MỞ ĐẦU Các chất hydrocacbon thơm đa vòng (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons – PAH) là một nhóm hợp chất ô nhiễm nguy hiểm do chúng có độc tính cao và có mặt khắp nơi trong môi trường (đất, không khí, các nguồn nước, các lớp trầm tích và đặc biệt trong thực phẩm). Các hợp chất PAH ít tan trong nước, dễ dàng hòa tan trong các chất béo, dung môi hữu cơ hay axit hữu cơ. PAH hấp thụ vào cơ thể thông qua các chuỗi thức ăn, tuỳ theo cấu tạo của các PAH và đối tượng tác động mà PAH có các mức độ tác động khác nhau. Sự có mặt ở những liều lượng nhất định của PAH thường gây ra những tác động không tốt đến sự sinh sản, sinh trưởng, phát triển và khả năng miễn dịch.
Sau một thời gian dài tích tụ trong cơ thể, PAH sẽ gây ảnh hưởng trực hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người thông qua một số con đường khác nhau. Tổ chức bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA) đã xếp PAH vào nhóm những chất ô nhiễm điển hình và tiến hành kiểm soát sự có mặt của PAH trong các hệ sinh thái dưới nước cũng như trên cạn. Trong chế biến thực phẩm có sử dụng nhiệt như chiên, nướng. hay trong quá trình bảo quản thịt, cá bằng xông khói thường làm cho thực phẩm bị nhiễm PAH.
Điều này rất nguy hại khi người tiêu dùng hiện nay có thói quen sử dụng nhiều thực phẩm chiên, nướng hay những thực phẩm chế biến sẵn như đồ hun khói… Hàm lượng PAH trong mẫu sinh phẩm, môi trường có thể xác định bằng các phương pháp như: sắc ký khí (GC), sắc ký khí khối phổ (GC-MS), sắc ký khí khối phổ hai lần (GC-MS/MS), sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), quang phổ hấp thụ phân tử (UV).Trong đó, GC-MS là công cụ được lựa chọn để phát hiện các hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường. Chi phí vận hành thiết bị GC-MS đã giảm đáng kể và đồng thời độ tin cậy cũng tăng cho nên việc sử dụng GC-MS trong các nghiên cứu về môi trường ngày càng nhiều. Trong đó, kỹ thuật GC-MS/MS là một lựa chọn lý tưởng về độ nhạy và độ đặc hiệu, đáp ứng được việc phân tích ở nồng độ thấp. Nhằm thiết lập một quy trình phân tích đáng tin cậy để xác định hàm lượng 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PAH trong một số đối tượng mẫu thực phẩm, chúng tôi tiến hành nghiên cứu thực hiện đề tài “Xác định một số hydrocarbon đa vòng thơm (PAH) trong thịt và sản phẩm từ thịt bằng kỹ thuật sắc ký khí khối phổ hai lần (GC-MS/MS)” nhằm mục đích: - Xây dựng quy trình phân tích một số PAH trong mẫu thịt áp dụng kỹ thuật QuEChERS cho giai đoạn xử lý mẫu và phân tích bằng GC-MS/MS.
- Áp dụng quy trình đã thiết lập để phân tích một số PAH trong một số mẫu thịt lưu hành trên thị trường. 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về PAH 1. Giới thiệu chung về PAH Các chất hydrocarbon thơm đa vòng (PAH – Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) là các hợp chất hữu cơ có chứa ít nhất hai vòng benzen và có thể có thêm các nhóm thế.
PAH được chia làm hai nhóm: PAH phân tử lượng thấp có hai hoặc ba vòng trong cấu trúc (naphthalen, acenaphthen, acenaphthylen, fluoren, phenanthren, và anthracen), PAH phân tử lượng cao có bốn, năm hoặc sáu vòng trong cấu trúc (fluoranthen, pyren, benzo(a)anthracen, chrysen, benzo(b) flouranthen, benzo(k)fluoranthen, benzo(a)pyren và dibenzo(a,h)anthracen) [73] [79]. Các PAH đã được xác định là tác nhân gây ung thư, gây đột biến và quái thai [6][11][30]. Đáng chú ý nhất trong nhóm này là benzo(a)pyren (C20H12) (hình 1. Công thức cấu tạo của benzo(a)pyren Các PAH được xếp vào nhóm chất hữu cơ gây ô nhiễm tồn dư dai dẳng (Persistant organic pollutants – POP).
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng PAH có thể nhiễm vào nhiều loại thực phẩm như ngũ cốc, các loại dầu, chất béo, rau và thịt [39][66]. Tính chất vật lý và hoá học của PAH 1. Tính chất vật lý Các PAH nguyên chất là chất rắn không màu, màu trắng, hoặc vàng nhạt ở nhiệt độ phòng [6][11][26]. Các PAH có áp suất hơi thấp, giảm dần theo khối lượng phân tử tăng, có nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy cao.
Ngoại trừ naphtalen, các PAH rất ít tan trong nước, độ tan giảm theo khối lượng phân tử tăng, nhưng tan tốt trong 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dung môi hữu cơ thân dầu. Một số tính chất vật lý của các PAH được cho trong bảng 1. Một số tính chất vật lý của PAH CTPT, Độ tan Cấu Nhiệt Nhiệt Khối trong trúc độ độ nóng Tên gọi lượng Màu nước ở hóa sôi chảy phân tử 25oC học (oC) o ( C) (g/mol) (μg/L) C10H8 Naphtalen Trắng 81 217,9 3,17.104 128 Acenaphthylen C12H8 92-93 152 C12H10 Acenaphthen Trắng 95 279 3,93.103 Không 178 Màu Anthracen C14H10 Không 216,4 342 73 178 Màu 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CTPT, Độ tan Cấu Nhiệt Nhiệt Khối trong trúc độ độ nóng Tên gọi lượng Màu nước ở hóa sôi chảy phân tử 25oC học (oC) (oC) (g/mol) (μg/L) Vàng Fluoranthen C16H10 108,8 375 260 nhạt 202 Pyren C16H10 Không 150,4 393 135 202 Màu Benzo C18H12 Không 160,7 400 14 (a)anthracen 228 Màu Chrysen C18H12 Không 253,8 448 2,0 228 Màu Benzo(b)fluora C20H12 Không 168,3 481 1,2 nthen 252 Màu Benzo(k)fluora Vàng C20H12 215,7 480 0,76 nthen nhạt 252 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CTPT, Độ tan Cấu Nhiệt Nhiệt Khối trong trúc độ độ nóng Tên gọi lượng Màu nước ở hóa sôi chảy phân tử 25oC học (oC) (oC) (g/mol) (μg/L) Benzo(a)pyren C20H12 Hơi vàng 178,1 496 3,8 252 Dibenzo(a,h)ant C22H14 Không 266,6 524 0,5 hracen 278 Màu (27oC) Benzo(g,h,i)per Vàng C22H12 278,3 545 0,26 ylen nhạt 276 Indeno(1,2,3- C22H12 Vàng 163,6 536 62 c,d)pyren 276 1. Tính chất hoá học Các PAH tương đối trơ về hoá học.
Các PAH bị phân hủy quang học trong không khí, tạo thành nhiều sản phẩm oxi hóa, bao gồm quinon và endopeoxit. Các PAH có thể hình thành các dẫn xuất nitơ, sunfinic và axit sunfonic, phản ứng với ozon và gốc hydroxyl trong không khí. Việc tạo thành hợp chất nitro – PAH rất quan trọng vì các hợp chất này có thể có hoạt tính sinh học và gây đột biến gen [48]. Một số PAH được sử dụng để sản xuất thuốc nhuộm, polyme, thuốc bảo vệ thực vật, trong công nghiệp dược phẩm [6][11][26][28][45].
15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.Độc tính của PAH và ảnh hưởng của PAH tới môi trường sống 1.Ảnh hưởng đối với thực vật Hầu hết các loại thực vật đều nhạy cảm với các PAH khi hấp thụ từ môi trường đất, nước và không khí qua thân, rễ, lá của chúng. Các PAH làm giảm khả năng sinh trưởng, sinh sản và phát triển của các loài thực vật và tích tụ trong thực vật, từ đó đi vào chuỗi thức ăn của động vật gây ra những tác hại lâu dài và nghiêm trọng hơn [52].Ảnh hưởng đối với động vật, con người Từ hệ thực vật, PAH được hấp thụ vào cơ thể của động vật thông qua các chuỗi thức ăn. Sự phơi nhiễm với PAH ở mức độ nhất định thường gây ra những tác động không tốt đến sự sinh sản, sinh trưởng, phát triển, khả năng miễn dịch hay làm chết các động vật [61]. Độc tính của các PAH đã được con người biết đến từ những năm 30 của thế kỷ XX, khi Hieger và Cook cùng những cộng sự khác nghiên cứu và thấy tinh thể benzo(a)pyren màu vàng gây khối u ở động vật thí nghiệm [28].
Với con người, PAH có thể là tác nhân gây đột biến dẫn đến ung thư, gây đột biến gen [17][28][45] [51]. Trong tự nhiên, các PAH tồn tại chủ yếu dưới dạng hỗn hợp, thâm nhập vào cơ thể con người thông qua chuỗi thức ăn, đường hô hấp hoặc qua sự tiếp xúc trực tiếp với nguồn ô nhiễm [74]. Trong số các PAH, người ta đặc biệt chú ý đến benzo(a)pyren vì độc tính của chất này. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh benzo(a)pyren có thể chuyển hóa thành các loại oxit nhờ cytochrom P450, mà những oxit này có thể tấn công cấu trúc ADN gây đột biến [28][45][55].
Với đối tượng thực phẩm, việc chế biến có sử dụng nhiệt như rán, nướng. hoặc bảo quản bằng xông khói thường làm cho thực phẩm bị nhiễm PAH. Tác động của PAH lên con người phụ thuộc vào nhiều yếu tố như liều lượng, thời gian phơi nhiễm, đường phơi nhiễm (ăn, uống, tiếp xúc qua da,…), 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com các hợp chất khác bị phơi nhiễm đồng thời, các đặc điểm cá thể của người bị phơi nhiễm (độ tuổi, giới tính, lối sống, tình trạng sức khỏe…) [45]. Trong nhóm PAH, naphthalen gây ảnh hưởng tới một loạt các cơ quan như phổi, thận, da, mắt và kìm hãm quá trình hô hấp trên người, dẫn tới bệnh thiếu máu và viêm thận [45][66].
Phenanthren gây yếu các nhiễm sắc thể tương đồng và kìm hãm sự nối liền các kẽ hở gian bào [45][66]. Giới hạn cho phép PAH trong thực phẩm Cho tới nay, nhiều quốc gia trên thế giới đã đưa ra giới hạn kiểm soát các PAH trong thực phẩm. Tây Ban Nha, Ý, Hy Lạp và Thụy Điển đều thống nhất giới hạn 5 µg/kg cho tổng của 8 PAH nặng (benzo(a)pyren, dibenzo(a,h)anthracen, benzo(a)anthracen, benzo(e)pyren, benzo(b)fluoranthen, benzo(k)fluoranthen, indeno(1,2,3-c,d)pyren, và benzo(g,h,i)perylen) và giới hạn 2 µg/kg cho riêng từng PAH trong dầu oliu [66]. Đức đưa ra giới hạn 5 µg/kg cho tổng các PAH nặng và 25 µg/kg cho tổng của 16 PAH trong dầu và chất béo [66].
Canada cũng quy định tổng giới hạn 3 µg/kg cho dư lượng các PAH nặng benzo(a)pyren, dibenzo(a,h)anthracen, benzo(a)anthracen, benzo(b)fluoranthen, benzo(k)fluoranthen, indeno(1,2,3-cd)pyren, chrysen và benzo(g,h,i)perylen trong dầu và chất béo [23]. Nhiều nhà khoa học thống nhất lấy benzo(a)pyren làm quy chiếu khi đánh giá dư lượng của PAH trong thực phẩm [35][36]. Ủy ban châu Âu (EC) đã đưa ra các quy định 208/2005[33], 1881/2006 [34], thống nhất quy định giới hạn PAH tại tất cả các nước thành viên, cũng như giới hạn dư lượng benzo(a)pyren trong các loại thực phẩm khác nhau. Sau đó, EFSA [31][37] kết luận rằng benzo(a)pyren không thể hiện hết nguy cơ các PAH tồn dư trong thực phẩm.
Thay vào đó, việc đánh giá dư lượng benzo(a)pyren và tổng dư lượng bốn PAH (benzo(a)anthracen, benzo(b)fluoranthen, chrysen, benzo(a)pyren) đã được đề xuất và chính thức hóa (bảng 1. 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Giới hạn mới được ấn định tại Quy chế EC 835/2011 cho benzo(a)pyren và tổng của 4 PAH trong thực phẩm.