại các phòng thí nghiệm thông thường. Đối với các hợp chất Sudan, Việt Nam chưa ban hành tiêu chuẩn phân tích chính thức trong thực phẩm. Mặt khác, các nghiên cứu trước đây về vật liệu nanosilica chế tạo từ vỏ trấu (RHNS) mới chỉ dừng lại ở việc xử lý các chất màu ưa nước (như Methylene Blue, Rhodamine B) trong môi trường dung dịch nước đơn giản, chưa từng được khảo sát để làm sạch và làm giàu Auramine O cũng như các hợp chất Sudan kỵ nước từ dịch chiết nền mẫu thực phẩm thực tế.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được cụ thể hóa thành hai nội dung:

  1. Xây dựng quy trình phân tích Auramine O trong các mẫu thực phẩm gồm: măng, miến, dưa, phấn hoa, cá khô, mì tôm.
  2. Xây dựng quy trình phân tích hỗn hợp Sudan I và Sudan II trong các mẫu thực phẩm gồm: thịt khô và bim bim.

Nội dung nghiên cứu chính bao gồm:

  • Khảo sát các điều kiện tối ưu xác định Auramine O, Sudan I và Sudan II bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao pha đảo (RP-HPLC).
  • Khảo sát các điều kiện chiết tách tối ưu các chất màu từ mẫu thực phẩm trong phòng thí nghiệm.
  • Nghiên cứu các điều kiện hấp phụ và giải hấp của Auramine O và hỗn hợp Sudan I, Sudan II trên vật liệu nanosilica chế tạo từ vỏ trấu (RHNS).
  • Ứng dụng quy trình đã hoàn thiện để xác định hàm lượng chất màu trong các mẫu thực phẩm thực tế trên thị trường.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng phân tích: Chất màu Auramine O; hỗn hợp hai chất màu Sudan I và Sudan II.
  • Phạm vi nền mẫu: Nền mẫu thực vật và động vật gồm măng chua, miến, dưa muối chua, phấn hoa, cá khô, mì tôm, thịt khô và bim bim.
  • Không gian và thời gian: Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội và các đơn vị phối hợp, luận án hoàn thành và bảo vệ vào năm 2022.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Trong phần tổng quan, tác giả điểm lại hệ thống các công trình nghiên cứu định lượng Auramine O và các hợp chất Sudan trong nước và quốc tế.

Đối với Auramine O, các nghiên cứu trong nước gồm có: Tiêu chuẩn TCVN 12267:2018 sử dụng LC-MS/MS (LOD từ 3,0 đến 5,0 µg/kg); Phan Thị Ngọc Trinh và cộng sự (2019) sử dụng HPLC với pha động MeOH:H3PO4 0,03% (LOD 0,02 mg/L; LOQ 0,05 mg/L); Nguyễn Thị Kim Thương và cộng sự (2019) áp dụng phương pháp von-ampe hòa tan hấp phụ ASV (LOD 2,46x10⁻⁸ M); Trần Lâm Thiên Thanh và cộng sự (2020) dùng UPLC-MS/MS phát hiện 57/211 mẫu thực phẩm nhiễm AO với hàm lượng từ 3,2 µg/kg đến 13,02 µg/kg (LOD và LOQ đạt 0,1 µg/kg); Đặng Thị Ngọc Hoa và cộng sự (2020) sử dụng phương pháp vôn-ampe quét sóng vuông SV xác định trực tiếp trên nước dưa chua (LOD 0,65 µM). Các công trình quốc tế gồm: ZHAO Chun-yu và cộng sự (2007) dùng HPLC chiết bằng nước; Li J. và cộng sự (2013) dùng HPLC kết hợp chiết pha rắn SPE (LOD 17,85 µg/kg); Yong LIN Qin và cộng sự (2009) dùng HPLC (LOD 0,03 mg/kg); Tatebe C. và cộng sự (2014) dùng HPLC-PDA (LOD 0,05 µg/g; LOQ 0,125 µg/g); Kyung-Yuk Ko và cộng sự (2021) dùng HPLC-PDA (LOD 1,4 µg/mL; LOQ 4,0 µg/mL).

Đối với các hợp chất Sudan, các công trình được tổng hợp bao gồm: Bùi Thị Ngoan và cộng sự (2009) dùng HPLC-UV/VIS xác định Sudan I trong gia vị (LOD 2 µg/L; LOQ 6 µg/L); Nguyễn Văn Yên và cộng sự (2010) dùng HPLC-UV/VIS; Vũ Lan Phương và cộng sự (2020) dùng LC-MS/MS phân tích 4 loại Sudan từ I đến IV (LOD 50 µg/kg; LOQ 150 µg/kg). Các tác giả quốc tế gồm: M. Mazzetti và cộng sự (2004) chiết Soxtec bằng ete dầu hỏa - ethanol và đo HPLC-UV/VIS (LOD Sudan I đạt 7 µg/kg; LOQ 13 µg/kg); Ping Qi và cộng sự (2011) chiết SPE và đo HPLC-DAD (LOD Sudan I 8,18 µg/L; Sudan II 6,14 µg/L); Umran Seven Erdemir (2013) dùng GC-MS định lượng trong bột ớt (LOD Sudan I 7,7 µg/kg; Sudan II 2,7 µg/kg); Phitchan Sricharoen và cộng sự (2017) dùng HPLC (LOD 0,16 - 0,24 µg/L); Abdullah Al Tamim và cộng sự (2019) dùng LC-MS/MS (LOD Sudan I 2,9 µg/kg; Sudan II 2,8 µg/kg); Qingxiang Zhou và cộng sự (2019) dùng chiết pha rắn và HPLC (LOD 0,002 - 0,005 µg/L). Ngoài ra, các phương pháp điện hóa biến tính điện cực than thủy tinh của Zhirong Mo và cộng sự (định lượng Sudan I, LOD 0,03 µmol/L) và Xinying Ma và cộng sự (định lượng Sudan II, LOD 8,0x10⁻⁹ M) cũng được điểm qua.

Nhóm chất Tác giả / Năm Kỹ thuật phân tích Giới hạn phát hiện (LOD) Giới hạn định lượng (LOQ)
Auramine O TCVN 12267:2018 LC-MS/MS 3,0 - 5,0 µg/kg -
Phan Thị Ngọc Trinh và cs (2019) HPLC 0,02 mg/L 0,05 mg/L
Trần Lâm Thiên Thanh và cs (2020) UPLC-MS/MS 0,1 µg/kg 0,1 µg/kg
Li J. và cs (2013) HPLC (SPE) 17,85 µg/kg -
Tatebe C. và cs (2014) HPLC-PDA 0,05 µg/g 0,125 µg/g
Sudan I & II Bùi Thị Ngoan và cs (2009) HPLC-UV/VIS Sudan I: 2 µg/L Sudan I: 6 µg/L
Vũ Lan Phương và cs (2020) LC-MS/MS Sudan (I-IV): 50 µg/kg Sudan (I-IV): 150 µg/kg
Ping Qi và cs (2011) HPLC-DAD Sudan I: 8,18 µg/L; Sudan II: 6,14 µg/L Sudan I: 26,6 µg/L; Sudan II: 19,4 µg/L
Umran Seven Erdemir (2013) GC-MS Sudan I: 7,7 µg/kg; Sudan II: 2,7 µg/kg Sudan I: 25,7 µg/kg; Sudan II: 8,9 µg/kg
Abdullah Al Tamim và cs (2019) LC-MS/MS Sudan I: 2,9 µg/kg; Sudan II: 2,8 µg/kg Sudan I: 9,5 µg/kg; Sudan II: 10,4 µg/kg

Vị trí của luận án: Luận án chọn giải quyết hạn chế của các phương pháp sắc ký khí và sắc ký ghép khối phổ vốn đòi hỏi trang thiết bị phức tạp, đắt tiền; đồng thời thay thế các quy trình xử lý mẫu sử dụng dung môi hữu cơ độc hại hoặc chiết nước kém hiệu quả. Đề tài lựa chọn hướng tiếp cận phân tích trên hệ thống RP-HPLC với đầu dò PDA thông dụng, kết hợp quy trình xử lý mẫu sử dụng dung môi chiết thân thiện môi trường (ethanol) và vật liệu hấp phụ nanosilica từ vỏ trấu (RHNS) để làm sạch chất phân tích khỏi nền mẫu thực phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

  • Bản chất và cấu tạo chất màu: Auramine O (C.I. 41000, CAS 2465-27-2) là phẩm màu thuộc nhóm diarylmethane, danh pháp bis[4-(dimethylamino)phenyl]methaniminium chloride, công thức C17H21N3.HCl, phân tử khối 303,83 g/mol. Phân tử có độ tan trong nước khoảng 10 mg/mL và trong ethanol khoảng 20 mg/mL. Sudan I (C16H12N2O, CAS 842-07-9) và Sudan II (C18H16N2O, CAS 3118-97-6) thuộc nhóm phẩm màu monoazo, trong đó Sudan I tan rất ít trong nước (100 mg/L), Sudan II hầu như không tan trong nước, nhưng cả hai đều tan tốt trong chất béo, ethanol, acetone và benzene.
  • Cơ chế liên kết của chất màu với cơ chất thực phẩm: Quá trình lưu giữ chất màu trong nền mẫu được giải thích thông qua: liên kết ion hình thành giữa tâm mang điện của chất màu và gốc tích điện trái dấu của protein thực phẩm theo phản ứng trao đổi muối; liên kết hydro giữa nhóm -NH của Auramine O với nhóm -OH của cellulose (trong măng) hoặc tinh bột (trong miến); liên kết hydro giữa nhóm -OH của Sudan với nhóm -COOH của acid béo trong dầu mỡ; lực tương tác Van der Waals và tương tác kỵ nước giữa các gốc hydrocarbon của phân tử Sudan với chất béo.
  • Lý thuyết sắc ký lỏng hiệu năng cao: Kiểm soát hình dạng mũi tín hiệu thông qua hệ số đối xứng $AF = (a + b) / (2a)$ đo ở 1/10 chiều cao mũi; nhận diện các nguyên nhân gây biến dạng peak như hiện tượng chẻ peak (do rãnh cột bị nứt vỡ, nhiễm bẩn cột, hiệu ứng dung môi tiêm mẫu), kéo đuôi peak (do tương tác thứ cấp với nhóm silanol tự do trên pha tĩnh, quá tải lượng mẫu, sai lệch pH pha động) và nở rộng peak.
  • Lý thuyết hấp phụ: Sử dụng mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir để đánh giá dung lượng hấp phụ cực đại và cơ chế tương tác đơn lớp của các chất màu lên bề mặt vật liệu nanosilica.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

  • Phương pháp chiết lỏng - lỏng: Chiết tách chất màu ra khỏi nền mẫu thực phẩm bằng hệ dung môi ethanol:nước (tỷ lệ thể tích 70:30) đối với Auramine O và ethanol tuyệt đối đối với hỗn hợp Sudan I, Sudan II, có hỗ trợ rung siêu âm và kiểm soát nhiệt độ, thời gian.
  • Phương pháp hấp phụ và làm sạch: Sử dụng vật liệu nanosilica tổng hợp từ tro vỏ trấu (ký hiệu RHNS). Khảo sát các thông số hấp phụ gồm nồng độ chất điện ly (lực ion KCl), pH môi trường dung dịch, thời gian tiếp xúc cân bằng và nồng độ chất màu ban đầu; tiến hành giải hấp (rửa giải) chất màu bằng chính thành phần pha động HPLC.
  • Phương pháp phân tích dụng cụ:
    • Đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis để quét dải phổ và xác định bước sóng hấp thụ cực đại ($\lambda_{max}$) của các chất chuẩn.
    • Sắc ký lỏng hiệu năng cao pha đảo (RP-HPLC) trang bị đầu dò mảng diode quang (PDA/DAD), sử dụng cột sắc ký pha đảo C18.
    • Các phương pháp hóa lý đánh giá đặc trưng vật liệu RHNS: phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR), phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX), kính hiển vi điện tử quét (SEM), phương pháp đo diện tích bề mặt riêng và độ xốp mao quản BET thông qua đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp N2, đo thế Zeta theo pH.
  • Phương pháp thống kê và kiểm soát chất lượng: Đánh giá độ lặp lại, độ lệch chuẩn tương đối (RSD%), độ thu hồi ($R%$), giới hạn phát hiện của phương pháp (MDL), giới hạn định lượng của phương pháp (MQL), xây dựng đường chuẩn và đánh giá độ không đảm bảo đo theo hướng dẫn của Eurachem/CITAC.

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu

Phần mở đầu (5 trang) trình bày tính cấp thiết xuất phát từ nguy cơ độc học của Auramine O, Sudan I và Sudan II đối với sức khỏe con người, tình hình lạm dụng phẩm màu công nghiệp trong thực phẩm tại Việt Nam và sự thiếu hụt phương pháp phân tích chi phí thấp, phù hợp với các phòng thí nghiệm vừa và nhỏ. Xác định rõ mục đích, nội dung nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Bố cục tổng thể của luận án gồm 147 trang, 56 hình, 42 bảng, 6 phụ lục, sử dụng 76 tài liệu tham khảo (13 tiếng Việt, 63 tiếng Anh).

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 (40 trang) tổng hợp cơ sở lý thuyết và tư liệu khoa học liên quan:

  • Phân loại chất màu tổng hợp theo cấu trúc nhóm mang màu (azo, anthraquinone, indigo, nitro/nitroso, arylmethane, azomethine).
  • Cơ chế liên kết chất màu với vật liệu và cơ chất thực phẩm thông qua liên kết ion, liên kết hydro, liên kết hóa trị, lực phân tán Van der Waals và tương tác kỵ nước.
  • Cấu trúc, đặc tính lý hóa, độc tính học của Auramine O: Xếp loại nhóm 2B của IARC, tổn thương DNA gan, thận, tủy xương ở động vật thí nghiệm, gây u nhú bàng quang theo nghiên cứu dịch tễ của Case và Pearson (1954).
  • Cấu tạo và độc tính của 4 hợp chất Sudan: Cơ chế chuyển hóa giải phóng các amin thơm gây đột biến như 2,4-xylidine (từ Sudan II) và o-aminoazotoluene (từ Sudan IV); các nghiên cứu của Ủy ban về các chất nguy hại Đức chứng minh tổn thương di truyền, tăng sinh khối u gan và ung thư bạch cầu trên chuột.
  • Tổng quan các phương pháp phân tích: Cực phổ, von-ampe hòa tan, quang phổ UV-Vis, GC-MS, LC-MS/MS và HPLC.
  • Các yêu cầu kỹ thuật sắc ký: Hệ số đối xứng peak AF, các hiện tượng chẻ peak, kéo đuôi, nở rộng peak; phương pháp xác định khoảng tuyến tính, LOD, LOQ và độ thu hồi.
  • Kỹ thuật xử lý mẫu thực phẩm và xu hướng hóa học xanh: Kỹ thuật chiết lỏng - lỏng, chiết pha rắn và đặc tính của vật liệu nanosilica điều chế từ phụ phẩm nông nghiệp vỏ trấu (RHNS).

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 2 (27 trang) mô tả chi tiết quy trình, hóa chất và thiết bị:

  • Hóa chất và chất chuẩn: Chuẩn tinh khiết Auramine O, Sudan I, Sudan II; các dung môi đạt chuẩn sắc ký gồm acetonitrile (ACN), methanol (MeOH), ethanol (EtOH); muối đệm phosphate và các hóa chất tinh khiết phân tích khác; vật liệu nanosilica vỏ trấu (RHNS).
  • Thiết bị phân tích: Hệ thống RP-HPLC đầu dò PDA, máy đo phổ UV-Vis, cân phân tích độ chính xác 0,1 mg, máy đo pH, bể rung siêu âm, máy ly tâm, hệ thống đo diện tích bề mặt BET, kính hiển vi điện tử quét SEM, máy đo phổ FT-IR.
  • Quy trình chuẩn bị mẫu giả: Cấy chất chuẩn vào các nền mẫu trắng (không chứa chất màu) để khảo sát các thông số kỹ thuật.
  • Khảo sát tối ưu hóa điều kiện HPLC: Khảo sát thành phần pha động, nồng độ và pH của đệm phosphate, tỷ lệ dung môi hữu cơ/pha nước, tốc độ dòng pha động.
  • Khảo sát các điều kiện chiết: Lựa chọn dung môi chiết, tỷ lệ giữa khối lượng mẫu và thể tích dung môi, nhiệt độ chiết, thời gian chiết siêu âm và số lần chiết lặp lại.
  • Nghiên cứu đặc tính của RHNS và điều kiện hấp phụ: Xác định thế Zeta theo pH; khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch, nồng độ chất điện ly KCl, thời gian cân bằng hấp phụ, dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ; lựa chọn dung môi và điều kiện giải hấp tối ưu.
  • Quy trình phân tích mẫu thực tế: Thiết lập hai sơ đồ xử lý mẫu độc lập:
    • Quy trình cho mẫu măng, miến, dưa muối chua, thịt khô.
    • Quy trình cho mẫu cá khô, bim bim, phấn hoa và mì tôm.
  • Phương pháp xác định độ không đảm bảo đo của toàn bộ quy trình phân tích.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 (56 trang) được cấu trúc thành hai phần chuyên biệt:

Phần 3-A: Đối với Auramine O

  • Tối ưu hóa điều kiện sắc ký HPLC: Khảo sát các hệ pha động giữa ACN và đệm phosphate (PBS). Thành phần pha động tối ưu được lựa chọn là ACN : PBS (chứa phụ gia thích hợp) với pH đệm xác định, đảm bảo hệ số đối xứng peak AF đạt chuẩn, thời gian lưu ổn định và không bị kéo đuôi. Xây dựng đường chuẩn tuyến tính của AO, thu được phương trình hồi quy tuyến tính với hệ số tương quan cao ($R^2 > 0,999$), xác định giới hạn phát hiện của phương pháp (MDL) và giới hạn định lượng của phương pháp (MQL). Khảo sát độ lặp lại của thời gian lưu và diện tích peak cho độ lệch chuẩn tương đối RSD nhỏ.
  • Tối ưu hóa điều kiện chiết AO từ thực phẩm: Khảo sát các dung môi gồm nước, MeOH, EtOH, ACN và các hỗn hợp của chúng. Hỗn hợp EtOH:H2O (70:30 v/v) cho hiệu suất chiết cao nhất trên các mẫu thực phẩm giả định. Tỷ lệ mẫu:dung môi, nhiệt độ, thời gian rung siêu âm và số chu kỳ chiết (2-3 lần) được chuẩn hóa, cho độ thu hồi chiết trung bình đạt trên 90%. Khảo sát ảnh hưởng nền mẫu cho thấy các hợp chất màu tự nhiên và chất béo trong cá khô, phấn hoa gây cản trở phép đo, đòi hỏi phải làm sạch dịch chiết.
  • Tối ưu hóa hấp phụ AO trên nanosilica RHNS:
    • Ảnh hưởng của pH: Khảo sát trong dải pH rộng; hiệu suất hấp phụ AO đạt tối ưu tại vùng pH kiểm soát, phù hợp với sự biến thiên thế Zeta bề mặt của hạt nanosilica.
    • Ảnh hưởng của lực ion: Nồng độ KCl ảnh hưởng nhẹ đến sự nén lớp điện kép nhưng không làm suy giảm dung lượng hấp phụ.
    • Cân bằng hấp phụ: Đạt cân bằng sau thời gian xác định; số liệu hấp phụ thực nghiệm tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir, chứng minh quá trình hấp phụ diễn ra đơn lớp trên các tâm hấp phụ đồng nhất của RHNS.
    • Rửa giải: Hỗn hợp dung môi có thành phần tương đương pha động HPLC cho hiệu suất thu hồi AO sau giải hấp đạt yêu cầu kỹ thuật.
  • Tính toán độ không đảm bảo đo cho phương pháp định lượng AO.
  • Kết quả phân tích mẫu thực tế: Áp dụng phân tích trên các mẫu măng chua (ký hiệu MA), miến (MI), dưa muối, phấn hoa (PH), cá khô và mì tôm thu thập trên thị trường. Sắc ký đồ phân tích cho thấy một số mẫu măng và miến có xuất hiện peak của Auramine O, được kiểm chứng lại bằng phương pháp thêm chuẩn.

Phần 3-B: Đối với hỗn hợp Sudan I và Sudan II

  • Tối ưu hóa điều kiện phân tích đồng thời Sudan I và Sudan II bằng RP-HPLC: Khảo sát các hệ pha động pha đảo giữa dung môi hữu cơ (ACN, MeOH) và pha nước/dung dịch acid loãng. Hệ pha động tối ưu cho phép tách hoàn toàn hai mũi tín hiệu của Sudan I và Sudan II với độ phân giải cao và thời gian phân tích hợp lý. Đường chuẩn của hỗn hợp hai chất biểu thị độ tuyến tính cao, xác định giá trị LOD, LOQ đối với dung dịch chuẩn và giá trị MDL, MQL trên nền mẫu trắng thực phẩm.
  • Tối ưu hóa điều kiện chiết hỗn hợp Sudan từ thịt khô và bim bim: Khảo sát các dung môi chiết gồm acetone, n-hexane, acetonitrile và ethanol. Ethanol tuyệt đối được lựa chọn nhờ khả năng hòa tan tốt chất béo mang phẩm màu, hiệu suất chiết vượt trội, quy trình thao tác an toàn và ít độc hại. Thiết lập các thông số về tỷ lệ mẫu/dung môi, nhiệt độ và thời gian chiết siêu âm để đạt độ thu hồi trên 90%.
  • Tối ưu hóa quá trình hấp phụ hỗn hợp Sudan trên nanosilica RHNS:
    • Cơ chế hấp phụ: Luận án khảo sát sự hấp phụ của hai phân tử phẩm màu có tính kỵ nước (Sudan I và Sudan II) trên bề mặt nanosilica vô cơ. Quá trình hấp phụ đạt hiệu suất cao tại vùng điểm đẳng điện của vật liệu, nơi lực đẩy tĩnh điện bị triệt tiêu, tạo điều kiện thuận lợi cho tương tác kỵ nước và liên kết hydro thứ cấp giữa nhóm chức của Sudan và bề mặt silica.
    • Cân bằng hấp phụ và mô hình Langmuir: Số liệu thực nghiệm phù hợp với mô hình Langmuir.
    • Rửa giải: Quá trình giải hấp được thực hiện nhanh chóng bằng chính pha động của phép phân tích HPLC.
  • Đánh giá độ không đảm bảo đo của phương pháp phân tích hỗn hợp Sudan.
  • Kết quả phân tích mẫu thực phẩm thực tế: Phân tích các mẫu thịt khô và bim bim (ký hiệu MBB1, MBB2, MBB4...). Tính toán hàm lượng Sudan I và Sudan II trong các mẫu phát hiện dương tính quy về khối lượng mẫu khô ban đầu, kết hợp đánh giá độ thu hồi bằng phương pháp thêm chuẩn trên nền mẫu thực.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án tự công bố các đóng góp mới về mặt khoa học lý luận và thực tiễn ứng dụng như sau:

  1. Xây dựng quy trình phân tích đồng thời các chất màu cấm (Auramine O, Sudan I, Sudan II) trong nhiều nền mẫu thực phẩm phức tạp, kết hợp hệ thống RP-HPLC với đầu dò mảng diode (PDA). Phương pháp phân tích có độ nhạy, độ chọn lọc và độ lặp lại cao, chi phí thiết bị và phân tích thấp hơn so với kỹ thuật LC-MS/MS, phù hợp ứng dụng tại các phòng kiểm nghiệm ở Việt Nam.
  2. Đề xuất quy trình chiết mẫu thân thiện môi trường sử dụng dung môi ethanol: Hệ hỗn hợp ethanol:nước (70:30 v/v) dùng chiết Auramine O và ethanol tuyệt đối dùng chiết hỗn hợp Sudan I, Sudan II. Quy trình đạt hiệu suất chiết cao (trên 90%), thay thế các dung môi độc hại truyền thống (như dichloromethane, n-hexane hay chloroform), giảm thiểu tác động đến người phân tích và môi trường.
  3. Ứng dụng vật liệu nanosilica chế tạo từ nguồn phụ phẩm nông nghiệp vỏ trấu (RHNS) vào quy trình xử lý và làm sạch dịch chiết mẫu thực phẩm. Luận án làm sáng tỏ khả năng hấp phụ chất màu của RHNS, đặc biệt là việc hấp phụ các hợp chất Sudan có tính kỵ nước tại điểm đẳng điện của vật liệu nanosilica - một nội dung chưa từng được công bố trong các nghiên cứu trước đó.
  4. Đưa ra quy trình giải hấp trực tiếp chất màu bị giữ trên vật liệu RHNS bằng chính dung môi pha động của hệ thống HPLC, giúp đơn giản hóa các bước thao tác thực nghiệm và giảm thiểu hao hụt chất phân tích.
  5. Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm về dư lượng Auramine O, Sudan I và Sudan II trên nhiều nhóm thực phẩm thương mại lưu thông trên thị trường (măng tươi/khô, miến, dưa muối chua, cá khô, mì tôm, phấn hoa, thịt khô, bim bim), cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học phục vụ quản lý vệ sinh an toàn thực phẩm.

Về mặt kiến nghị, tác giả đề xuất đưa quy trình phân tích RP-HPLC sử dụng xử lý mẫu bằng RHNS vào thực tiễn kiểm tra, giám sát chất lượng thực phẩm tại các cơ sở kiểm nghiệm địa phương nhằm phát hiện kịp thời các hành vi sử dụng chất màu cấm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Về hạn chế, luận án chỉ tập trung khảo sát 3 chất màu đơn lẻ gồm Auramine O, Sudan I và Sudan II trên một số nhóm nền mẫu thực phẩm nhất định (chưa mở rộng sang các chất màu khác cùng nhóm như Sudan III, Sudan IV, Rhodamine B). Phương pháp RP-HPLC với đầu dò PDA tuy có độ nhạy đạt mức định lượng vết (ppb) nhưng khả năng khẳng định cấu trúc phân tử ở mức siêu vết vẫn hạn chế hơn so với hệ thống sắc ký ghép hai lần khối phổ (MS/MS) khi gặp các nền mẫu có độ nhiễu nền quá cao.

Hướng nghiên cứu tiếp được xác định dựa trên phạm vi nghiên cứu:

  • Mở rộng quy trình phân tích đồng thời thêm các hợp chất màu cấm khác như Sudan III, Sudan IV, Para Red và Rhodamine B trong cùng một quy trình chạy sắc ký.
  • Nghiên cứu biến tính hóa học bề mặt vật liệu nanosilica từ vỏ trấu nhằm gia tăng dung lượng hấp phụ và độ chọn lọc đối với các nhóm độc chất hữu cơ khác nhau.
  • Tự động hóa hoặc đóng gói vật liệu RHNS thành các cột chiết pha rắn (SPE) thương mại phục vụ chuẩn hóa quy trình phân tích kiểm nghiệm quy mô lớn.

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho các đối tượng:

  • Cán bộ nghiên cứu, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Hóa phân tích, Hóa môi trường và Độc chất học thực phẩm: Tham khảo phương pháp tối ưu hóa sắc ký lỏng pha đảo, kỹ thuật xử lý nền mẫu sinh học/thực phẩm phức tạp và quy trình tính toán độ không đảm bảo đo.
  • Giảng viên và sinh viên các trường đại học khối khoa học tự nhiên, công nghệ thực phẩm và nông nghiệp: Sử dụng làm tài liệu chuyên đề về ứng dụng vật liệu nano vô cơ chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp trong hóa phân tích và hóa học xanh.
  • Các kiểm nghiệm viên tại các Trung tâm Kiểm nghiệm Dược phẩm - Thực phẩm, Viện Kiểm nghiệm An toàn vệ sinh thực phẩm quốc gia: Áp dụng trực tiếp quy trình chiết bằng ethanol và làm sạch bằng RHNS để định lượng Auramine O và các hợp chất Sudan trên hệ HPLC-PDA có sẵn mà không cần đầu tư hệ thống LC-MS/MS đắt tiền.
  • Cơ quan quản lý an toàn thực phẩm: Sử dụng số liệu khảo sát thực tế trên các mẫu măng, miến, dưa chua, bim bim làm căn cứ thực tiễn để tăng cường thanh tra, kiểm soát thị trường.

Các phần đáng tham khảo nhất trong luận án gồm: Bảng điều kiện chiết mẫu tối ưu sử dụng hệ dung môi ethanol; bộ dữ liệu thực nghiệm về thế Zeta và các thông số hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của RHNS; các sắc ký đồ phân tích đối chứng giữa mẫu chuẩn, mẫu trắng và mẫu thực phẩm thêm chuẩn.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao luận án lựa chọn vật liệu nanosilica từ vỏ trấu (RHNS) để xử lý mẫu thay vì dùng các cột chiết pha rắn (SPE) thương mại?
Vật liệu RHNS được tổng hợp từ nguồn phế phẩm nông nghiệp vỏ trấu rất dồi dào và rẻ tiền tại Việt Nam. Sử dụng RHNS giúp giảm thiểu đáng kể chi phí phân tích so với các cột SPE thương phẩm đắt tiền. Ngoài ra, việc rửa giải chất màu hấp phụ trên RHNS có thể thực hiện trực tiếp bằng chính dung môi pha động HPLC mà không cần qua các bước dung môi trung gian phức tạp.

2. Điểm khác biệt chính giữa quy trình chiết mẫu của luận án và Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 12267:2018 là gì?
TCVN 12267:2018 áp dụng duy nhất một quy trình chiết cho mọi nền mẫu thực phẩm bằng dung môi hữu cơ và bắt buộc phân tích trên hệ thống đắt tiền LC-MS/MS. Luận án đã phân loại các nền mẫu thực phẩm khác nhau để tối ưu hóa quy trình chiết riêng biệt, sử dụng dung môi ethanol thân thiện môi trường (đạt hiệu suất chiết trên 90%) và định lượng thành công trên hệ RP-HPLC-PDA phổ biến.

3. Độc tính sinh học của Auramine O và các hợp chất Sudan được tài liệu y văn ghi nhận ra sao?
Auramine O được IARC xếp vào nhóm 2B (có thể gây ung thư cho người) và các sản phẩm của nó vào nhóm 1; các nghiên cứu chứng minh AO gây u gan, tổn thương DNA ở gan, thận, tủy xương chuột và gây ung thư bàng quang ở công nhân tiếp xúc. Các hợp chất Sudan khi vào cơ thể bị khử tạo thành các amin thơm độc hại như 2,4-xylidine và o-aminoazotoluene, gây đột biến gen mạnh, làm phát triển các nốt tăng sinh tiền ung thư ở gan và gây ung thư bạch cầu cấp.

4. Điểm mới trong cơ chế hấp phụ các hợp chất Sudan trên vật liệu nanosilica là gì?
Các nghiên cứu trước đây về nanosilica từ vỏ trấu chỉ tập trung hấp phụ các chất màu ưa nước trong dung dịch nước. Luận án này lần đầu tiên thực hiện hấp phụ thành công hỗn hợp Sudan I và Sudan II (vốn là các chất có tính kỵ nước cao) trên nanosilica bằng cách điều chỉnh môi trường về vùng điểm đẳng điện của vật liệu, triệt tiêu lực đẩy tĩnh điện để ưu tiên các tương tác kỵ nước và liên kết hydro.

5. Luận án đã áp dụng phương pháp RP-HPLC để phân tích những mẫu thực phẩm thực tế nào trên thị trường?
Quy trình định lượng Auramine O được áp dụng trên 6 loại mẫu thực phẩm gồm măng chua, miến, dưa muối chua, phấn hoa, cá khô và mì tôm. Quy trình phân tích hỗn hợp Sudan I và Sudan II được áp dụng trên mẫu thịt khô và mẫu bim bim. Kết quả thực nghiệm đã phát hiện dư lượng chất màu cấm trong một số mẫu măng và miến thương phẩm.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Phạm Thị Chuyên đã xây dựng thành công quy trình phân tích định lượng Auramine O, Sudan I và Sudan II trong các nền mẫu thực phẩm phức tạp bằng phương pháp RP-HPLC kết hợp đầu dò PDA. Công trình đóng góp giải pháp kỹ thuật xử lý mẫu xanh thông qua việc sử dụng dung môi chiết xuất ethanol và tận dụng vật liệu nanosilica chế tạo từ vỏ trấu (RHNS) để làm sạch, làm giàu chất màu với hiệu suất cao và chi phí thấp. Các kết quả thực nghiệm và dữ liệu phân tích mẫu thực tế cung cấp cơ sở khoa học tin cậy, có khả năng ứng dụng trực tiếp tại các phòng kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm hiện nay.