Tổng quan nghiên cứu

Hydrocacbon thơm đa vòng (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons – PAHs) là nhóm hợp chất hữu cơ có cấu trúc gồm nhiều vòng thơm liên kết, được biết đến với tính độc cao và khả năng tồn lưu lâu dài trong môi trường. PAHs có thể tích tụ trong đất, nước, không khí và đặc biệt là trong thực phẩm, gây nguy hại nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Theo báo cáo của ngành, các sản phẩm thực phẩm chế biến bằng nhiệt như nướng, chiên, rang có nguy cơ chứa hàm lượng PAHs cao, với mức độ ô nhiễm có thể vượt quá giới hạn cho phép của các quy định quốc tế. Tại Việt Nam, nghiên cứu về PAHs trong thực phẩm còn hạn chế, trong khi nhu cầu đánh giá mức độ ô nhiễm và nguy cơ sức khỏe ngày càng cấp thiết.

Mục tiêu của luận văn là xây dựng quy trình phân tích đồng thời 18 hợp chất PAHs trong thực phẩm bằng kỹ thuật sắc ký khí ghép nối khối phổ MS/MS, kết hợp với phương pháp chiết QuEChERS để xử lý mẫu. Nghiên cứu tập trung khảo sát các mẫu mì ăn liền và trà thành phẩm lưu hành tại Hà Nội, nhằm đánh giá hàm lượng PAHs và đề xuất giải pháp kiểm soát ô nhiễm. Thời gian nghiên cứu chủ yếu trong năm 2018-2019, với phạm vi địa lý tại các siêu thị Hà Nội và nguồn nguyên liệu trà từ Thái Nguyên, Lâm Đồng.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp dữ liệu khoa học về mức độ ô nhiễm PAHs trong thực phẩm Việt Nam, góp phần nâng cao nhận thức và hỗ trợ xây dựng tiêu chuẩn an toàn thực phẩm, đồng thời phát triển phương pháp phân tích hiện đại, chính xác, nhanh chóng và hiệu quả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết cấu trúc và tính chất PAHs: PAHs là các hydrocacbon thơm đa vòng, có tính chất vật lý như nhiệt độ sôi cao, ít tan trong nước, tan tốt trong dung môi hữu cơ và chất béo. Đặc tính hóa học bao gồm khả năng tham gia phản ứng thế, cộng, oxi hóa và quang hóa, tạo thành các dẫn xuất có độc tính cao.

  • Mô hình hình thành PAHs trong thực phẩm: PAHs hình thành chủ yếu qua quá trình đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu carbon trong công nghệ hun khói, hoặc qua nhiệt phân chất béo và các chất hữu cơ trong thực phẩm khi chế biến ở nhiệt độ cao (trên 200°C, mạnh nhất 500-900°C).

  • Khái niệm độc tính và đánh giá nguy cơ: PAHs có khả năng gây đột biến gen và ung thư, đặc biệt là benzo(a)pyrene (B(a)P). Độc tính được đánh giá qua hệ số độc tương đương (TEF), tập trung vào các PAHs có 4-6 vòng thơm.

  • Phương pháp phân tích PAHs: Sắc ký khí ghép nối khối phổ MS/MS (GC-MS/MS) được sử dụng do độ nhạy và chọn lọc cao, kết hợp với phương pháp chiết QuEChERS để xử lý mẫu, giúp loại bỏ tạp chất, tăng hiệu quả thu hồi và giảm thời gian phân tích.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập 105 mẫu thực phẩm gồm 65 mẫu mì ăn liền (45 mẫu mì chiên dầu, 20 mẫu mì không chiên) và 40 mẫu trà (trà xanh, trà ô long, trà đen) từ các siêu thị Hà Nội, nguyên liệu trà từ Thái Nguyên và Lâm Đồng.

  • Phương pháp phân tích: Xử lý mẫu bằng phương pháp chiết QuEChERS với dung môi acetonitrile và hỗn hợp muối MgSO4/NaCl, làm sạch bằng chiết pha rắn phân tán (d-SPE) sử dụng chất hấp phụ PSA và C18. Phân tích định tính và định lượng PAHs bằng hệ thống GC-MS/MS của hãng Thermo (model TSQ 8000), sử dụng cột DB5-MS (30 m x 0,25 mm; 0,25 µm).

  • Thiết kế thí nghiệm: Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu bằng phương pháp đáp ứng bề mặt (Response Surface Methodology - RSM) với 4 biến độc lập: tỉ lệ acetonitrile/mẫu, tỉ lệ nước/mẫu, tỉ lệ C18/PSA, tỉ lệ MgSO4/ thể tích dịch chiết. Tổng số 31 thí nghiệm được thực hiện để xác định điều kiện tối ưu.

  • Đánh giá phương pháp: Xây dựng đường chuẩn 7 điểm từ 1 đến 200 µg/kg, xác định giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), hiệu suất thu hồi, độ tái lặp và độ lặp lại của thiết bị. Hiệu suất thu hồi được đánh giá bằng phương pháp thêm chuẩn nội và chuẩn đồng vị.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập mẫu và xử lý trong năm 2018, phân tích và tối ưu phương pháp trong năm 2019, hoàn thiện luận văn cùng năm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tối ưu hóa điều kiện phân tích GC-MS/MS:

    • Chương trình nhiệt độ tối ưu: bắt đầu ở 70°C giữ 1 phút, tăng 10°C/phút đến 270°C, sau đó tăng 20°C/phút đến 280°C giữ 3 phút, cuối cùng tăng 20°C/phút đến 310°C giữ 1 phút.
    • Nhiệt độ buồng bơm mẫu và bộ phận kết nối đều ở 310°C, khí mang heli với tốc độ 1,0 mL/phút, thể tích tiêm 1 µL.
    • Thời gian phân tích 35 phút cho 18 PAHs.
    • Độ lặp lại thời gian lưu có %RSD dưới 2%, đảm bảo độ chính xác cao.

  2. Hiệu suất thu hồi và giới hạn phát hiện:

    • Hiệu suất thu hồi PAHs trong mẫu thực phẩm đạt từ 78% đến 108%, phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế.
    • Giới hạn phát hiện (LOD) của phương pháp nằm trong khoảng 0,01 – 0,1 µg/kg, giới hạn định lượng (LOQ) từ 0,03 – 0,3 µg/kg, đủ nhạy để phát hiện hàm lượng vết trong thực phẩm.

  3. Phân tích mẫu thực phẩm:

    • Trong 65 mẫu mì ăn liền, nhóm mì chiên dầu có hàm lượng PAHs trung bình cao hơn nhóm mì không chiên, với tổng PAHs dao động từ 0,5 đến 15 µg/kg, trong đó benzo(a)pyrene chiếm khoảng 10-20% tổng PAHs.
    • 40 mẫu trà thành phẩm cho thấy trà đen có hàm lượng PAHs cao nhất, trung bình 5-12 µg/kg, trong khi trà xanh và trà ô long thấp hơn, dao động 1-5 µg/kg.
    • Phân bố PAHs theo số vòng thơm cho thấy các hợp chất 4-6 vòng chiếm ưu thế, tương ứng với mức độ độc tính cao hơn.

  4. So sánh với giới hạn cho phép:

    • Một số mẫu mì chiên dầu và trà đen có hàm lượng B(a)P và tổng PAH4 vượt quá giới hạn cho phép của EU (B(a)P ≤ 2 µg/kg, PAH4 ≤ 10 µg/kg).
    • Kết quả này cảnh báo nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe người tiêu dùng nếu sử dụng thường xuyên các sản phẩm này.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân hàm lượng PAHs cao trong mì chiên dầu và trà đen chủ yếu do quá trình chế biến sử dụng nhiệt độ cao và tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt hoặc khói, phù hợp với cơ chế hình thành PAHs qua nhiệt phân chất béo và hấp phụ khói. Kết quả tương đồng với các nghiên cứu quốc tế tại Hàn Quốc, Kuwait và Đan Mạch, nơi cũng ghi nhận mức độ ô nhiễm PAHs cao trong các sản phẩm thực phẩm chế biến tương tự.

Phân tích dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột so sánh hàm lượng PAHs trung bình giữa các nhóm mẫu, biểu đồ tròn phân bố tỷ lệ các hợp chất PAHs theo số vòng thơm, và bảng so sánh với giới hạn quy định EU. Điều này giúp minh họa rõ ràng mức độ ô nhiễm và nguy cơ tiềm ẩn.

Việc áp dụng kỹ thuật GC-MS/MS kết hợp chiết QuEChERS đã chứng minh hiệu quả trong việc phân tích PAHs với độ nhạy và độ chính xác cao, giảm thiểu ảnh hưởng nền mẫu và rút ngắn thời gian phân tích so với các phương pháp truyền thống. Đây là bước tiến quan trọng trong kiểm soát chất lượng thực phẩm tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng quy trình phân tích GC-MS/MS kết hợp chiết QuEChERS trong kiểm nghiệm thực phẩm

    • Mục tiêu: Nâng cao độ chính xác và hiệu quả phát hiện PAHs trong các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm.
    • Thời gian: Triển khai trong 1-2 năm.
    • Chủ thể: Các cơ quan kiểm nghiệm an toàn thực phẩm, viện nghiên cứu.

  2. Xây dựng và hoàn thiện tiêu chuẩn giới hạn PAHs trong thực phẩm tại Việt Nam

    • Mục tiêu: Thiết lập mức giới hạn an toàn phù hợp với điều kiện thực tế và tham khảo quy định quốc tế.
    • Thời gian: 2-3 năm.
    • Chủ thể: Bộ Y tế, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, các tổ chức tiêu chuẩn.

  3. Tuyên truyền, nâng cao nhận thức về nguy cơ PAHs trong thực phẩm chế biến nhiệt

    • Mục tiêu: Giảm thiểu thói quen sử dụng thực phẩm có hàm lượng PAHs cao, khuyến khích phương pháp chế biến an toàn.
    • Thời gian: Liên tục.
    • Chủ thể: Các tổ chức y tế, truyền thông, cộng đồng.

  4. Khuyến khích nghiên cứu mở rộng về PAHs trong các loại thực phẩm khác và môi trường liên quan

    • Mục tiêu: Đánh giá toàn diện nguồn gốc và mức độ ô nhiễm PAHs, phục vụ quản lý và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
    • Thời gian: 3-5 năm.
    • Chủ thể: Các viện nghiên cứu, trường đại học, tổ chức khoa học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà khoa học và nghiên cứu trong lĩnh vực hóa phân tích và an toàn thực phẩm

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp phân tích hiện đại, dữ liệu thực nghiệm về PAHs trong thực phẩm Việt Nam.
    • Use case: Phát triển nghiên cứu tiếp theo, cải tiến kỹ thuật phân tích.

  2. Cơ quan quản lý nhà nước về an toàn thực phẩm và môi trường

    • Lợi ích: Cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn, quy định về giới hạn PAHs trong thực phẩm.
    • Use case: Xây dựng chính sách, kiểm soát chất lượng thực phẩm.

  3. Phòng thí nghiệm kiểm nghiệm thực phẩm

    • Lợi ích: Áp dụng quy trình phân tích chuẩn xác, nhanh chóng, hiệu quả.
    • Use case: Kiểm tra, giám sát chất lượng sản phẩm lưu hành trên thị trường.

  4. Doanh nghiệp sản xuất và chế biến thực phẩm

    • Lợi ích: Hiểu rõ nguy cơ ô nhiễm PAHs, điều chỉnh quy trình chế biến để giảm thiểu chất độc hại.
    • Use case: Nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng yêu cầu an toàn thực phẩm.

Câu hỏi thường gặp

  1. PAHs là gì và tại sao chúng nguy hiểm trong thực phẩm?
    PAHs là các hydrocacbon thơm đa vòng, có khả năng gây đột biến gen và ung thư. Chúng tích tụ trong thực phẩm qua quá trình chế biến nhiệt như nướng, chiên, hun khói, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người tiêu dùng.

  2. Phương pháp GC-MS/MS có ưu điểm gì trong phân tích PAHs?
    GC-MS/MS có độ nhạy và độ chọn lọc cao, cho phép phân tích chính xác các hợp chất PAHs ngay cả ở nồng độ rất thấp, giảm thiểu nhiễu nền và rút ngắn thời gian phân tích so với các phương pháp truyền thống.

  3. Phương pháp chiết QuEChERS được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
    QuEChERS là phương pháp chiết nhanh, dễ dàng, sử dụng dung môi acetonitrile và hỗn hợp muối để tách chiết PAHs từ mẫu thực phẩm, kết hợp làm sạch bằng chiết pha rắn phân tán giúp loại bỏ tạp chất, tăng hiệu suất thu hồi.

  4. Hàm lượng PAHs trong mì ăn liền và trà có vượt quá giới hạn an toàn không?
    Một số mẫu mì chiên dầu và trà đen có hàm lượng benzo(a)pyrene và tổng PAH4 vượt quá giới hạn cho phép của EU, cảnh báo nguy cơ sức khỏe nếu tiêu thụ thường xuyên.

  5. Làm thế nào để giảm thiểu PAHs trong thực phẩm chế biến?
    Giảm nhiệt độ và thời gian chế biến, tránh tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt, sử dụng phương pháp chế biến ít tạo khói, kiểm soát nguồn nguyên liệu và quy trình sản xuất là các giải pháp hiệu quả.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công quy trình phân tích đồng thời 18 PAHs trong thực phẩm bằng kỹ thuật GC-MS/MS kết hợp phương pháp chiết QuEChERS với độ nhạy cao và hiệu suất thu hồi tốt (78-108%).
  • Phân tích 105 mẫu mì ăn liền và trà thành phẩm cho thấy nhóm mì chiên dầu và trà đen có hàm lượng PAHs cao, một số mẫu vượt giới hạn an toàn theo quy định EU.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp dữ liệu khoa học quan trọng cho việc đánh giá nguy cơ ô nhiễm PAHs trong thực phẩm Việt Nam và hỗ trợ xây dựng tiêu chuẩn an toàn thực phẩm.
  • Đề xuất áp dụng quy trình phân tích hiện đại trong kiểm nghiệm, xây dựng tiêu chuẩn giới hạn PAHs, tuyên truyền nâng cao nhận thức và mở rộng nghiên cứu về PAHs trong thực phẩm và môi trường.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai áp dụng quy trình phân tích tại các phòng thí nghiệm, hoàn thiện tiêu chuẩn quốc gia và phát triển các giải pháp giảm thiểu PAHs trong chế biến thực phẩm.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và nâng cao chất lượng thực phẩm Việt Nam!