Luận văn Tổng quan các loại tài liệu độc tố trong sản xuất thực phẩm

LỜI CÁM ƠN Em có được kiến thức và sự trưởng thành như ngày hôm nay là nhờ công lao rất lớn của các thầy cô Khoa Công nghệ Hoá học & Dầu khí, nhất là các thầy cô thuộc Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM. Do vậy, lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý thầy cô – những người đã hết lòng dìu dắt em trên con đường học vấn. Đặc biệt, em xin tỏ sự ghi ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Lại Mai Hương, cô đã tận tình hướng dẫn, quan tâm chỉ dạy để em hoàn thành luận văn này. Tp. HCM, ngày 02 tháng 01 năm 2008 Nguyễn Thụy Nhã Phương TÓM TẮT LUẬN VĂN Thực phẩm là yếu tố quan trọng song hành với sự sinh tồn của loài người. Theo quá trình tiến hoá và phát triển của loài người, thực phẩm cũng phát triển theo. Cùng với sự tiến triển của khoa học công nghệ, công nghệ chế biến thực phẩm cũng phát triển. Tuy nhiên thực phẩm không chỉ cung cấp nguồn dinh dưỡng mà còn chứa những nguy cơ tìm ẩn có thể ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe người tiêu dùng, đó chính là các loại độc tố dù tồn tại trong thực phẩm với hàm lượng rất nhỏ cũng có thể gây ảnh hưởng rất lớn đến cơ thể. Nhu cầu về một thực phẩm đáp ứng không những về dinh dưỡng mà còn về tính an toàn và không gây hại cho sức khoẻ đối với người tiêu dùng là cần thiết. Nếu như các loại độc tố có sẵn trong nguyên liệu hoặc bị nhiễm vào sản phẩm trong quá trình chế biến thì có thể kiểm soát và phòng ngừa, còn các loại độc tố hình thành trong quá trình chế biến thì đa dạng và khó kiểm soát hơn nhiều. Tuy nhiên các tài liệu về độc tố xuất hiện trong quá trình chế biến ở nước ta còn rất hạn chế. Vì vậy việc tập hợp tài liệu về đề tài này là một yêu cầu cấp thiết nhằm tìm ra kỹ thuật chế biến thực phẩm an toàn nhất và giảm thiểu đến mức thấp nhất những nguy cơ tác hại đến sức khỏe người tiêu dùng. Mục đích của luận văn này là tập hợp tất cả tài liệu về độc tố xuất hiện trong quá trình chế biến, thống nhất và sắp xếp thành một hệ thống rõ ràng, đầy đủ. Nội dung luận văn được chia thành 6 chương như sau: - Chương 1: Giới thiệu chung về độc tố - Chương 2: Tổng quan tài liệu về acrylamide - Chương 3: Tổng quan tài liệu về nhóm hợp chất amine vòng thơm (HAAs) - Chương 4: Tổng quan tài liệu về nhóm hợp chất hydrocarbon nhiều vòng thơm (PAHs) - Chương 5: Tổng quan tài liệu về nhóm nitrosamine - Chương 6: Tổng quan tài liệu về nhóm 3 – MCPD Trong mỗi chương của luận văn là phần tìm hiểu về công thức cấu tạo, nguồn gốc, tác hại, cơ chế sinh ra độc tố, các yếu tố ảnh hưởng, các phương pháp phân tích và biện pháp giảm hàm lượng độc tố. Hy vọng nội dung luận văn đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Do thời gian thực hiện luận văn quá ngắn, kinh nghiệm và kiến thức của em vẫn còn hạn chế, các sai sót gặp phải là không thể tránh khỏi. Mong các thầy cô giúp đỡ chỉnh lý để luận văn của em được hoàn thiện hơn. DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1: Công thức cấu tạo và cấu trúc mạng tinh thể của acrylamide 3 Hình 2.2: Phản ứng của acrylamide (1) chuyển hoá thành glycidamide (2) bởi cytochrome P450 6 Hình 2.3: Các phản ứng minh họa các cơ chế tạo acrylamide (1) theo phản ứng kiểu Maillard (A) và oxy hoá chất béo (B) 7 Hình 2.4: Quá trình tạo thành acrylamide từ Asparagine với đường khử (α – hydroxy – carbonyls) 8 Hình 2.5: Kết quả tóm tắt của phương pháp đánh dấu phân tử 9 Hình 2.6: Sự tạo thành của acrylamide (1), 3 – aminopropanamide (9), và andehyde 3 – oxopropanamide (8) từ asparagines với sự tham gia của nhóm α – carbonyl 11 Hình 2.7: Ảnh hưởng của nồng độ asparagine và glucose lên sự hình thành acrylamide trong khoai tây chiên ở 1650C trong 4 phút 16 Hình 2.8: Aûnh hưởng của thời gian và nhiệt độ dầu chiên đến hàm lượng acrylamide trong khoai tây chiên dưới điều kiện chiên thông thường 17 Hình 2.9: Ảnh hưởng của thời gian chiên và nhiệt độ lên hàm lượng acrylamide có trong khoai tây chiên ở áp suất chân không (10 Torr) 17 Hình 2.10: Hàm lượng acrlamide ở các điều kiện nhiệt độ và thời gian khác nhau 18 Hình 2.11: Ảnh hưởng của phương pháp chiên và thời gian chiên đến hàm lượng của acrylamide trong khoai tây chiên 19 Hình 2.12: Mối tương quan giữa hàm lượng acrylamide và hàm ẩm ban đầu của nguyên liệu 19 Hình 2.13: Hàm lượng acrylamide tạo thành trong quá trình chiên bắp - được xử lý với dung dịch acid citric nồng độ 0, 0.1, 0.2% 20 Hình 2.14: Hàm lượng acrylamide trong khoai tây chiên sau khi ngâm trong dung dịch acid citric nồng độ 0, 1, 2% 21 Hình 2.15: Ảnh hưởng của pH lên sự hình thành acrylamide với sự có mặt của asparagine (0.5 mmol) và glucose (0.5 mmol) trong 1 mL phosphate trong suốt quá trình gia nhiệt ở 1500C trong 30 phút 21 Hình 2.16: Ảnh hưởng của các cation hoá trị 1, 2, 3 đến hàm lượng acrylamide sau khi gia nhiệt với hỗn hợp glucose và asparagine (mỗi loại 10µL) ở 1500C trong 20 phút 23 Hình 2.17: Ảnh hưởng của các cation hoá trị 1, 2, 3 đến hàm lượng hydroxymethylfurfural sau khi gia nhiệt với hỗn hợp glucose và asparagine (mỗi loại 10µL) ở 1500C trong 20 phút 24 Hình 2.18: Ảnh hưởng của các cation hoá trị 1, 2, 3 đến hàm lượng furfural sau khi gia nhiệt với hỗn hợp glucose và asparagine (mỗi loại 10µL) ở 1500C trong 20 phút. 24 Hình 2.19: Sự hình thành acrylamide trong quá trình nhiệt phân hỗn hợp glucose và asparagin 25 Hình 2.20: Quá trình trích ly, tinh sạch và tiền xử lý mẫu trước quá trình chạy sắc ký GC – MS, LC – MS/MS 27 Hình 2.21: Quá trình tinh sạch điển hình dùng cột có chất mang rắn SPE dùng trong phân tích hàm lượng acrylamide 28 Hình 2.22: Quá trình phát hiện acrylamide bằng phương pháp LC/MS/MS 34 Hình 2.23: Hàm lượng acrylamide sinh ra ở sản phẩm khoai tây chiên khi xử lý nguyên liệu trước quá trình chế biến bằng nước và dung dịch acid citric nồng độ 0, 1, 2%. 37 Hình 2.24: Aûnh hưởng của Lysine (A) và Glycine (B) đến hàm lượng acrylamide ở sản phẩm chip khoai tây chiên. 38 Hình 2.25: Aûnh hưởng của các loại acid amine khác nhau (nồng độ 0.5%) đến lượng acrylamide sinh ra trong hệ thống thí nghiệm với 50 mM glucose và 50 mM asparagine xử lý nhiệt ở 1500C, 20 phút. 39 Hình 2.26: Biểu diễn sự ảnh hưởng của dung dịch lysine (A), glysine (B) và cystein (C) lên hàm lượng acrylamide có trong mẫu chiên ở 1800C 40 Hình 3.1: Cơ chế của quá trình tạo imidazo – quinoline và quinoxaline 47 Hình 3.2: Cơ chế hình thành của PhIP và MeIQx 49 Hình 3.3: Cấu trúc của một số các biến dị DNA của IQ và PhIP 50 Hình 3.4: Cơ chế hình thành biến dị DNA của Norharman 51 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn hàm lượng MeIQx, PhIP và dẫn xuất của chúng trong nước tiểu sau bữa ăn 51 Hình 3.6: Các hợp chất PhIP trong thịt và nước tiểu, cơ chế loại bỏ độc tố và phản ứng thuận nghịch của chúng trong môi trường acid 52 Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn hàm lượng MeIQx và PhIP ở thịt bò bít tếch được chế biến theo ba phương pháp khác nhau ở bốn mức độ (thời gian) khác nhau 54 Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn hàm lượng MeIQx và PhIP ở thịt bò hamburger được chế biến theo ba phương pháp khác nhau ở bốn mức độ (thời gian) khác nhau 54 Hình 3.9: Hàm lượng MeIQx và PhIP ở thịt heo được chế biến theo ba phương pháp khác nhau ở ba mức độ (thời gian) khác nhau 55 Hình 3.10: Aûnh hưởng của hàm lượng nước đến lượng độc tố sinh ra trong phản ứng giữa hỗn hợp 0.2 M glucose, 0.4 M glycine và 0.4 M creatinine trong dung môi diethyleneglycol – nước ở 1200C trong 2 giờ 56 Hình 3.11: Hàm lượng HAAs sinh ra với các nồng độ glucose khác nhau 56 Hình 3.12: Aûnh hưởng của các loại đường khử khác nhau, glucose (A), fructose (B), lactose (C) và sucrose (D) đến lượng độc tố hình thành trong quá trình chế biến thịt bo ø 57 Hình 3.13: Hàm lượng HAAs sinh ra với các nồng độ creatinine khác nhau 58 Hình 3.14: Hàm lượng HAAs sinh ra với các nồng độ glycinie khác nhau 58 Hình 3.15: Cơ chế hoạt động của các chất chống oxy hóa/chất kìm hãm đối với các cation tự do pyrazine 60 Hình 3.16: Hàm lượng HAAs tạo thành trong sản phẩm hamburger (thịt bò nạc) chế biến ở 2000C, 20 phút khi có bổ sung chất chống kìm hãm là ascorbate (l) và erythorbate (^) 60 Hình 3.17: Quá trình trích ly và tinh sạch HAAs bằng phương pháp sử dụng cột với chất mang rắn SPE 61 Hình 3.18: Cấu trúc phân tử của blue cotton 62 Hình 3.19: Hàm lượng creatine còn lại sau các chế độ xử lý nhiệt bằng bị lò vi sóng khác nhau 66 Hình 3.20: Cấu trúc của một số các chất chống oxy hóa 69 Hình 3.21: Aûnh hưởng của các chất chống oxy hóa khác nhau đến hàm lượng MeIQx và tổng lượng HAAs sinh ra trong phản ứng giữa creatine, glycine và glucose 70 Hình 4.1: Cấu trúc ba chiều của một phân tử PAHs 73 Hình 4.2: Cấu trúc mạng tinh thể của một phân tử PAHs 73 Hình 4.3: Cấu trúc phân tử của một số các hợp chất PAHs 75 Hình 4.4: Phân loại các hợp chất PAHs theo thuyết cấu trúc Clar 76 Hình 4.5: Cấu trúc phân tử của liên kết giữa DNA với BaP ở vị trí C8 và N7 của guanine và N7 của adenine 82 Hình 4.6: Cơ chế tạo thành 3,4 – benzopyrene 83 Hình 4.7: Sự tạo thành các hợp chất PAHs có nhiều vòng thơm từ naphthalene 83 Hình 4.8: Hàm lượng BaP sinh ra ở các loại sản phẩm khác nhau 85 Hình 4.9: Hàm lượng PAHs sinh ra ở phương pháp nướng với nhiều loại nhiên liệu khác nhau 86 Hình 4.10: Hàm lượng BaP ở thịt bò hamburger và thịt bò bít tếch theo 3 phương pháp chế biến ở nhiều thời gian nấu khác nhau 87 Hình 4.11: Cấu tạo của thiết bị trích ly gia tốc ASE 300 88 Hình 5.1: Một số cấu trúc phân tử của các hợp chất N-nitrosamine 99 Hình 5.2: Cơ chế biến dưỡng của các hợp chất N – nitroso 100 Hình 5.3: Các phản ứng tạo nitrosamine (M/M+ là kim loại chuyển tiếp như Fe2+/ Fe3+) 102 Hình 5.4: Khả năng giảm lượng NDMA đối với các nồng độ epicatechin monomer và epicatechin dimmer khác nhau 107 Hình 5.5: Công thức cấu tạo của một số hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh 109 Hình 5.6: Đồ thị ảnh hưởng của hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh đến hàm lượng N - pyrrolidine (NPYR) 109 Hình 5.7: Đồ thị ảnh hưởng của hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh đến hàm lượng N – piperidine (NPIP) 110 Hình 5.8: Đồ thị ảnh hưởng của hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh đến hàm lượng N – morpholine (NMOR) 110 Hình 6.1: Cơ chế tạo chloropropanol dưới điều kiện thủy phân bằng acid 115 Hình 6.2: Sơ đồ hình thành monochloropropanol dưới xúc tác của enzym lipase 116 Hình 6.3: Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl (16, 67% nước; 2000C) lên sự hình thành 3-MCPD 118 Hình 6.4: Ảnh hưởng của muối đến hàm lượng 3-MCPD trong các loại thực phẩm 119 Hình 6.5: Ảnh hưởng của nước đến hàm lượng 3-MCPD (3,47%NaCl, 2000C). 120 Hình 6.6: Ảnh hưởng của nước lên hàm lượng 3-MCPD trong các thực phẩm khác nhau 120 Hình 6.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng 3-MCPD (3,47%NaCl, 2000C) 121 Hình 6.8: Ảnh hưởng của béo lên hàm lượng 3-MCPD trong các thực phẩm khác nhau 122 Hình 6.9: Hàm lượng 3-MCPD (mg/kg) trong một số nhóm thực phẩm khác nhau 123 Hình 6.10: Aûnh hưởng của thời gian chế biến đến hàm lượng 3 – MCPD. 123 Hình 6.11: (a) Phản ứng của 1,3-DCP và (b) 3-MCPD với HFBA 125 Hình 6.12: Phản ứng phân hủy của 3-MCDP 128 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Tính chất của acrylamide ở điều kiện lý tưởng 250C, 100 kPa 3 Bảng 2.2: Độ hòa tan của acrylamide (g/L) trong một số dung môi ở 300C 4 Bảng 2.3: Hàm lượng acrylamide trước và sau thời gian bảo quản 4 Bảng 2.4: Hàm lượng acrylamide ở một số thực phẩm 5 Bảng 2.5: Tỷ lệ lượng tiêu thụ acrylamide bình quân ở các loại thực phẩm khác nhau từ năm 1994 – 1998 5 Bảng 2.6: Hàm lượng acrylamide hình thành ở các hỗn hợp tác nhân khác nhau 9 Bảng 2.7: Hàm lượng acrylamide hình thành trong phản ứng giữa đường khử và các loại acid amine khác nhau 10 Bảng 2.8: Acrylamide được tổng hợp từ L – aspargine với sự có mặt của nhóm carbonyl dưới xúc tác nhiệt (1800C, 5 phút, 20µL nước) 11 Bảng 2.9: Các hệ số của phương trình động học biểu diễn quá trình hình thành acrylamide trong khoai tây chiên ở áp suất khí quyển 12 Bảng 2.10: Các hệ số của phương trình động học biểu diễn quá trình hình thành acrylamide trong khoai tây chiên áp suất chân không (10 Torr) 13 Bảng 2.11: Sự thay đổi của hàm lượng đường khử ở nhiệt độ bảo quản < 80C 15 Bảng 2.12: Hàm lượng acrylamide (ng/g) khi chiên với các loại dầu khác nhau 22 Bảng 2.13: Thành phần các acid béo có trong các loại dầu mỡ thường dùng để chiên khoai tây và chân gà 22 Bảng 2.14: Khả năng ngăn cản của các cation hoá trị 1, 2, 3 lên sự tạo thành base Schiff của aspargine 23 Bảng 2.15: Tóm tắt một số các phương pháp sắc ký dùng trong phân tích hàm lượng acrylamide ở các loại thực phẩm khác nhau 29 Bảng 2.16: Một số các chương trình chạy sắc ký khí kết hợp với phương pháp khối phổ (GC – MS) khi phân tích hàm lượng acrylamide trong các loại thực phẩm khác nhau 32 Bảng 2.17: Một số các chương trình chạy sắc ký lỏng cao áp kết hợp với phương pháp khối phổ (LC – MS/MS) khi phân tích hàm lượng acrylamide trong các loại thực phẩm khác nhau 35 Bảng 2.18: Ảnh hưởng của dung dịch lysine, glysine và cystein lên hàm lượng acrylamide trong quá trình chế biến bánh snack 40 Bảng 3.1: Tên viết tắt và tên đầy đủ của một số phân tử HAAs phổ biến 43 Bảng 3.2: Hàm lượng Quinolines và Quinoxalines ở các loại thực phẩm khác nhau 46 Bảng 3.3: Tác nhân và điều kiện thí nghiệm của các phản ứng tạo HAAs trong quá trình xử lý nhiệt giữa createine và acid amine có hoặc không có sự tham gia của đường 47 Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm của một số hợp chất HAAs trên chuột 50 Bảng 3.5: Hàm lượng MeIQx và dẫn xuất trong nước tiểu sau bữa ăn 51 Bảng 3.6: Hàm lượng PhIP và dẫn xuất trong nước tiểu sau bữa ăn 52 Bảng 3.7: Aûnh hưởng của các chất chống oxy hóa đến hàm lượng cation tự do pyrazine và lượng độc tố HAAs nói chung 59 Bảng 3.8: Một số các phương pháp dùng trong phân tích hàm lượng HAAs ở các loại thực phẩm khác nhau bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp 63 Bảng 3.9: Một số các phương pháp dùng trong phân tích hàm lượng HAAs ở các loại thực phẩm khác nhau bằng phương pháp sắc ký khí hoặc phương pháp mao dẫn điện tử 64 Bảng 3.10: Hàm lượng HAAs sinh ra trong quá trình chế biến thịt bò (chiên ở 200 hoặc 2500C) thể hiện qua độc tính đối với Salmonella thuộc giống TA98 khi có và không có quá trình xử lý nhiệt sơ bộ bằng thiết bị lò vi sóng 66 Bảng 3.11: Thành phần hóa học và hoạt lực chốùng oxy hóa trung bình của một số loại mật ong 67 Bảng 3.12: Aûnh hưởng của các loại mật ong khác nhau đến hàm lượng HAAs (ng/g) ở sản phẩm thịt bò 67 Bảng 3.13: Aûnh hưởng của các loại nước sốt khác nhau đến hàm lượng HAAs (ng/g) ở sản phẩm thịt bò chiên 68 Bảng 3.14: Aûnh hưởng của hỗn hợp các loại nước sốt khác nhau đến hàm lượng HAAs (ng/g) ở sản phẩm thịt bò chiên 68 Bảng 3.15: Aûnh hưởng của các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh đến hàm lượng HAAs (ng/g) sinh ra trong quá trình chế biến thịt bò 71 Bảng 4.1: Công thức cấu tạo của một số hợp chất PAHs 74 Bảng 4.2: Tóm tắt tính chất của một số PAHs 76 Bảng 4.3: Hàm lượng 3,4 – benzpyrene ở các sản phẩm xông khói 77 Bảng 4.4: Hàm lượng BaP ở nhóm các sản phẩm thịt bò 78 Bảng 4.5: Hàm lượng BaP ở nhóm các sản phẩm thịt gà và thủy sản 78 Bảng 4.6: Hàm lượng BaP ở nhóm các sản phẩm thịt heo 78 Bảng 4.7: Hàm lượng BaP ở nhóm các sản phẩm từ sữa, chất béo 79 Bảng 4.8: Hàm lượng BaP ở nhóm các sản phẩm bánh mì, snack, ngũ cốc 79 Bảng 4.9: Hàm lượng BaP ở nhóm các sản phẩm kẹo và thức ăn tráng miệng 79 Bảng 4.10: Hàm lượng BaP ở nhóm các loại rau, quả 80 Bảng 4.11: Các hợp chất PAH có khả năng ảnh hưởng đến cấu trúc gene và gây ung thư 81 Bảng 4.12: Aûnh hưởng của Benzo[a]pyrene khi thí nghiệm trên động vật ở nhiều con đường hấp thu khác nhau 82 Bảng 4.13: Hàm lượng BaP ở các loại thực phẩm được chế biến bằng nhiều phương pháp khác nhau 84 Bảng 4.14: Hàm lượng PAHs (ng/g) hình thành ở các nhiệt độ khác nhau với các loại dầu khác nhau 87 Bảng 4.15: Tóm tắt một số phương pháp phân tích PAHs trong thực phẩm 90 Bảng 5.1: Một số các hợp chất N – nitroso trong thực phẩm 96 Bảng 5.2: Một số hợp chất N – nitrosamine và hàm lượng cao nhất của chúng trong một số thực phẩm 98 Bảng 5.3: Lượng tiêu thụ hàng ngày của N – nitrosodimethylamine (NDMA) và nguồn thực phẩm chính ở các quốc gia khác nhau 100 Bảng 5.4: Một số tác hại của các hợp chất Nitrosamine trên động vật 101 Bảng 5.5: Một số các chương trình và phương pháp sắc ký dùng trong phân tích hàm lượng nitrosoamine trong thực phẩm 105 Bảng 5.6: pH, độ mặn, thành phần hóa học trung bình của một mẫu nước sốt 108 Bảng 5.7: Hàm lượng N – nitrosamine (µg/kg) trong mẫu sau khi chiếu xạ với liều chiếu xạ khác nhau 108 Bảng 5.8: Aûnh hưởng của nước ép hành đến hàm lượng NPYR, NPIP và NMOR 111 Bảng 5.9: Aûnh hưởng của nước ép tỏi đến hàm lượng NPYR, NPIP và NMOR 111 Bảng 6.1: Hàm lượng 3 – MCPD ở một số loại thực phẩm 114 Bảng 6.2: Nồng độ tối đa 3-MCPD cho phép trong một kg nước tương của các nước 118 Bảng 6.3: Thành phần hóa học của các loại thực phẩm khác nhau 122 Bảng 6.4: Các ion chỉ thị trong phương pháp quang phổ EI 126 Bảng 6.5: Tóm tắt một số chương trình chạy sắc ký thường được sử dụng trong phân tích 3-MCPD ở nhóm sản phẩm nước chấm đậu nành. 126 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT HAAs (heterocyclic aromatic amines): các hợp chất amine có vòng thơm. PAHs (Polycyclic aromatic hydrocarbons): những hợp chất hydrocarbon chứa nhiều vòng thơm. HPLC (high pressured liquid chromatography): sắc ký lỏng cao áp GC (gas chromatography): sắc ký khí 3-MCPD: 3-monochloropropane-1,2 diol LOD (limit of detection): giới hạn phát hiện LOQ (limit of quantification): giới hạn phân tích WR (working range of concentrations): khoảng nồng độ phân tích IS (internal standard): chất nội chuẩn. SPE (solid-phase extraction): Tinh sạch bằng cột với chất mang rắn LC (liquid chromatography): phương pháp sắc ký lỏng MS (mass spectrometry): phương pháp khối phổ CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Giới th