Công nghệ PTN giúp bảo vệ thực phẩm khỏi ô nhiễm thuốc trừ sâu

Sự thay đổi về phổ rộng của hoá chất tạo ra nhu cầu công nghệ mới

Từ xa xưa, con người đã bắt đầu sử dụng thuốc trừ sâu để bảo vệ thực phẩm. Phil Taylor, Giám đốc marketing toàn cầu về thực phẩm, môi trường và pháp y tại SCIEX (Framingham, MA) cho biết: “Thuốc trừ sâu đã được phục vụ từ thời văn minh Lưỡng Hà, khoảng 2500 năm trước. Thời đó, thuốc trừ sâu được sử dụng để bảo vệ hoa màu và thực phẩm”. Qua thời gian, lượng thuốc trừ sâu sử dụng và sự đa dạng của chúng tăng lên. Theo ông Taylor những loại thuốc trừ sâu mới được thường xuyên được tạo ra. Thách thức chính là giữ sản phẩm thuốc trừ sâu đó phải đáp ứng các cuộc phân tích. Việc sử dụng cũng phải theo đúng quy định của pháp luật. Hơn nữa, một số loại thuốc trừ sâu giả có thể lọt ra thị trường, và có thể gây nhiễm bẩn thực phẩm.Những người sử dụng thuốc trừ sâu và sản xuất thực phẩm phải tuân thủ một số quy tắc nhất định.

“Việc sử dụng thuốc trừ sâu được quy định rất rõ”, Katerina Mastovska, Phó giám đốc khoa học về nghiêm cứu và phát triển toàn cầu tại Covance Food Solutions (Princeton, NJ) nói. Thử nghiệm dư lượng thuốc trừ sâu là rất cần thiết để đảm bảo sự tuân thủ đối với các quy định về mức dư lượng tối đa, và đảm bảo rằng thực phẩm không chứa những chất cấm.  Ngoài các quy định về thuốc trừ sâu, còn các yêu cầu pháp lý khác khiến nhu cầu thử nghiệm thuốc trừ sâu tăng lên, ví dụ như Đạo Luật Hiện Đại Hoá An Toàn Thực Phẩm tại Mỹ.

Ngoài sự đa dạng của các chất hoá học trong thuốc trừ sâu, các nhà phân tích còn đối mặt với các thành phần khác như các nguyên liệu bổ sung chế độ ăn uống, và các thành phẩm. Chúng yêu cầu tính chọn lọc cao hơn. Về mặt sử dụng, các nhà nông luôn cần trợ giúp để cập nhật các quy định mới. Vấn đề này có thể được giúp sức bởi các người như Mary Ann Rose, giám đốc chương trình giáo dục về an toàn thuốc trừ sâu tại Đại học bang Ohio ở Columbus. Bà nói, “Sứ mệnh của chúng tôi là giáo dục những người sử dụng thuốc trừ sâu tại Ohio. Tuỳ vào loại thuốc phun, họ có thể cần phải có giấy phép sử dụng thuốc trừ sâu và hoàn thành các yêu cầu về đào tạo.”

Rose và các đồng nghiệp của bà có nhiều mục tiêu làm việc, bao gồm việc cập nhật thông tin quy định luật pháp cũng như phát triển các hướng dẫn an toàn. Chúng tôi tập trung vào sự an toàn của chính những người phun thuốc cũng như người tiêu dùng thực phẩm”, Rose nói.

Sự an toàn đến từ những phòng thử nghiệm dịch vụ.

Để nguồn thực phẩm của cả thế giới được an toàn, nhiệm vụ thử nghiệm thuốc trừ sâu được giao cho các công ty thực phẩm và các phòng thử nghiệm (PTN) tư nhân. Ví dụ, phòng thí nghiệm Anresco Laboratories (San Francisco, CA) phân tích thuốc trừ sâu trong nhiều loại thực phẩm, bao gồm trái cây, gia vị và thực phẩm chế biến. Họ chạy phân tích đa dư lượng (MRA) với các phương pháp như QuEChERS, viết tắt của các từ nhanh, dễ dàng, rẻ tiền, hiệu quả, đa dạng và an toàn.

Khi được hỏi liệu những thách thức hiện nay có làm tăng nhu cầu thửnghiệm thuốc trừ sâu trong thực phẩm, Vu Lam, đồng chủ nhiệm mảng sắc ký tại Anresco Laboratories cho rằng thử nghiệm thực phẩm là một ngành rất khốc liệt bởi các sản phẩm đều khác nhau, vì vậy một phương pháp duy nhất sẽ không thể giải quyết tất cả các trường hợp.

Lam cũng chỉ ra sự đa dạng của thuốc trừ sâu, anh nói: “Không thể biết được người ta đã sử dụng loại nào. Thậm chí họ có thể dùng lại một chai thuốc bỏ đi từ 5 hay 10 năm trước.” Do vậy, PTN thường tầm soát hàng trăm loại thuốc trừ sâu khác nhau trên thực phẩm để bao trùm được càng nhiều loại chất càng tốt. Nhưng không phải lúc nào cũng có thể tìm được một chất ở nồng độ thấp hơn do sự hạn chế của thiết bị hoặc của mỗi ma trận phương pháp khác nhau sẽ bị ảnh hưởng bởi ma trận của nền mẫu. Vì thế, ngay cả với phương pháp QuEChERS cũng cần phải chỉnh sửa một chút đối với từng mẫu.

Vấn đề đã vượt xa sự đa dạng, độ nhạy, và biến thể của mẫu, vi chi phí cũng là một yếu tố. Lam nói: “Chúng ta có thể chi một tỉ đô-la cho một thiết bị có khả năng phát hiện thuốc trừ sâu ở mức độ cực thấp, nhờ đó nó có thể scan để tìm nhiều chất phân tích ở cấp độ thấp hơn. Tuy nhiên, cách này quá đắt đỏ, và không ai muốn chỉ trả một khoản lớn đến thế”. Nhìn chung, bỏ ra chi phí cao hơn cho thử nghiệm thì sẽ tìm được nhiều loại thuốc trừ sâu hơn và ở cấp độ dư lượng thấp hơn. Tuy nhiên, một số mẫu lại cần cách tiếp cận khác như đối với một số mẫu có thể sử dụng cách chiết tách khác để có kết quả tốt hơn.

Ý tưởng chi nhiều hơn cho thử nghiệm thực phẩm lại đi ngược với một xu hướng mà Lam đang nhận thấy. Anh chia sẻ: “Hầu hết các công ty đều giảm quy mô thử nghiệm thuốc trừ sâu. Họ chỉ thử nghiệm ở quy mô nhỏ hơn, và như thế thì không phù hợp với mục đích ban đầu”.

Để bắt kịp với sự thay đổi của các chất hóa học, Covance Food Solutions tiến hành phát triển một phương pháp đa dư lượng mở rộng cho hơn 500 loại thuốc trừ sâu. Phương pháp này sử dụng sắc ký lỏng (LC), sắc ký khi (GC) và khối phố ở 2 dạng: LC-MS/MS và GC-MS/MS. Mastovska giải thích: “Đối với LC-MS/MS, chúng tôi phát triển một hệ thống trực tuyến cho những dạng biểu đồ của các chất phân rã sớm, khó nhận biết, và chúng tôi sử dụng một chức năng giám sát đa phản ứng kích hoạt, cho phép thu thập dữ liệu MS/MS bổ sung đối với các chất phân tích có thông tin tăng cường hỗ trợ nhận biết.”

Tận dụng khối phố nhiều nhất có thể

Độ chọn lọc và độ nhạy của MS khiến nó trở thành một công cụ tuyệt vời để phân tích thực phẩm. Robert “Chip” Cody, Giám đốc phụ trách sản phẩm của JEOL (Peabody, MA) nói: “Thuốc trừ sâu có một khoảng rộng các cấu trúc và phân cực hóa chất, do đó chúng ta cần một phương pháp phân tích có thể phát hiện tất cả các loại hợp chất. Để phát hiện thuốc trừ sâu ở mức độ thấp trong các ma trận thực phẩm và đồ uống sẽ cần đến độ đặc hiệu cao và giới hạn phát triển thấp”.

Hầu hết các mẫu sẽ được xử lý với LC hoặc GC trước khi phân tích bằng MS. “Đối với phân tích truy vết, chúng ta cần độ đặc hiệu bổ sung của khối phổ phân giải cao hoặc khối phổ tandem”, Cody giải thích. Sử dụng phương pháp làm sạch trước, như QuEChERS, cũng rất có ích.

JEOL đã phát triển một nền tảng cung cấp phân tích mục tiêu và không mục tiêu. Cody nói: “Bằng cách hợp toàn diện sắc ký khí hai chiều (GCxGC) Với khối phổ phân giải cao có độ nhạy cao và nhiều phương pháp ion hóa, hệ thống AccuTOF-GCx của JEOL cung cấp nền tảng mạnh mẽ cho phân tích mục tiêu và không mục tiêu. Nền tảng này cũng cho phép các hình thức ion hóa khác nhau: ion hóa điện tử (El), ion hóa trường (FI), hoặc quang ion hóa (PI).

Sử dụng DART

Để phân tích nhanh, nhà khoa học có thể sử dụng hệ thống ion hóa xung quanh, ví dụ như DirectAnalysis in Real Time (DART) trong hệ thống AccuTOF-DART của JEOL. John Dane, nhà hóa học ứng dụng MS tại JEOL cho biết với công cụ này, trong nhiều trường hợp có thể chỉ cần dùng nguyên liệu thô, đặt vào nơi chứa mẫu và phân tích dư lượng thuốc

Để lấy ví dụ, Dane nhắc đến việc bề mặt các trái cam thường có thuốc diệt nấm. Thay vì thực hiện chiết xuất để phân tích LC-MS hoặc GCMS, có thể lấy một trái cam đặt vào thiết bị DART và theo dõi các tín hiệu của dư lượng thuốc diệt nấm trực tiếp trên bề mặt vỏ cam. Nhà khoa học có thể hoàn thành phân tích trong 1 đến 2 phút, nhưng trong một số trường hợp khác thì cần thực hiện thêm các bước xác minh tùy thuộc vào loại hình phân tích.

Khi được hỏi tại sao DART lại được coi là một lựa chọn dành cho thử nghiệm xác định dư lượng thuốc trừ sâu trên thực phẩm, Dane trả lời: “Phương pháp này tiết kiệm thời gian hơn”. Ông lấy ví dụ một cơ quan hải quan có thể gặp hàng trăm mẫu thực phẩm, mỗi mẫu cần 1 đến 2 tiếng để phân tích nếu phải dùng QuEChERS, tiếp đó là sắc ký và MS. Với DART, chỉ cần chuẩn bị mẫu đơn giản là có thể phân tích và nhận dữ liệu trong vài giây. Trong bước phân tích đầu tiên, Dane và cộng sự sẽ dùng DART.

Khi nhận mẫu, DART là điểm xuất phát để kiểm tra nhanh. Tùy thuộc vào kết quả phân tích, có thể thêm bước chuẩn bị mẫu, ví dụ như chiết tách nhanh lấy dung môi hoặc dùng phương pháp QuEChERS để cải thiện kết quả phân tích, nhưng mấu chốt là khi dùng phân tích DART thì sẽ không cần bước thực hiện sắc ký tốn nhiều thời gian.

Loại bỏ những điểm gây trở ngại

Các mẫu bị dính bản thường tạo ra trở ngại, do đó một số hệ thống MS có thể xử lý tốt hơn các hệ thống khác. Hệ thống X500R QTOF của SCIEX có thể vượt qua trở ngại đó. X5OOR khác với hệ thống QTOF thông thường vì nó có thể quét tất cả mọi thứ, và rất phù hợp để ứng dụng phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu.

Sự khác biệt này đến từ SWATH, công nghệ thu thập dữ liệu của SClEX, cung cấp một lượng lớn dữ liệu khổng lồ, rộng hơn và có tính chọn lọc hơn. Taylor cho biết khi nhận được dữ liệu kết quả và so sánh với các dữ liệu sẵn có trong thư viện, chúng ta có thể sẽ nhận ra loại thuốc trừ sâu này chưa gặp bao giờ và nó thậm chí không nằm trong danh sách. Công nghệ này chống lại thách thức tạo ra bởi những người sử dụng thuốc trừ sâu giả hoặc thuốc trừ sâu trái quy định, không được niêm yết.

Điều này có thể tạo ra khác biệt lớn trong cuộc chiến bảo vệ thực phẩm. Taylor giải thích: “Nếu có một quả táo trong tay và ta muốn thử nghiệm để tìm dư lượng loại thuốc trừ sâu đã niêm yết thì chắc chắn sẽ có. Nhưng nếu ai đó dùng một loại thuốc khác, chúng tôi có thể nhận ra được nhờ SWATH trong hệ thống QTOF, cũng như tìm ra dư lượng của loại chất nào khác”. Nền tảng này hiệu quả ngay cả khi bạn không rõ mục tiêu chất phân tích của mình là gì.

Vượt xa những giới hạn

Có thể cư dân sống ở một vài khu vực trên thế giới sẽ thấy lo ngại hơn các khu vực khác về vấn đề thuốc trừ sâu, nhưng việc phát triển những công nghệ có giá cả phải chăng hơn sẽ giúp chúng được nhân rộng hơn. Taylor giải thích: “Các quốc gia khác nhau sẽ có ưu tiên khác nhau trong việc chi ngân sách, và thử nghiệm dư lượng thuốc trừ sâu có thể không phải là một ưu tiên lớn, tuy nhiên nếu bỏ qua nó thì có thể gây hại nặng nề cho con người và vật nuôi”.

Ngay cả tại nơi đã thực hiện được thử nghiệm thì công nghệ và quy định pháp luật vẫn liên tục thay đổi. Ví dụ, 15 năm 1 lần, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ sẽ đánh giá lại độ an toàn của mỗi loại thuốc trừ sâu trong danh sách. Điều đó có nghĩa là mức độ chấp nhận có thể thay đổi và cần những phân tích có độ nhạy cao hơn.

Vì vậy, lần tới, khi ăn một quả táo, bạn hãy thử nghĩ đến những việc cần làm để đảm bảo rằng nó không gây ngộ độc cho bạn. Những công việc đó cần khối lượng lớn các công cụ, quy định pháp lý và chuyên môn khoa học để đảm bảo nguồn cung ứng thực phẩm an toàn.

MINH PHƯƠNG
(Theo labmanager.com)
Bản tin thử nghiệm ngày nay số 3 - Tháng 01/2018