Tổng quan nghiên cứu

Selen (Se) là một nguyên tố vi lượng thiết yếu đối với sức khỏe con người, đóng vai trò quan trọng trong các quá trình chống oxy hóa, miễn dịch và điều hòa hormone tuyến giáp. Tuy nhiên, cơ thể không thể tự tổng hợp selen mà phải hấp thu qua thực phẩm hoặc thực phẩm bổ sung. Hàm lượng selen trong thực phẩm phụ thuộc vào điều kiện môi trường và phương pháp canh tác, đặc biệt là trong các loại gia vị như tỏi – một nguyên liệu phổ biến trong ẩm thực Việt Nam. Theo ước tính, trong 100 g tỏi tươi có chứa khoảng 7,7 µg selen, chủ yếu dưới dạng các hợp chất selen hữu cơ như selenomethionine và Se-Methylselenocysteine, có vai trò sinh học quan trọng hơn so với dạng vô cơ.

Nghiên cứu này nhằm xây dựng và đánh giá một quy trình phân tích xác định hàm lượng các dạng selen nguyên dạng trong bột tỏi bằng phương pháp sắc ký lỏng trao đổi anion kết hợp khối phổ cao tầng plasma (HPLC-ICP-MS). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các hợp chất selen chính gồm selenocystine, Se-Methylselenocysteine, selenomethionine, selenite và selenate trong các mẫu bột tỏi thu thập tại Thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2024. Mục tiêu cụ thể là khảo sát các thông số sắc ký, quy trình xử lý mẫu, đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật như giới hạn phát hiện, hiệu suất thu hồi và độ lặp lại của phương pháp.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp một phương pháp phân tích chuẩn, giúp các phòng thí nghiệm trong nước có công cụ đánh giá chính xác hàm lượng selen nguyên dạng trong thực phẩm, góp phần nâng cao chất lượng kiểm soát an toàn thực phẩm và phát triển các sản phẩm chức năng từ tỏi.

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 hóa học hiện đại liên quan đến selen và các hợp chất của nó:

  • Hợp chất selen hữu cơ và vô cơ: Selen tồn tại ở nhiều trạng thái oxy hóa khác nhau, trong đó các hợp chất hữu cơ như selenomethionine, Se-Methylselenocysteine có vai trò sinh học quan trọng hơn so với các dạng vô cơ như selenite (Se(IV)) và selenate (Se(VI)).

  • Sắc ký lỏng trao đổi anion (AE-LC): Phương pháp tách các ion âm dựa trên sự tương tác với pha tĩnh mang điện tích dương, sử dụng đệm acetate và methanol làm pha động, cho phép tách hiệu quả các dạng selen nguyên dạng.

  • Khối phổ cao tầng plasma (ICP-MS): Kỹ thuật phát hiện với độ nhạy cao, giới hạn phát hiện thấp, phù hợp để định lượng các nguyên tố vi lượng trong mẫu phức tạp.

Các khái niệm chính bao gồm: độ phân giải sắc ký (R), giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), hiệu suất thu hồi, độ lặp lại và độ không đảm bảo đo.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Mẫu bột tỏi được thu thập từ các siêu thị tại Thành phố Hồ Chí Minh, bao gồm mẫu tỏi Natural DH, Kirland (Mỹ) và tỏi tươi Hải Dương.

  • Quy trình xử lý mẫu: Mẫu bột tỏi được chiết bằng đệm ammonium phosphate 50 mM, pH 7,5, kết hợp enzyme protease XIV và lipase, sử dụng sóng siêu âm hỗ trợ, thời gian chiết khoảng 12 giờ. Dịch chiết được lọc qua màng 0,45 µm trước khi phân tích.

  • Phân tích sắc ký: Sử dụng cột Hamilton PRP-X100 (250×4,6 mm, 5 µm), chế độ gradient với pha động gồm dung dịch ammonium acetate và methanol, tốc độ dòng 1 mL/phút, thời gian tách 24 phút.

  • Phân tích ICP-MS: Máy Perkin Elmer NexION 350, sử dụng chế độ peak hop, bước sóng khối lượng 82 cho selen, công suất RF 1000 W, dòng plasma argon 15 L/phút.

  • Đánh giá phương pháp: Thực hiện khảo sát độ phân giải, độ chọn lọc, khoảng tuyến tính (R² ≥ 0,99), LOD, LOQ, hiệu suất thu hồi (>80%), độ lặp lại (RSD% < 5%) và độ không đảm bảo đo theo tiêu chuẩn AOAC.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2024, bao gồm giai đoạn khảo sát phương pháp, xử lý mẫu, phân tích và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả tách sắc ký: Phương pháp AE-LC-ICP-MS đạt độ phân giải R ≥ 1 cho tất cả 6 hợp chất selen nghiên cứu, đảm bảo tách biệt rõ ràng trong 24 phút. Thời gian lưu của các hợp chất dao động từ 3,2 đến 17,4 phút, phù hợp với các tài liệu tham khảo.

  2. Giới hạn phát hiện và định lượng: LOD của các hợp chất selen nằm trong khoảng 0,016 đến 0,033 mg.kg⁻¹, LOQ khoảng 0,1 mg.kg⁻¹, đáp ứng yêu cầu phân tích vết trong mẫu thực phẩm.

  3. Hiệu suất thu hồi và độ lặp lại: Hiệu suất thu hồi trên 80% cho tất cả các hợp chất, độ lệch chuẩn tương đối (RSD%) dưới 5%, chứng tỏ độ chính xác và độ tin cậy cao của phương pháp.

  4. Hàm lượng selen nguyên dạng trong mẫu thực tế: Mẫu bột tỏi Natural DH chứa selenate và selenomethionine với hàm lượng khoảng 0,1 mg.kg⁻¹. Mẫu Kirland có hàm lượng tổng khoảng 0,2 mg.kg⁻¹ gồm Se-Methylselenocysteine, selenomethionine và selenate. Mẫu tỏi tươi Hải Dương sấy khô không phát hiện các dạng selen nguyên dạng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phương pháp sắc ký lỏng trao đổi anion kết hợp ICP-MS là công cụ hiệu quả để phân tích các dạng selen nguyên dạng trong bột tỏi với độ nhạy và độ chính xác cao. Việc sử dụng hỗn hợp enzyme protease và lipase cùng sóng siêu âm giúp tăng hiệu quả chiết tách các hợp chất selen hữu cơ, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về chiết xuất selen trong thực phẩm.

Sự khác biệt về hàm lượng selen giữa các mẫu tỏi có thể do nguồn gốc xuất xứ, điều kiện trồng trọt và quy trình chế biến. Mẫu tỏi nhập khẩu Kirland có hàm lượng selen cao hơn, phản ánh khả năng bổ sung hoặc điều kiện canh tác khác biệt. Mẫu tỏi Hải Dương không phát hiện selen nguyên dạng có thể do quá trình sấy khô làm biến đổi hoặc mất mát các hợp chất selen.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ sắc ký so sánh các mẫu và bảng tổng hợp hàm lượng selen từng dạng, giúp minh họa rõ ràng sự khác biệt và hiệu quả phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp phân tích AE-LC-ICP-MS trong kiểm soát chất lượng thực phẩm: Các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm nên triển khai phương pháp này để đánh giá hàm lượng selen nguyên dạng trong tỏi và các sản phẩm từ tỏi, nhằm đảm bảo an toàn và giá trị dinh dưỡng. Thời gian thực hiện: trong vòng 6 tháng.

  2. Phát triển quy trình chuẩn cho các loại nông sản khác: Nghiên cứu mở rộng áp dụng phương pháp cho các loại rau củ, thực phẩm chức năng chứa selen để đa dạng hóa công cụ phân tích. Chủ thể thực hiện: Viện Y tế Công cộng và các trung tâm kiểm nghiệm. Thời gian: 1 năm.

  3. Tăng cường đào tạo kỹ thuật viên vận hành thiết bị ICP-MS: Đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật sắc ký và khối phổ nhằm nâng cao năng lực phân tích, giảm sai số và tăng độ tin cậy kết quả. Thời gian: 3 tháng.

  4. Khuyến khích nghiên cứu bổ sung selen trong canh tác nông nghiệp: Hỗ trợ các chương trình bón phân selen cho cây trồng nhằm nâng cao hàm lượng selen trong thực phẩm, góp phần cải thiện dinh dưỡng cộng đồng. Chủ thể: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, các viện nghiên cứu. Thời gian: 2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà khoa học và nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật Hóa học và Dinh dưỡng: Luận văn cung cấp phương pháp phân tích hiện đại, giúp nghiên cứu sâu về vi chất dinh dưỡng và các hợp chất selen trong thực phẩm.

  2. Phòng thí nghiệm kiểm nghiệm an toàn thực phẩm: Cung cấp quy trình chuẩn để đánh giá hàm lượng selen nguyên dạng, nâng cao chất lượng dịch vụ kiểm nghiệm.

  3. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và chế biến tỏi: Giúp kiểm soát chất lượng sản phẩm, đảm bảo hàm lượng selen phù hợp với tiêu chuẩn dinh dưỡng và an toàn.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước về an toàn thực phẩm và dinh dưỡng: Là cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn, quy định về hàm lượng selen trong thực phẩm và thực phẩm bổ sung.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp AE-LC-ICP-MS có ưu điểm gì so với các kỹ thuật khác?
    Phương pháp này kết hợp khả năng tách sắc ký hiệu quả với độ nhạy cao của ICP-MS, cho phép phân tích đồng thời nhiều dạng selen nguyên dạng với giới hạn phát hiện thấp, phù hợp cho mẫu thực phẩm phức tạp.

  2. Tại sao cần phân tích các dạng selen nguyên dạng thay vì tổng lượng selen?
    Các dạng selen hữu cơ và vô cơ có vai trò sinh học và độc tính khác nhau. Phân tích nguyên dạng giúp đánh giá chính xác giá trị dinh dưỡng và an toàn của thực phẩm.

  3. Quy trình xử lý mẫu có ảnh hưởng thế nào đến kết quả phân tích?
    Quy trình chiết mẫu sử dụng enzyme protease và lipase kết hợp sóng siêu âm giúp giải phóng các hợp chất selen hữu cơ hiệu quả, tăng độ chính xác và độ thu hồi của phương pháp.

  4. Hàm lượng selen trong tỏi có thể thay đổi do yếu tố nào?
    Hàm lượng selen phụ thuộc vào nguồn gốc tỏi, điều kiện đất trồng, khí hậu, phương pháp chế biến và bảo quản, ví dụ như sấy khô có thể làm giảm hàm lượng selen nguyên dạng.

  5. Phương pháp này có thể áp dụng cho các loại thực phẩm khác không?
    Có thể áp dụng cho nhiều loại thực phẩm khác chứa selen như rau củ, nấm, hải sản, tuy nhiên cần điều chỉnh quy trình chiết mẫu phù hợp với từng nền mẫu cụ thể.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công phương pháp phân tích các dạng selen nguyên dạng trong bột tỏi bằng sắc ký lỏng trao đổi anion kết hợp ICP-MS với độ phân giải cao và độ nhạy tốt.
  • Phương pháp đạt các chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng như LOD từ 0,016 đến 0,033 mg.kg⁻¹, hiệu suất thu hồi trên 80% và độ lặp lại RSD% dưới 5%.
  • Kết quả phân tích mẫu thực tế cho thấy sự khác biệt hàm lượng selen giữa các loại tỏi, phản ánh ảnh hưởng của nguồn gốc và chế biến.
  • Phương pháp có thể áp dụng rộng rãi trong kiểm soát chất lượng thực phẩm và nghiên cứu dinh dưỡng vi lượng.
  • Đề xuất triển khai áp dụng phương pháp trong các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm và mở rộng nghiên cứu cho các loại thực phẩm khác trong thời gian tới.

Hành động tiếp theo là triển khai đào tạo kỹ thuật viên và xây dựng quy trình chuẩn áp dụng đại trà nhằm nâng cao chất lượng phân tích selen trong thực phẩm tại Việt Nam.