MỞ ĐẦU Hydrocacbon thơm đa vòng (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons – PAHs) là một nhóm hợp chất gây ô nhiễm nguy hiểm đến sức khỏe con người. Các hợp chất này có độc tính cao, tồn lưu trong các môi trường đất, nước, không khí, trầm tích và được tích lũy trong thực phẩm. Chế biến thực phẩm thường được sử dụng để xử lý thực phẩm tươi (nguyên liệu thô) trong các sản phẩm thực phẩm hoặc biến đổi nguyên liệu thô đã xử lý thành các dạng thực phẩm khác. Nấu ăn và chế biến thực phẩm ở nhiệt độ cao được công nhận là tác nhân quan trọng phát sinh các chất độc hại cho sức khỏe con người.
Ở những liều lượng nhất định, PAHs thường gây ra những tác động không tốt đến sự sinh sản, sinh trưởng, phát triển và khả năng miễn dịch. Sau thời gian dài tích tụ trong cơ thể, các PAHs sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người thông qua một số con đường khác nhau. Với con người, PAHs có thể là tác nhân gây đột biến gen dẫn đến ung thư. Một số nghiên cứu trên thế giới đã tiến hành xác định PAHs trong các sản phẩm chứa nhiều chất béo như cá hồi, thịt….Trong khi đó ở Việt Nam, các tài liệu nghiên cứu về PAHs xuất hiện trong thực phẩm còn tương đối ít.
Chính vì thế, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu khảo sát để xác định các hợp chất PAHs xuất hiện trong thực phẩm, đặc biệt là các thực phẩm có sử dụng nhiệt trong công nghệ chế biến (nướng, chiên rán, rang sấy,…) Phương pháp phân tích sắc kí khí ghép nối hai lần khối phổ GC – MS/MS cho phép xác định trực tiếp các PAHs dựa trên sự khác biệt về cấu trúc và nhiệt độ hóa hơi của từng PAHs, được coi là phương pháp phân tích có độ nhạy và độ chọn lọc rất cao. Độ chọn lọc cao của detecter khối phổ (MS/MS) cho phép tối giản quá trình chuẩn bị mẫu, phép tích phân pic dễ dàng và nhanh hơn, từ đó đơn giản hóa việc xử lý dữ liệu, loại bỏ nhiễu, tăng hiệu quả phân tích cho GC và đưa ra kết quả tin cậy hơn. Độ nhạy cao khiến MS/MS có thể phân tích được những mẫu có hàm lượng vết hoặc siêu vết, giảm thiểu tối đa thời gian phân tích cũng như loại bỏ được phần lớn ảnh hưởng từ nền mẫu. 2 Xuất phát từ tính cấp thiết của xã hội và tính ưu việt của phương pháp phân tích này, chúng tôi thực hiện đề tài: “Xác định một số hydrocacbon thơm đa vòng trong thực phẩm bằng kỹ thuật sắc ký khí khối phổ MS/MS” nhằm mục đích: - Xây dựng quy trình phân tích một số PAHs trong thực phẩm áp dụng phương pháp chiết QuEChERS cho giai đoạn xử lý mẫu và phân tích bằng kỹ thuật GC-MS/MS.
- Áp dụng quy trình đã thiết lập để phân đồng thời 18 PAHs trong một số mẫu mì ăn liền và trà thành phẩm lưu hành trên thị trường. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. GIỚI THIỆU VỀ CÁC HYDROCACBON THƠM ĐA VÒNG 1. Khái niệm, phân loại 1.
Khái niệm Hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs – Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) hay còn gọi là những hydrocacbon thơm đa vòng ngưng tụ, là các hợp chất hóa học trong đó bao gồm các vòng thơm không chứa các dị tố hay mang theo nhóm thế, có hai hay nhiều vòng thơm gắn với nhau tạo thành các hợp chất hữu cơ bền.1 mô tả cấu trúc ba chiều và mạng tinh thể của một phân tử PAHs. Cấu trúc ba chiều (a) và cấu trúc mạng tinh thể (b) của một phân tử PAHs 1. Phân loại Theo cấu tạo PAHs thường được chia làm hai nhóm: nhóm có ít hơn hoặc bằng sáu vòng thơm gọi là các PAHs phân tử nhỏ và nhóm có nhiều hơn sáu vòng thơm gọi là các PAHs phân tử lớn. Theo cục bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA), PAHs được phân loại thành 18 hợp chất có cấu trúc điển hình bao gồm: 2 vòng thơm (naphthalene, methylnaphthalene), 3 vòng thơm (acenaphthene, acenaphthylene, fluorene, phenanthrene, anthracene), 4 vòng 4 thơm (fluoranthene, pyrene, benzo(a)anthracene, chrysene), 5- 6 vòng thơm (benzo(b)fluoranthene, benzo(e)pyrene, benzo(a)pyrene, indeno(1,2,3-c,d) pyrene, benzo(g,h,i)perylene, dibenz(a,h)anthracene1) [1].
Tính chất hóa lý của Hydrocacbon thơm đa vòng 1. Tính chất vật lý PAHs nguyên chất thường tồn tại ở dạng không màu, màu trắng hoặc vàng nhạt. Tất cả PAHs đều tồn tại ở dạng rắn ở nhiệt độ phòng và có mùi thơm, tuy nhiên mùi thơm khác nhau tùy thuộc từng đoạn mạch của vòng thơm. Tính chất thơm này chịu ảnh hưởng của số và vị trí các vòng thơm mà có cấu tạo giống vòng benzen [2].
Ngoài ra, PAHs tương đối trơ về mặt hóa học, chúng có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao, khả năng hòa tan trong nước và áp suất bay hơi của PAHs rất thấp [3]. Ngoại trừ napthalene, PAHs rất ít tan trong nước và độ tan giảm theo chiều tăng khối lượng phân tử. Tuy nhiên, PAHs tan tốt trong các dung môi hữu cơ và chất béo [4]. Các phân tử PAHs có khả năng hấp thụ quang phổ trong vùng tử ngoại rất lớn ở nhiều dải hấp thụ khác nhau và mỗi vòng chỉ hấp thụ trong một dải bước sóng duy nhất.
Đặc điểm này thường được ứng dụng để định tính PAHs. Hầu hết các phân tử PAHs đều có đặc tính phát huỳnh quang và tính bán dẫn. Thông thường PAHs hấp thụ yếu tia hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 7-14 μm [5]. Một số tính chất vật lý của PAHs được thể hiện trong bảng 1.
Tính chất hóa học PAHs là hợp chất tương đối trơ về mặt hoá học. Do được cấu tạo từ những vòng benzen nên PAHs có tính chất của hydrocacbon thơm: có thể tham gia phản ứng thế, phản ứng cộng và phản ứng oxi hoá. Ngoài ra, PAHs còn tham gia phản ứng quang hóa trong không khí. Sau sự quang phân của PAHs trong không khí, nhiều sản phẩm oxi hóa đã được hình thành, bao gồm quinon và endoperoxit [6].
PAHs có thể phản ứng với oxit nitơ, acid nitric để hình thành các dẫn xuất nitơ của PAHs và phản ứng với oxit lưu huỳnh, acid sulfuric trong dung dịch để hình thành sulfinic và acid sulfonic [6]. PAHs cũng có thể tham gia phản ứng với ozon và gốc hydroxyl trong không khí. 5 Việc tạo thành hợp chất nitro – PAHs rất quan trọng vì các hợp chất này có thể có hoạt tính sinh học và gây đột biến gen [7]. Tính chất vật lý của một số hợp chất PAHs [8] Độ hòa tan Khối Nhiệt độ Nhiệt độ trong nước Tên gọi CTPT lượng Màu nóng sôi (oC) ở 25oC phân tử chảy (oC) (μg/l) Naphthalene C10H8 128 Trắng 81 217,9 3,17.104 Acenaphthylene C12H8 152 Vàng 92-93 280 Không tan Acenaphthene C12H10 154 Trắng 95 279 3,93.103 Phenanthrene C14H10 178 Không màu 100,5 340 1,29.103 Anthracene C14H10 178 Không màu 216,4 342 73 Fluoranthene C16H10 202 Vàng nhạt 108,8 375 260 Pyrene C16H10 202 Không màu 150,4 393 135 Benzo (a)anthracen C18H12 228 Không màu 160,7 400 14 Chrysene C18H12 228 Không màu 253,8 448 2,0 Benzo(b)fluoranthene C20H12 252 Không màu 168,3 481 1,2 Benzo(k)fluoranthene C20H12 252 Vàng nhạt 215,7 480 0,76 Benzo(a)pyrene C20H12 252 Hơi vàng 178,1 496 3,8 Dibenzo(a,h)anthracene C22H14 278 Không màu 266,6 524 0,5(27oC) Benzo(g,h,i)perylene C22H12 276 Vàng nhạt 278,3 545 0,26 Indeno(1,2,3-c,d)pyrene C22H12 276 Vàng 163,6 536 62 1.
NGUỒN GỐC PHÁT SINH CỦA CÁC HỢP CHẤT PAHs Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự hình thành các hợp chất PAHs, tuy nhiên PAHs được phát thải vào môi trường từ hai nguồn chính là nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo. Nguồn tự nhiên Phát thải PAHs trong tự nhiên có thể từ hiện tượng núi lửa phun trào, quá trình hình thành đất đá, cháy rừng, tạo trầm tích [9]. Trong nhiều khu vực, cháy rừng và núi lửa phun trào là hai nguồn chính phát thải PAHs vào môi trường. Tại Canada mỗi năm cháy rừng phát thải khoảng 200 tấn PAHs và núi lửa phun phát thải khoảng 1,2-1,4 tấn benzo(a)pyrene [6].
Hàm lượng trung bình của PAHs trong dầu thô là 2,8% [7]. Những vụ tràn dầu và hoạt động khai thác chế biến dầu mỏ là nguồn chủ yếu phát sinh PAHs trong môi trường nước. Nguồn nhân tạo Các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người là nguồn chủ yếu phát thải PAHs vào môi trường. Các hoạt động chính phát thải PAHs vào môi trường gồm có: Quá trình sản xuất và sử dụng các sản phẩm của than đá và dầu mỏ: Quá trình chưng cất từ than đá sang than cốc, tinh chế dầu, tẩm creozot, nhựa than đá, nhựa rải đường từ các nhiên liệu hóa thạch có thể phát sinh ra một lượng đáng kể PAHs (các sản phẩm phụ như naphthalene).
Quá trình sản xuất công nghiệp: PAHs phát thải từ quá trình này không đáng kể, chỉ một số ít PAHs được sản xuất nhằm mục đích thương mại (bao gồm naphthalene, acenaphthalene, fluorene, anthracene, phenanthrene, fluoranthene và pyrene, trong đó sản phẩm công nghiệp quan trọng nhất là naphthalene - được sử dụng trực tiếp làm chất chống gián, nấm, côn trùng, mối mọt trong tủ quần áo. Các hợp chất PAHs trên có thể được tách ra từ quá trình chế biến than, chủ yếu là nhựa than đá. Naphthalene có thể được phân tách từ sự nhiệt phân cặn dầu, olefin [7],. Quá trình sản xuất nông nghiệp: Sự bay hơi các loại hóa chất bảo vệ thực vật sử dụng trong nông nghiệp là nguồn chính phát thải PAHs vào môi trường.
Ngoài ra còn do quá trình rang sấy nguyên liệu, đốt rơm rạ, thân cây họ đậu… Tại Trung Quốc, lượng PAHs phát sinh từ đốt rơm rạ ước tính 110 - 126 tấn/năm và từ đốt thân cây họ đậu phát thải từ 13- 26 tấn/năm [10]. 7 Lượng PAHs phát thải vào không khí từ hoạt động nông nghiệp dao động rất lớn, phụ thuộc vào một số yếu tố như loại nhiên liệu, điều kiện đốt và các biện pháp kiểm soát được ứng dụng. Tại Bắc Kinh (Trung Quốc), khói thải giao thông, đặc biệt là khói phát sinh từ phương tiện sử dụng động cơ diesel và khói từ bếp lò đốt than trong hộ gia đình là những nguồn đóng góp chính vào nồng độ PAHs ở quốc gia này [11], [12]. Còn ở Mexico, các kết quả khảo sát cho thấy khói thải từ giao thông và từ lò đốt gỗ, đốt rác là các nguồn quan trọng phát sinh PAHs [13].
Tại Việt Nam kết quả nghiên cứu về hệ số phát thải PAHs của một số chất đốt thường được sử dụng cho thấy hệ số phát thải PAHs của mùn cưa > gỗ > than tổ ong > than đá > than hoa [14]. Sự xuất hiện PAHs trong thực phẩm Thực phẩm sống thường không chứa hàm lượng PAHs cao. Ở những vùng cách biệt hoàn toàn với các hoạt động đô thị hoặc công nghiệp, mức độ PAHs được tìm thấy trong thực phẩm chưa qua chế biến phản ánh sự ô nhiễm nền.