Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là một trong những quốc gia có thế mạnh về nông nghiệp, đặc biệt là sản xuất và xuất khẩu gạo – ngành kinh tế chủ lực đóng góp đáng kể vào nguồn ngoại tệ quốc gia. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, việc xuất khẩu gạo gặp nhiều khó khăn do các rào cản thương mại, đặc biệt là các quy định nghiêm ngặt về chất lượng và an toàn thực phẩm. Theo báo cáo của ngành, lượng gạo bị trả về do dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) vượt ngưỡng cho phép đã tăng từ 4.100 tấn năm 2013 lên khoảng 10.000 tấn vào năm 2016. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc đánh giá và kiểm soát dư lượng HCBVTV trong gạo nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu chi phí và tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

Hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo (OCPs) là nhóm hợp chất tổng hợp có khả năng tồn lưu lâu dài trong môi trường và tích tụ sinh học, bao gồm các chất như DDT, Lindane, Endosulfan. Mặc dù nhiều loại OCPs đã bị cấm sử dụng theo Công ước Stockholm, dư lượng của chúng vẫn được phát hiện trong nông sản, đặc biệt là gạo, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường. Nghiên cứu này nhằm xây dựng quy trình phân tích xác định dư lượng 19 loại OCPs trong gạo bằng phương pháp QuEChERS kết hợp sắc ký khí khối phổ hai lần (GC-MS/MS), thẩm định phương pháp theo tiêu chuẩn SANTE/12682/2019 và áp dụng để đánh giá dư lượng OCPs trong mẫu gạo thu thập tại vùng Mường Vi, Lào Cai năm 2021. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả kiểm soát an toàn thực phẩm, hỗ trợ xuất khẩu gạo Việt Nam đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong thực phẩm, tập trung vào nhóm hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo (OCPs). Các khái niệm chính bao gồm:

  • Hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo (OCPs): Các dẫn xuất clo của hợp chất hữu cơ như diphenyletan, cyclodien, benzen, có khả năng diệt sâu bệnh và tồn lưu lâu dài trong môi trường, gây độc cấp tính và mãn tính cho sinh vật.
  • Phương pháp QuEChERS: Kỹ thuật chiết xuất nhanh, đơn giản, tiết kiệm dung môi, kết hợp chiết pha rắn phân tán (d-SPE) để làm sạch mẫu, phù hợp với phân tích đa dư lượng hóa chất trong thực phẩm.
  • Sắc ký khí khối phổ hai lần (GC-MS/MS): Phương pháp phân tích có độ nhạy cao, khả năng phân giải tốt, sử dụng bộ tứ cực ba lần để tăng độ chọn lọc và giảm nhiễu nền, thích hợp xác định đồng thời nhiều hợp chất OCPs trong mẫu phức tạp.
  • Hiệu ứng nền mẫu (Matrix Effect): Ảnh hưởng của các thành phần nền trong mẫu đến tín hiệu phân tích, cần được đánh giá và kiểm soát để đảm bảo độ chính xác và độ lặp lại của phương pháp.
  • Thẩm định phương pháp theo SANTE/12682/2019: Tiêu chuẩn châu Âu quy định các thông số như giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ thu hồi, độ lặp lại, và ảnh hưởng nền mẫu để đánh giá chất lượng phương pháp phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu gạo Séng Cù thu thập tại cánh đồng Mường Vi, Mường Khương, Lào Cai vào tháng 5/2021. Cỡ mẫu gồm 10 mẫu gạo được xử lý và phân tích theo quy trình nghiên cứu.

Phương pháp phân tích bao gồm các bước:

  • Xử lý mẫu: Sử dụng phương pháp QuEChERS kết hợp chiết pha rắn (SPE) để chiết và làm sạch mẫu. Mẫu gạo được cân 2 g, thêm nước deion và dung môi acetonitrile (1% axit axetic), lắc trộn, thêm muối QuEChERS, ly tâm, sau đó dịch chiết được làm sạch qua cột SPE với chất hấp phụ C18 và PSA, rửa giải bằng hỗn hợp ACN-Toluene (3:1, v/v), cô đặc và hòa tan lại trong n-hexan.
  • Phân tích: Sử dụng thiết bị GC-MS/MS (Thermo Scientific, USA) với cột HP5-MS (30 m x 0,25 mm x 0,25 µm). Điều kiện sắc ký khí được tối ưu gồm nhiệt độ cổng bơm 250°C, tốc độ dòng khí mang 1 ml/phút, chương trình nhiệt độ lò cột tăng dần từ 70°C đến 280°C trong 27 phút. Phương pháp ion hóa Electron Impact (EI) với năng lượng 70 eV, chế độ quét SRM để định tính và định lượng các hợp chất.
  • Thẩm định phương pháp: Đánh giá các thông số LOD, LOQ, độ thu hồi, độ lặp lại, hiệu ứng nền mẫu theo hướng dẫn SANTE/12682/2019. Cỡ mẫu thẩm định gồm 12 lần thử (2 lần, mỗi lần 6 lặp) ở mức LOQ và 5xLOQ.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2021, từ khảo sát điều kiện xử lý mẫu, tối ưu thiết bị, thẩm định phương pháp đến phân tích mẫu thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tối ưu điều kiện xử lý mẫu: Dung môi chiết acetonitrile (ACN) pha 1% axit axetic kết hợp với bổ sung nước cho hiệu suất thu hồi các OCPs cao nhất, đạt từ 80% đến 120% với hầu hết các hợp chất, vượt trội so với ACN đơn thuần hoặc ACN + nước không có axit (Hình 3.2). Việc sử dụng kết hợp chất hấp phụ C18 và PSA trong bước làm sạch SPE giúp giảm thiểu hiệu ứng nền và tăng độ chính xác phân tích.

  2. Điều kiện phân tích GC-MS/MS: Chương trình nhiệt độ lò cột và các thông số ion hóa được tối ưu để đạt sắc ký đồ tổng (TIC) với sự phân tách rõ ràng của 19 OCPs, không có hiện tượng chồng peak, thời gian phân tích 27 phút (Bảng 3.1, Hình 3.1). Thời gian lưu của các hợp chất dao động từ 8,54 đến 18,12 phút, phù hợp với yêu cầu phân tích đồng thời.

  3. Thẩm định phương pháp: Giới hạn định lượng (LOQ) được xác định ở mức 10 µg/kg, thấp hơn hoặc bằng mức giới hạn dư lượng tối đa (MRL) theo tiêu chuẩn quốc tế. Độ thu hồi của phương pháp nằm trong khoảng 70-120%, độ lặp lại (RSDr) ≤ 20%, đáp ứng yêu cầu của SANTE/12682/2019. Hiệu ứng nền mẫu được kiểm soát tốt với ME ≤ 20%, đảm bảo độ tin cậy của kết quả phân tích.

  4. Phân tích mẫu thực tế: Trong 10 mẫu gạo Séng Cù thu thập tại Lào Cai, một số mẫu phát hiện tồn dư OCPs với nồng độ dưới ngưỡng LOQ hoặc không phát hiện (ND). Kết quả cho thấy mức độ ô nhiễm OCPs trong gạo tại khu vực nghiên cứu tương đối thấp, phù hợp với tiêu chuẩn an toàn thực phẩm, góp phần nâng cao giá trị xuất khẩu.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp QuEChERS kết hợp SPE và GC-MS/MS là giải pháp hiệu quả, nhạy bén trong việc xác định dư lượng OCPs trong gạo với độ chính xác và độ lặp lại cao. Việc bổ sung axit axetic trong dung môi chiết giúp tăng hiệu suất thu hồi do cải thiện tính ổn định của các hợp chất OCPs trong quá trình chiết xuất. Sự kết hợp chất hấp phụ C18 và PSA trong bước làm sạch giúp loại bỏ tạp chất nền như lipid, tinh bột, axit béo, giảm thiểu hiệu ứng nền, từ đó nâng cao độ nhạy và độ chính xác của phương pháp.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, phương pháp này có ưu điểm vượt trội về thời gian phân tích ngắn, khả năng phân tích đồng thời nhiều hợp chất với giới hạn phát hiện thấp hơn nhiều phương pháp truyền thống như chiết Soxhlet hay chiết lỏng-lỏng. Kết quả phân tích mẫu thực tế phù hợp với các báo cáo của ngành về mức độ ô nhiễm OCPs trong nông sản Việt Nam, đồng thời cung cấp dữ liệu khoa học làm cơ sở cho công tác quản lý và kiểm soát an toàn thực phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ hiệu suất thu hồi theo từng dung môi chiết, bảng thời gian lưu và ion đặc trưng của từng hợp chất, cũng như bảng kết quả phân tích mẫu thực tế với nồng độ phát hiện và so sánh với MRL.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng quy trình phân tích: Khuyến nghị các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm thực phẩm và nông sản áp dụng phương pháp QuEChERS kết hợp SPE và GC-MS/MS để kiểm soát dư lượng OCPs trong gạo, nhằm nâng cao độ chính xác và hiệu quả phân tích trong vòng 12 tháng tới.

  2. Tăng cường giám sát dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật: Cơ quan quản lý nhà nước cần xây dựng chương trình giám sát định kỳ dư lượng OCPs trong gạo và các sản phẩm nông nghiệp, tập trung vào các vùng sản xuất trọng điểm, nhằm phát hiện sớm và xử lý kịp thời các vi phạm.

  3. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật cho cán bộ kỹ thuật tại các phòng thí nghiệm, đảm bảo vận hành thiết bị GC-MS/MS và xử lý mẫu đạt chuẩn trong 6-12 tháng.

  4. Nâng cao nhận thức và hướng dẫn người nông dân: Phối hợp với các đơn vị chuyên môn để phổ biến kiến thức về sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật an toàn, giảm thiểu sử dụng OCPs cấm, hướng dẫn quy trình canh tác thân thiện môi trường, góp phần giảm thiểu ô nhiễm dư lượng trong nông sản.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và cơ quan kiểm nghiệm an toàn thực phẩm: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy trình kiểm soát dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong nông sản, đảm bảo chất lượng xuất khẩu.

  2. Phòng thí nghiệm phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật: Áp dụng quy trình phân tích đã được thẩm định để nâng cao độ chính xác, độ nhạy và hiệu quả công việc trong kiểm nghiệm thực phẩm.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành hóa phân tích, môi trường: Tham khảo phương pháp và kết quả nghiên cứu để phát triển các đề tài liên quan đến phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật và ô nhiễm môi trường.

  4. Người sản xuất và xuất khẩu gạo: Hiểu rõ về các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm, áp dụng các biện pháp kiểm soát dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong quá trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng yêu cầu thị trường quốc tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp QuEChERS là gì và tại sao được chọn trong nghiên cứu này?
    QuEChERS là phương pháp chiết xuất nhanh, đơn giản, tiết kiệm dung môi và hiệu quả cao trong việc chiết các hợp chất hóa học từ mẫu phức tạp. Phương pháp này được chọn vì phù hợp với mẫu gạo có nền phức tạp, giúp thu hồi cao và giảm thiểu tạp chất nền, đồng thời dễ dàng kết hợp với các bước làm sạch SPE và phân tích GC-MS/MS.

  2. GC-MS/MS có ưu điểm gì so với các phương pháp phân tích khác?
    GC-MS/MS có độ nhạy và độ chọn lọc cao, khả năng phân tích đồng thời nhiều hợp chất với giới hạn phát hiện thấp, giảm thiểu nhiễu nền. Phương pháp này cho phép xác định chính xác các OCPs trong mẫu phức tạp như gạo, vượt trội hơn so với các detector truyền thống như ECD hay NPD.

  3. Giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp là bao nhiêu và có đáp ứng tiêu chuẩn không?
    LOQ được xác định ở mức 10 µg/kg, thấp hơn hoặc bằng mức giới hạn dư lượng tối đa (MRL) theo tiêu chuẩn quốc tế, đảm bảo phương pháp có thể phát hiện và định lượng chính xác dư lượng OCPs trong gạo ở mức an toàn.

  4. Hiệu ứng nền mẫu ảnh hưởng như thế nào đến kết quả phân tích?
    Hiệu ứng nền mẫu có thể làm tăng hoặc giảm tín hiệu phân tích, gây sai lệch kết quả. Nghiên cứu đã đánh giá và kiểm soát hiệu ứng này bằng cách sử dụng chất hấp phụ phù hợp trong bước làm sạch SPE, đảm bảo ME ≤ 20%, giúp kết quả phân tích chính xác và lặp lại tốt.

  5. Phương pháp này có thể áp dụng cho các loại nông sản khác không?
    Phương pháp QuEChERS kết hợp SPE và GC-MS/MS có thể được điều chỉnh và áp dụng cho nhiều loại nông sản khác như trái cây, rau củ, ngũ cốc, với các bước tối ưu hóa phù hợp từng nền mẫu, giúp phân tích dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật hiệu quả.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công quy trình phân tích đồng thời 19 loại hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo trong gạo bằng phương pháp QuEChERS kết hợp SPE và GC-MS/MS với độ nhạy cao và độ chính xác tốt.
  • Phương pháp được thẩm định theo tiêu chuẩn SANTE/12682/2019, đạt các chỉ tiêu về giới hạn phát hiện, độ thu hồi, độ lặp lại và hiệu ứng nền mẫu.
  • Kết quả phân tích mẫu thực tế tại Lào Cai cho thấy mức độ tồn dư OCPs trong gạo ở mức an toàn, phù hợp với tiêu chuẩn xuất khẩu.
  • Nghiên cứu góp phần nâng cao năng lực kiểm soát an toàn thực phẩm, hỗ trợ phát triển ngành xuất khẩu gạo Việt Nam.
  • Đề xuất triển khai áp dụng quy trình phân tích, tăng cường giám sát và đào tạo kỹ thuật trong 12 tháng tới nhằm nâng cao hiệu quả quản lý dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và phòng thí nghiệm nên phối hợp triển khai áp dụng quy trình phân tích đã xây dựng để đảm bảo chất lượng gạo xuất khẩu, đồng thời đẩy mạnh nghiên cứu mở rộng áp dụng cho các sản phẩm nông nghiệp khác.