CHƯƠNG 1 -TỔNG QUAN 1. Chất màu tổng hợp Chất màu tổng hợp dùng để nhuộm màu thực phẩm được sử dụng khá phổ biến trên thế giới như một chất phụ gia không thể thiếu để tăng tính thẩm mĩ. Các chất này được tạo ra bằng các phản ứng hóa học tổng hợp, ví dụ Sunset yellow (màu vàng), Amaranth (đỏ), Brilliant blue (xanh),…Mỗi quốc gia đều có những quy định riêng về các loại chất màu tổng hợp được sử dụng trong thực phẩm. Tuy nhiên, mối lo ngại đến từ việc dung nạp quá nhiều lượng màu tổng hợp này và việc sử dụng bất hợp pháp những phẩm màu đẹp nhưng có nguy cơ gây ung thư.1 cung cấp thông tin một số chất thường dùng làm phụ gia thực phẩm và được cho phép dùng trong thực phẩm ở Việt Nam [5].1: Một số chất màu phụ gia thực phẩm được phép sử dụng ở Việt Nam.
Loại chất Màu sắc Công thức cấu tạo Tartrazine (E102) Công thức: C16H9N4Na3O9S2 Quinoline Yellow E(104) Công thức: C18H13NO5,8,11(S Na)1,2,3 7 Carmoisine (E122 ) Công thức: C22H12N2O7S2Na Amaranth (E123) Công thức: C20H11N2Na3O10S3 Cấu trúc phân tử của chất màu là yếu tố chính tạo nên màu sắc của nó. Trong phân tử chất màu gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu, nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử π không cố định, có những nhóm mang màu quan trọng là: nhóm etylen (-CH=CH-); nhóm azo (-N=N-); nhóm azomethine (-CH=N-); nhóm nitroso (-N=O); nhóm cabonyl (=C=O). Bên cạnh đó, nhóm trợ màu bao gồm những nhóm thế, có thể cho hoặc nhận điện tử như -NH2, -COOH, -SO3H, .chúng làm tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách làm dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử. Dựa vào nhóm mang màu người ta phân loại các chất màu tổng hợp thành các nhóm như trình bày trong Bảng 1.2: Phân loại chất màu tổng hợp theo nhóm mang màu.
Loại chất Đặc điểm Ví dụ Nhóm azo Trong phân tử chứa Sudan I một hay nhiều nhóm mang màu azo và các nhóm trợ màu như - OH, -NH2, -SO3H. 8 Nhóm Trong phân tử chứa Purpurin antraquinon nhóm mang màu antraquinone và các nhóm trợ màu như - OH, -NH2, -SO3H. Nhóm indigo Trong phân tử chứa Indigo carmine nhóm mang màu indigo và các nhóm trợ màu. Nhóm nitro Trong phân tử chứa và nitroso nhóm nitro hay nhóm nitroso và các nhóm trợ màu.
Naphthol yellow Nhóm hoàn Trong phân tử có Procion blue MX-R nguyên đa nhiều vòng thơm và vòng nhiều nhóm mang màu 9 Nhóm Trong phân tử có một Auramine O arylmethane hay nhiều vòng thơm liên kết thay thế trên methane và các nhóm trợ màu. Nhóm Trong phân tử có Azomethine H azomethine nhóm azomethine -CH=N- và các nhóm trợ màu. Trong số các nhóm trên, nhóm chất màu azo chiếm khoảng 60% số lượng các chất màu tổng hợp (số liệu công bố 2020) [24]. Ưu điểm của chất màu azo là sử dụng đơn giản, giá rẻ, bền màu nên được dùng rộng rãi trong công nghệ dệt nhuộm, tuy nhiên vì có khả năng gây ung thư nên đang dần được thay thế bằng những nhóm chất màu tự nhiên khác ít độc hại hơn.
Cơ chế liên kết của chất màu với vật liệu Khi tiếp xúc với vật liệu (sợi dệt, da, chất hấp phụ như silica, than hoạt tính,.) hoặc trong môi trường nước hoặc ở dạng khô phân tán cao với nhiệt độ thích hợp, chất màu sẽ liên kết với vật liệu trong một số điều kiện nhất định. Quá trình liên kết này không chỉ xảy ra ở mặt ngoài của vật liệu mà có thể cả trên mặt các thành mao quản, các khoang trống bên trong giữa các chùm đại phân tử của vật liệu. Quá trình này cũng không chỉ đơn thuần là các lực liên kết hóa lý (lực liên kết phân tử và lực hấp phụ) mà có cả liên kết hóa học, chất màu có thể thực hiện liên kết ion hay liên kết hóa trị với vật liệu [12]. Liên kết ion: Liên kết này xuất hiện giữa các tâm tích điện dương của vật liệu với các gốc mang màu tích điện âm của chất.
Quá trình diễn ra trong khi 10 nhuộm là khi chất màu tiếp cận với vật liệu, ion âm của chất màu bị các tâm tích điện dương của vật liệu thu hút và thực hiện liên kết ion hay còn gọi là liên kết muối theo phản ứng 1.1 như sau: HOOC-P-NH3+ + -O3S-Ar → HOOC-P-NH3O3S-Ar (1.1) Liên kết của chất màu với vật liệu khá mạnh do có năng lượng lớn, tốc độ bắt màu nhanh. Tốc độ nhuộm có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi giá trị pH của dung dịch chất màu. Liên kết Hidro: Liên kết hidro xuất hiện giữa các nhóm định chức của vật liệu và chất màu như: hydroxyl, nhóm amin, nhóm amit và nhóm carboxyl khi chất màu và vật liệu tiếp xúc nhau. Liên kết hidro này có vai trò khá quan trọng trong một số trường hợp để cố định chất màu trên vật liệu.
Ví dụ, người ta dùng chất màu trực tiếp gắn màu vào xơ xenlulo và tơ tằm chủ yếu do lực liên kết hidro, các Sudan hòa tan vào dầu mỡ và nhuộm màu trên thịt cũng một phần do liên kết hidro tồn tại giữa nhóm - OH của Sudan và –COOH của các axit béo trong dầu mỡ, -N-H trong Auramine O tạo liên kết hidro với –OH trong chất xơ của măng, tinh bột của miến,… Liên kết hóa trị: Liên kết hóa trị xuất hiện khi nhuộm chất màu hoạt tính (reactive dyes) trên các vật liệu xơ sợi chứa các nhóm hydroxyl –OH (ví dụ sợi cellulose) và nhóm amin –NH2 (ví dụ sợi polyamide hoặc len). Liên kết hóa trị chủ yếu giúp cho chất màu hoạt tính bám màu tốt trên vật liệu đặc biệt với xử lý ướt. Liên kết Van Der Waals: Liên kết Van Der Waals xuất hiện ở hầu hết các lớp chất màu khi nó tương tác với vật liệu. Đây là lực liên kết ở cấp độ phân tử và được coi là tổ hợp của các lực hút: lưỡng cực, phân cực cảm ứng và lực phân tán.
Nó phụ thuộc và loại vật liệu nhuộm là ưa nước hay kỵ nước, cũng phụ thuộc vào phân tử chất màu là có cực hay không có cực, và mức độ tiếp xúc giữa chất màu và vật liệu. 11 Lực tương tác kỵ nước: Xuất hiện khi chất màu có các gốc hydrocacbon tiếp xúc với vật liệu có cấu trúc phân tử không phân cực. Bản thân chúng không đẩy nhau nên chất màu dễ hòa tan và bám dính trên vật liệu. Ví dụ điển hình là trường hợp khi nhuộm các loại xơ tổng hợp kỵ nước bằng chất màu phân tán.
Chất màu phân tán ở dạng bột mịn tuy không tan trong nước nhưng độ phân tán cao, ở điều kiện nhuộm phù hợp (ví dụ nhiệt độ áp suất cao, gia nhiệt khô,…) chất màu sẽ tan vào các xơ tổng hợp kỵ nước. Xơ tổng hợp được coi là dung dịch rắn của chất màu phân tán. Lực tương tác kỵ nước có vai trò giúp chất màu có độ bền màu cao khi giặt. Sự phân bố đồng đều của các chất màu làm chất phụ gia trong phần lớn các loại thực phẩm có ý nghĩa rằng một hoặc nhiều thành phần của thực phẩm có thể liên kết với các phân tử chất màu và hoạt động như một chất mang.
Tuy nhiên, các thành phần nào trong thực phẩm đóng vai trò chất mang màu vẫn chưa được nghiên cứu sâu và rộng. Đã có các nghiên cứu chỉ ra rằng thực phẩm chứa protein thì các protein sẽ liên kết tĩnh điện với các nhóm cacboxylic và phenolic của chất màu để tạo ra phức chất protein-chất màu hòa tan được trong nước [14,58]. Ngoài ra với các thực phẩm chứa chất béo hoặc các axit amin thì các liên kết hidro hoặc liên kết hóa trị sẽ đóng vai trò chủ yếu khi nhóm cacboxyl, amin trong thực phẩm liên kết với chất màu. Cấu tạo, tính chất Auramine O (C.S 2465-27-2) hay còn gọi là Vàng ô (kí hiệu AO) là một loại chất màu diarylmethane.
AO có danh pháp IUPAC là bis[4- (dimethylamino)phenyl]methaniminium chloride; công thức phân tử là C17H21N3.HCl và công thức cấu tạo như Hình 1.1: Công thức cấu tạo của Auramine O. AO có tên gọi khác là Basic yellow 2, Pyocatanium aureum, Aizen auramine, Pyoktanin yellow, Canary yellow, Pyoktanin hoặc C. Auramine O tinh thể màu vàng kim (Hình 1.2), nhiệt độ nóng chảy 2670C, tan trong nước (10 mg/ml) và ethanol (20 mg/ml), tan nhiều trong ethylen glycol, methyl ether, acetonitril,… Auramine O là một chất màu tổng hợp được dùng trong công nghiệp nhuộm vải, giấy, gỗ, in ấn và pha tạo màu sơn. Trong y khoa, Auramine O còn được dùng làm chất nhuộm màu huỳnh quang dùng nhuộm nhanh vi khuẩn acid có trong đờm, vi khuẩn lao nhờ khả năng liên kết với mycolic acid trong thành tế bào loại vi khuẩn này.
Để phát hiện các vi khuẩn Mycobacterium tuberculosis người ta sử dụng hỗn hợp chất màu Auramine O và Rhodamine B trong phép nhuộm Auramin- Rhodamin. Auramine O là chất không được phép sử dụng trong thực phẩm, mĩ phẩm. Theo thông tư số 42/2015/TT-BNNPTNT ngày 16/11/2015 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Việt Nam về Danh mục bổ sung hóa chất, chất 13 kháng sinh cấm nhập khẩu, sản xuất, kinh doanh và sử dụng trong thức ăn chăn nuôi tại Việt Nam, Auramine O và các dẫn xuất đã bị cấm nhập khẩu, sản xuất, kinh doanh và sử dụng trong thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm tại Việt Nam [2]. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cũng quy định giới hạn phát hiện mà phương pháp phải đạt để phân tích Auramine O trong thức ăn chăn nuôi là 1 mg/kg.
Cơ quan Châu Âu về An toàn và Sức khỏe (European Agency for Safety and Healthy at Work, EU-OSHA) ban hành chỉ thị 2004/37/EC quy định về các chất gây ung thư hoặc đột tử. Chỉ thị này xếp Auramine O và dẫn xuất của nó vào nhóm các chất không được có mặt trong thành phần mỹ phẩm đồng nghĩa với không được dùng trong phụ gia thực phẩm. Bất kỳ phụ gia hoặc thực phẩm nào có mặt AO đều không được phép sử dụng. Tuy nhiên, vì mục đích kinh doanh, đã phát hiện ra có những cơ sở chăn nuôi sử dụng chất Vàng ô trong sản xuất thức ăn gia súc gia cầm với mong muốn tạo màu đẹp cho da, lông, trứng…Các cơ quan chức năng cũng đã phát hiện Auramine O trong măng ngâm, gà luộc sẵn, măng khô, dưa muối, tôm [43]… 1.
Đặc tính sinh học và độc tính Chất màu tổng hợp Auramine O được Cơ quan Nghiên cứu ung thư quốc tế (International Agency for Research on Cancer – IARC) trực thuộc tổ chức y tế thế giới WHO xếp vào nhóm tác nhân gây ung thư số 2B và các sản phẩm của nó được xếp vào nhóm 1 – tức nhóm chắc chắn gây ung thư cho người bị phơi nhiễm [49].
