Xác định các dạng hợp chất của asen và thủy ngân trong thực phẩm

1.    Kim loại nặng và vấn đề an toàn thực phẩm

Kim loại nặng có thể gây độc cho con người khi chúng không được chuyển hóa trong cơ thể và bị tích tụ tại các mô mềm. Sự phơi nhiễm kim loại nặng trong thời gian dài có thể làm chậm quá trình trao đổi chất, thoái hóa cơ bắp, điều kiện thoái hóa hệ thần kinh cũng như là nguy cơ gây ung thư.

Asen (As), thủy ngân (Hg), cadmi (Cd), chì (Pb) và thiếc (Sn) là những kim loại nặng có tính độc nhất và hầu hết các trường hợp ngộ độc kim loại là do những nguyên tố này gây ra. Sự nhiễm độc thường từ kết quả của sự ô nhiễm môi trường hoặc việc thường xuyên sử dụng thực phẩm chứa hàm lượng kim loại cao.

Ví dụ: Hg được sinh ra từ sự phun trào của núi lửa. Sau đó, nó được phân tán khắp trái đất bởi gió, trở lại mặt đất qua các cơn mưa và tích tụ trong chuỗi thức ăn các sinh vật dưới nước.

Tuy nhiên trong vài thập kỷ gần đây đã chứng minh độ độc của các nguyên tố kim loại không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng mà còn phụ thuộc vào trạng thái oxy hóa, dạng hợp chất của nguyên tố, mức độ phơi nhiễm, hoạt tính sinh học và sự chuyển hóa trong cơ thể.

Do đó, việc xác định các dạng hợp chất của kim loại có trong thực phẩm là việc cực kỳ cần thiết đối với sự nghiên cứu dinh dưỡng và sức khỏe con người.

Ví dụ: trong các dạng arsen thường gặp thì arsen vô cơ hoá trị III (AsIII) rất dễ tan và có độc tính gấp 50 lần so với arsen vô cơ hoá trị V (AsV) và độc gấp hàng trăm lần so với monomethylarsonic acid (MMA) và dimethylarsinic acid (DMA). Trong khi arsen vô cơ (AsIII và AsV ) được cho là chất gây ung thư thì các dạng methyl (MMA và DMA) được xác định là xúc tiến quá trình ung thư. Arsenobetaine (AsB) và arsenocholine (AC) với nhiều nhóm thế methyl được cho là không có độc tố.

2.    Nguồn gốc hình thành Asen trong thủy sản:

Do các hoạt động của con người mà Asen dạng vô cơ tồn tại trong nước biển. Ở pH=8.1 của nước biển, Asen tồn tại chủ yếu ở dạng asenat hay nói chính xác hơn là ở dạng [H2AsO4]- có kích thướt và pK2a rất gần giống với của ion photphat [H2PO4]-. Trong khi đó, nguồn dinh dưỡng cho các loài tảo chính là photphat. Do sự giống nhau này mà Asen dạng vô cơ dễ dàng hấp thụ trong tảo và được tảo chuyển hóa thành các dạng Asen hữu cơ khác. Cá nhỏ xem tảo như thức ăn, cá lớn ăn cá nhỏ, và cứ như thế Asen dạng hữu cơ tích tụ dần.

3.    Xác định các dạng hợp chất Hg trong thủy sản

Gần đây, ICP/MS kết nối với phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) dần dần được sử dụng thay thế cho phương pháp ICP/MS kết nối sắc ký khí (GC) trong việc xác định các loại hợp chất của Hg bởi vì các hợp chất thuỷ ngân này không cần phải tạo thành các dẫn xuất dễ bay hơi trước khi được tách bởi hệ HPLC. Một phương pháp chiết dễ dàng được tiến hành bởi chiết trong môi trường acid hoặc bằng enzyme với sự hỗ trợ của siêu âm hoặc vi sóng. Mẫu được lọc sơ và mang đi phân tích thuỷ ngân hữu cơ và thuỷ ngân vô cơ với hệ HPLC pha đảo. Việc sử dụng hoá hơi lạnh sau khi tách chiết bởi HPLC ghép cặp với AFS (atomic flourescence spectrometry) đạt được giới hạn phát hiện thấp hơn các phương pháp khác. Tuy nhiên, phương pháp này cần phải có một bước chuyển đổi lớn các dạng thuỷ ngân sang hết thuỷ ngân vô cơ trước khi vào bộ hoá hơi lạnh.

Trong khi đó, kỹ thuật ICP-MS (hình 4) cho độ nhạy cao cho việc phát hiện các hợp chất thuỷ ngân sau khi mẫu được tách bằng dung môi khi qua HPLC, dung dịch này được tiêm trực tiếp vào buồng phun của ICP-MS không cần phải chia từng phần hoặc pha loãng.

Mẫu được chiết trong hỗn hợp L-Cystein / Mercaptoethanol, đánh siêu âm ở 60 oC trong 10 phút. Mẫu sau khi ly tâm và lọc được phân tích trực tiếp trên hệ ghép nối HPLC-ICP-MS.

4.    Kết luận

Hàm lượng tổng của các nguyên tố kim loại không phải lúc nào cũng cung cấp đủ thông tin về hoạt tính sinh học và độ độc. Phân tích các dạng hợp chất đánh giá được chính xác các rủi ro về các nguyên tố kim loại trong thực phẩm.

Vì vậy, việc xác định các dạng hợp chất càng ngày càng quan trọng đối với các nhà quản lý và doanh nghiệp để đảm bảo rằng các sản phẩm đáp ứng đầy đủ các tiêu chí về an toàn thực phẩm (không có sự hiện diện các dạng của các nguyên tố độc hại).  

Mặt khác, thông tin về các dạng hợp chất cho phép các doanh nghiệp trong ngành công nghiệp thực phẩm giành được thuận lợi trong sự cạnh tranh và nâng cao chất lượng hàng hóa, đặc biệt là về mảng thực phẩm chức năng. Hơn nữa, thông tin về các dạng hợp chất là tiền đề để cải tiến quá trình sản xuất công nghệ sinh học, đảm bảo sự hiện diện các nguyên tố kể trên ở dạng mong muốn (ví dụ dạng Se hữu cơ trong nấm men) và phát triển công nghệ sinh học mới tập trung vào việc gia tăng các họat tính sinh học của các khoáng chất thiết yếu (Zn, Fe…).

Thạc sĩ Trần Chí Dũng - Phòng Công Nghiệp Tài Nguyên