Tài liệu Tiểu luận độc tố hình thành trong quá trình bảo quản và chế biến thực phẩm.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐAI HỌC Độc tố thực phẩm Tiểu luận nhóm 4: ĐỘC TỐ HÌNH THÀNH TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM GVHD: PGS.TS - Lâm Xuân Thanh Học Viên: Nguyễn Thị Mai Hương Chu Cao Khánh Nguyễn Biên Cương Nguyễn Đình Hóa Nguyễn Thị Huyền Trịnh Văn Châu Hà Nội, Tháng 12/2012 1 PHẦN MỞ ĐẦU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Chuỗi thực phẩm (Food chain) là trình tự các giai đoạn và hoạt động liên quan đến sản xuất, chế biến, phân phối, bảo quản và sử dụng thực phẩm và thành phần của thực phẩm đó từ khâu sơ chế đến tiêu dùng. Điều này bao gồm cả việc sản xuất thức ăn cho vật nuôi dùng làm thức ăn chăn nuôi và cho gia súc sử dụng để chế biến thực phẩm. Chuỗi thực phẩm bao gồm cả việc sản xuất các nguyên liệu sẽ tiếp xúc với thực phẩm hoặc nguyên liệu thô. Ảnh: Thực phẩm trong chuỗi cung ứng 2. Độc tố thực phẩm Độc tố hay chất độc hoá học trong thực phẩm là các hợp chất hóa học có trong nguyên liệu, sản phẩm thực phẩm ở một nồng độ nhất định gây ngộ độc cho người hay động vật sử dụng chúng. 3. Phân loại con đường độc tố xâm nhập vào thực phẩm - Độc tố tạo thành trong thực phẩm do vi sinh vật nhiễm vào thực phẩm gồm vi khuẩn, vi nấm … Trong quá trình nhiễm và phát triển trong thực phẩm, vi sinh vật có khả năng chuyển hoá các chất dinh dưỡng có trong thực phẩm và tạo ra độc tố. - Độc tố có sẵn trong nguồn nguyên liệu thực phẩm như các loại thực vật và động vật có chứa chất độc, chúng không bị biến đổi hoặc bị biến đổi rất ít trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm. - Độc tố do thực phẩm bị nhiễm hóa chất: - Do việc sử dụng bừa bãi, không tuân thủ những qui định về sử dụng các chất phụ gia thực phẩm. - Do sử dụng bao bì có chất lượng kém hoặc không phù hợp với loại thực phẩm. 2 - Do nhiễm kim loại nặng: chì, asen, kẽm, thiếc … - Do dư lượng thuốc bảo vệ thực vật: thuốc trừ sâu, phân bón, thuốc diệt cỏ, diệt côn trùng … - Độc tố do thực phẩm bị biến chất, ôi, hỏng: PHẦN 1 Độc tố hình thành do sự biến đổi thành phần trong quá trình bảo quản thực phẩm 3 1.1.Tầm quan trọng của bảo quản thực phẩm: 1. Cung cấp thực phẩm điều hòa trong năm; Có nhiều thực phẩm chỉ được sản xuất vào mùa nhất định như rau, quả, loài cá thủy hải sản…Để đảm bảo giữ được thực phẩm cung cấp đều cho người tiêu dùng, không phụ thuộc vào mùa cần thiết phải bảo quản thực phẩm. 2. Điều hòa việc cung cấp thực phẩm giữa các vùng, địa phương và các nước: Từng địa phương có một thế mạnh sản xuất thực phẩm nào đó đặc trưng cho điều kiện thổ nhưỡng. Muốn cung cấp các thực phẩm đó đến các vùng không sản xuất được phải được bảo quản. 3. Cung cấp thực phẩm cho các khu đô thị, khu công nghiệp phải có phương pháp bảo quản thực phẩm thích hợp. 5. Trong xu thế công nghiệp hóa, hiện đại hóa cũng như xu thế hòa nhập việc lưu thông trao đổi, buôn bán thựcphẩm ngày càng gia tăng cho nên việc bảo quản thực phẩm phải có tầm quan trọng đặc biệt. 6. Bảo quản thực phẩm có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong việc dự trữ thực phẩm. 1.2. Các nguyên nhân làm hư hỏng thực phẩm 1.2.1. Nguyên nhân tự thân của thực phẩm bị hỏng (nội tại) a. Do quá trình biến đổi sinh hóa trong thực phẩm Tất cả các thực phẩm có nguồn gốc động vật, thực vật khi lìa khỏi sự sống vẫn tiếp tục quá trình chuyển hóa phân giải. Quá trình chuyển hóa phân giải do sự tồn tại của các enzyme trong bản thân thực phẩm . Enzyme tự dung giải có nhiều loại; có loại biến thành glucogen thành acid lactic; có loại biến protit thành acid amin. Kết quả của quá trình tự dung giải sẽ làm cho thực phẩm mềm và có mùi vị thơm ngon, tăng cường giá trị tiêu hóa và hấp thu. Nhưng quá trình tự dung giải cũng tạo ra môi trường tốt cho sự phát triển của vi sinh vật làm cho thực phẩm ôi thiu. b. Do tác dụng hô hấp Một số thực phẩm như đậu, rau, trứng… vẫn tiếp tục quá trình hô hấp, nó đưa vào quá trình oxy hóa các chất hữu cơ của bản thân để sinh nhiệt, tiếp tục duy trì sự sống. - Trong trường hợp đầy đủ oxy: C6H12O6+ 6O2→ 6CO2+ 6H2O+ 675 Kcal. - Trong điều kiện thiếu dưỡng khí: C6H12O6→ 2C2H5OH+ 2CO2+ 22Kcal. Tác dụng của hô hấp cũng cần có sự xúc tác của Enzyme. 4 Tác dụng hô hấp sẽ làm giảm đi một số chất dinh dưỡng (chủ yếu là đường glucoza và lipid, nhưng quá trình hô hấp sẽ sinh ra nhiệt và nước nên làm cho độ ẩm của thực phẩm tăng lên). Trong điều kiện thiếu dưỡng khí thì nồng độ rượu sẽ tăng dần lên làm cho tế bào bị hoại tử dẫn đến thực phẩm bị hư hỏng, thối rữa. 1.2.2. Nguyên nhân bên ngoài a. Tác dụng của vi sinh vật Nguyên nhân chính làm cho thực phẩm bị biến chất, hư hỏng là do các vi sinh vật, kết hợp với các yếu tố khác như: oxy, ánh sáng, nhiệt độ, vết kim loại… xúc tiến qua quá trình hư hỏng nhanh thêm. Vi sinh vật có mặt ở khắp nơi trong tự nhiên, có nhiều loại khác nhau, tác dụng tới thực phẩm cũng khác nhau. Tùy theo thành phần dinh dưỡng của từng loại thực phẩm, vi sinh vật sống và phá họai các thực phẩm cũng khác nhau. b. Nấm men - Gây cho thực phẩm bị biến chất tương đối ít hơn, thường chỉ làm lên men các loại thực phẩm có đường. - Các nấm men chịu được nồng độ đường cao như Saccharomyces có thể làm hỏng sirô, mật ong…Pichia, Hansenula, Debaromyces có thể sinh váng mỏng trên thực phẩm chua như các loại dưa chua. - Có loài như Pichia, Hansenula còn chịu được nồng độ rượu cao, làm hỏng các loại rượu. - Debaromyces chịu được nồng độ muối cao, Candida mycoderma có thể sinh sống được trong rượu vang, rượu bia, phomát và làm hư hỏng chúng, Rhodotorula sinh sản ra sắc tố làm cho thịt có màu đỏ. c. Nấm mốc Có rất nhiều loại nấm mốc khác nhau; có loại gây bệnh, ký sinh trong thực phẩm và làm ngộ độc thực phẩm; cũng có nhiều loại như Giberella, Binetti( mốc đỏ ở tỉểu mạch), Penicillim gây bệnh “ gạo biến vàng” Penicillium, Mucor, Rhizopus, Aspergillus phân giải chất đường, bột làm cho thực phẩm bị biến chất, thành phần dinh dưỡng giảm, cảm quan thay đổi. Aspergillus flavus hay có trong đậu phọng, ngô, khô dừa, khô đỗ tương… tiết ra độc tố Aflatoxin gây ung thư. 1.3. Các quá trình biến đổi sinh độc tố trong quá trình bảo quản 1.3.1. Chuyển hóa protein và sự hình thành độc tố a. Các giai đoạn Giai đoạn 1: Sự tự phân giải protein Quá trình này hình thành các acid hữu cơ, làm cho môi trường trở nên acid. Quá trình này, hình thành các acid như acid lactic, acid axetic, acid butyric, acid glycolic ... các loại rượu, CO2, nước và các hydrocacbua. Vi sinh vật gây thối bị ức chế. Thịt còn dùng được. 5 Giai đoạn 2: Quá trình thối rữa Quá trình này men mốc tiêu thụ các acid làm cho môi trường trở nên trung tính, sinh vật lên men thối bắt đầu phát triển chuyển hóa protid thành pepton, polypeptid, peptid, acid amin... và cuối cùng thành các chất đơn giản, bay hơi có mùi vị khó chịu như amoniac, hydro sunfua, indol, scatol, phenol... Thông thường các vi khuẩn hiếu khí phân hủy các acid amin thành các acid hữu cơ và amoniac. b. Ngộ độc do thức ăn giàu đạm bị lên men, ôi thiu Thức ăn giàu đạm (thịt, cá...) bị ôi thiêu, tùy theo cơ chế phân hủy, các acid amin có thể chuyển hóa thành các acid hữu cơ, NH3, H2S, indol, scatol, phenol có mùi khó chịu. Ngoài ra nó còn tạo thành các amin như: putresxin, tyramin, tryptamin, betain... có tính gây ngộ độc. Có 2 nhóm điển hình gây ngộ độc thực phẩm: - Nhóm các methylamin, gọi chung là betamin, là những chất gây bài tiết nước bọt, gây co giật động kinh. - Nhóm amin có mạch vòng gọi chung là Protamine, gây ngộ độc với những cơn đau bụng rất đặc biệt, kèm theo là những triệu chứng khác như co thắc mạch mạch máu (tryptamin), gây dị ứng (histamin). Trong thực thực tiển thường gặp nhất là ngộ độc histamin - Ngộ độc do Histamin Nhưng với liều lượng 8 đến 40 mg, tùy theo từng người có thể có triệu chứng ngộ độc như: đỏ bừng mặt, ngứa mặt và cổ, có khi chảy nước bọt, nước mắt do tính chất kích thích của histamin tới các tuyến nước bọt, tuyến nước mắt. Các hiện tượng này thường không được người ta chú ý và nhầm lẫn tưởng là yếu gan. Triệu chứng xuất hiện ngay trong bữa ăn và cũng mất đi sau một vài giờ. Khi ăn phải 1,5 đến 4 g histamin, ngoài những triệu chứng trên, bệnh nhân còn thấy choáng váng, nhứt đầu, đau bụng, tiêu chảy, nhiệt độ xuống thấp, mệt lã, bồi hồi lo lắng. Mạch đập có thể rất nhanh, thở gấp, nổi ban. Bệnh giảm đi sau vài giờ thì khỏi. Ngộ độc histamin có khi xảy ra hàng loạt với nhiều người do ăn cá biển sống hoặc đóng hộp, tôm tép, sò hến... 1.3.2. Sự oxy hóa acid béo và sự hình thành độc tố a. Các kiểu phản ứng oxy hóa Lipid trong thực phẩm - Phản ứng thủy phân lipid hình thành A.béo - Phản ứng oxyhóa A.béo hình thành peroxyd - Phản ứng hình thành các aldehyd - Phản ứng hình thành các acid hữu cơ b. Ngộ độc khi sử dụng các thực phẩm bị ôi hóa 6 - Hợp chất peroxyd, còn gọi là gốc tự do FR: Oxyhóa rất mạch các hoạt chất sinh học. Làm hư hỏng màng tế bào, bẻ gãy DNA, mở đường cho các chất độc tấn công nhân tế bào gây ung thư. - Aldehyd: Gây mùi rất khó chịu, làm mất tính ngon miệng của gia súc đối với thức ăn, làm hư hỏng các acid amin qua liên kết amin với formol, ức chế men tiêu hóa rất mạnh. - Acid: Kích thích niêm mạc ruột gây tiêu chảy, thúc đẩy quá trình oxyhóa khử phá hủy các hoạt chất sinh học trong thức ăn hư nhanh hơn. 1.3.3. Quá trình biến chất của chất bột - Nếu môi trường có nhiều oxy: (C6H10O5)n + n C6H12O6  6 CO2 + 6H2O + 674 Cal - Nếu môi trường có ít oxy: (C6H10O5)n + nC6H12O6  2nC2H5OH + 2nCO2 + 24Cal và C2H5OH + CH3COOH Hiện tượng này làm cho chất bột giảm dần, độ ẩm tăng lên (hiện tượng này gọi là quá trình tự sinh nhiệt). Khi độ ẩm, nhiệt độ của hạt tăng lên tới mức tối thích (độ ẩm 15%, nhiệt độ 30oC) thì enzyme oxydase càng hoạt động mạnh, sự hô hấp càng mạnh, vi sinh vật phát triển nhiều. Cuối cùng enzyme thủy phân của vi sinh vật và của bản thân hạt ngũ cốc phân giải chất dinh dưỡng làm cho nó bị hư hỏng (lên men rượu, lên men chua). 1.4. Nguyên lý và phương pháp bảo quản TP 1.4.1 Nguyên lý : Ngăn ngừa hoặc làm chậm các phản ứng Enzym tự thân của thực phẩm. Ức chế VSV sinh trưởng và phát triển hoặc tiêu diệt VSV có trong thực phẩm. Hạn chế hoặc giảm thiểu sự phá hoại của côn trùng hoặc các nguyên nhân khác. 1.4.2. Các phương pháp, biện pháp bảo quản: - Bảo quản ở nhiệt độ thấp: Làm lạnh, ướp đá lạnh, nước lạnh, làm lạnh đông. Tùy từng loại thực phẩm có biện pháp bảo quản khác nhau. - Bảo quản ở nhiệt độ cao: Thanh trùng, Tiệt trùng. - Bảo quản bằng phương pháp làm khô: Phơi nắng, dùng sức nóng nhân tạo, dùng hơi nước cao áp, dùng hơi nước giảm áp, phương pháp đông khô. 7 - Bảo quản dựa vào áp suất thẩm thấu: Ướp muối, ướp đường… - Nâng cao nồng độ PH : ngâm dấm, lên men chua. - Bảo quản bằng hóa chất: Axit Axetic, axit Xitric, Axit Ascorbic(VTM C)… - Bảo quản bằng phương pháp chiếu xạ: sử dụng các tia α,β,γ,X. với liều lượng phù hợp. - Ngoài ra còn sử dụng các phương pháp như : Siêu âm, điều chỉnh khí quyển, hun khói… 8 PHẦN 2: ĐỘC TỐ HÌNH THÀNH TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN NHIỆT 2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Quá trình chế biến nhiệt là quá trình cần thiết và tất yếu trong công nghệ chế biến thực phẩm, làm thay đổi, cải thiện tính chất thực phẩm: Tính chất vật lý: nhiệt, khối lượng, thể tích…; Tính chất hóa lý: ẩm, hệ keo, trạng thái…; Tính chất hóa học: màu, mùi…; Sinh học; Vi sinh; Cảm quan. Trong quá trình chế biến nhiệt, ở từng chế độ khác nhau mà các biến đổi hóa lý, hóa sinh diễn ra theo các chiều hướng khác nhau làm thay đổi tính chất và thành phần cấu tạo của thực phẩm theo mong muốn của người chế biến hay nhà công nghệ. Tuy nhiên, song song với mặt tích cực đó, quá trình chế biến nhiệt cũng tiềm ẩn nguy cơ hình thành nên các độc tố có hại cho người tiêu dùng. Quá trình hình thành chất độc trong quá trình chế biến nhiệt rất phong phú và đa dạng, tiểu luận sẽ giới thiệu đại cương các cơ chế chính, các phản ứng chủ đạo hình thành nên các độc tố điển hình trong thực phẩm. 2.2. CÁC LOẠI ĐỘC TỐ TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN NHIỆT. 2.2.1. ACRYLAMIDE a. Khái niệm và tính chất Khái niệm: Acrylamide thuộc nhóm amide có công thức phân tử C3H5NO Tính chất: Acrylamide tồn tại ở dạng tinh thể màu trắng, không màu, không mùi có nhiệt độ sôi rất cao và rất háo nước. Phân tử acrylamide tồn tại trong thực phẩm với độ bền rất cao hầu như không đổi sau thời gian dài bảo quản. b. Cơ chế hình thành acrylamide: Cơ chế tạo thành acrylamide chia làm 3 nhóm lớn: - Sự phân hủy nhiệt của một số các acid amine tự do nhất định như: asparagine, methionine... - Phản ứng giữa một số acid amine tự do nhất định như: asparagine, methionine, cysteine, glutamine... với các loại đường khử thông qua con đường phản ứng Maillard. - Sự oxy hóa chất béo khi có mặt các sản phẩm phân hủy nhiệt của các acid amine tự do (NH3). Gồm các phản ứng sau: Theo nhiều nghiên cứu thì trong các cơ chế trên, cơ chế tạo acrylamide giữa Asparagine với đường khử thông qua phản ứng Maillard (A) là con đường chính tạo acrylamide. c. Cơ chế tác động và hậu quả - Gây tổn hại hệ thần kinh, biến đổi nguyên liệu di truyền. 9 - Giảm khả năng sinh sản. - Gây ung thư: Tuyến giáp, miệng, vú, tinh hoàn… - Theo WHO nguy cơ ung thư đối với người tiêu thụ 1.0µg acrylamide/kg thể trọng/ngày: 1/1000 (2g khoai tây chiên) d. Biện pháp giảm hàm lượng acrylamide trong quá trình chế biến nhiệt. Để giảm lượng acrylamide trong sản phẩm thực phẩm ta có thể giảm nhiệt độ và thời gian của quá trình chế biến, loại bỏ acrylamide ra khỏi sản phẩm sau quá trình chế biến. Hạ thấp nhiệt độ trong quá trình nướng, sử dụng phương pháp chiên chân không để hạ thấp nhiệt độ chiên, tránh dùng các hợp chất của silicone để phá bọt trong quá trình chiên sâu vì có thể làm lượng acrylamide tăng gấp đôi. 2.2.2. NHÓM HỢP CHẤT AMINE VÒNG THƠM (HAAs) a. Khái niệm: HAAs (heterocyclic aromatic amines) là các hợp chất amine vòng thơm (nhóm amine gắn trên vòng thơm), được tạo thành trong quá trình chế biến các thực phẩm giàu protein. b. Cơ chế tạo HAAs. Cơ chế của quá trình tạo HAAs trong quá trình xử lý nhiệt như sau: - Các hợp chất HAAs hình thành do sự phân hủy nhiệt của các protein, acid amine ở các thực phẩm giàu protein thông qua cơ chế gốc tự do. - Con đường thứ hai tạo hợp chất HAAs là do phản ứng giữa các tác nhân như: creatine (hoặc creatinine), carbonhydrate và các acid amine dưới tác dụng của nhiệt độ c. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự hình thành HAAs trong quá trình chế biến nhiệt. Nhiệt độ: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng tạo HAAs thể hiện ở hai khía cạnh: ảnh hưởng đến loại hợp chất HAAs tạo thành (ở nhiệt độ từ 300 0C sẽ tạo các tác nhân gây đột biến nhiệt phân, ở nhiệt độ < 300 0C sẽ tạo các tác nhân gây đột biến nhiệt) và ảnh hưởng đến hàm lượng HAAs tạo thành trong quá trình chế biến, là khi nhiệt độ càng tăng thì lượng HAAs tạo thành cũng càng tăng. Thời gian chế biến (hay mức độ nấu chín thực phẩm) và phương pháp chế biến: Hàm lượng HAAs hay hàm lượng độc tố nói chung phụ thuộc rất nhiều vào thời gian và phương pháp chế biến. Ta có thể thấy rõ điều này qua một số các đồ thị sau: 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: 10 Hàm lượng HAAs (mg/g thịt bò) Chiên d. Tác hại của HAAs Nướng Barbecue Hầu hết các phân tử HAAs sinh ra trong quá trình chế biến đều cho thấy là có khả năng gây ung thư trên động vật, gây tổn hại hệ thần kinh và các nguyên liệu di truyền khi thí nghiệm. 2.2.3. PAHs a. Khái niệm, phân loại và tính chất Khái niệm: Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs): Là những hợp chất hóa học chứa nhiều vòng thơm cấu tạo dạng thẳng, góc cạnh hay chùm và không chứa các nguyên tố khác loại hoặc các nhóm chức thay thế. Tính chất: Các phân tử PAHs thường trơ về mặt hóa học ở nhiệt độ thường chúng tồn tại ở dạng rắn, khả năng hòa tan trong nước rất thấp và áp suất bay hơi thấp. Do tính chất tan ít trong nước mà PAHs tồn tại trong môi trường như là một chất gây ô nhiễm môi trường. Nhưng chúng lại tan nhiều trong dầu mỡ và bền hóa học, do đó chúng được tìm thấy ở nhiều loại dầu tinh luyện khác nhau trên toàn thế giới. b. Nguyên nhân tạo PAHs trong quá trình chế biến nhiệt. Sự đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu: Theo nghiên cứu sự tạo thành PAHs là do sự đốt cháy không hoàn toàn (trong điều kiện thiếu oxy) các loại nhiên liệu có chứa carbon (gỗ mun, mùn cưa) trong quá trình hun khói thực phẩm. PAHs sinh ra sẽ theo khói và được hấp thụ trên bề mặt thịt. Đối với các sản phẩm chiên: Đối với các thực phẩm chế biến trực tiếp trên ngọn lửa ở nhiệt độ cao: PAHs được tạo thành do sự nhiệt phân chất béo và các chất hữu cơ khác trong thực phẩm. Phản ứng nhiệt phân chất béo diễn ra ở nhiệt độ cao trên 200 oC và 11 xảy ra mạnh ở khoảng nhiệt độ 500 – 900 oC đặc biệt là trên 700oC. Khi nhiệt độ càng cao thì càng tạo ra nhiều PAHs. Sự nhiệt phân các chất hữu cơ khác như protein và carbohydrate cũng liên quan đến sự tạo PAHs nhưng nguyên nhân chủ yếu là sự nhiệt chất béo. Khi thực phẩm tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt, sự nhiệt phân chất béo diễn ra, và chất béo nóng chảy sẽ nhỏ giọt xuống nguồn nhiệt tạo ra PAHs, PAHs sinh ra sẽ theo khói và được hấp thụ trên bề mặt thịt. Đối với các sản phẩm chiên: Sự tạo thành PAHs do các acid béo tự do bị oxy hóa ở nhiệt độ cao thông qua hai con đường chính: quá trình phân hủy nhiệt (từ phân tử lớn tạo thành những phân tử có phân tử lượng nhỏ hơn và kém bền) hoặc quá trình tổng hợp nhiệt (các gốc tự do sinh ra bởi nhiệt độ cao sẽ kết hợp với nhau tạo thành các hợp chất PAHs bền). c. Tác hại và cơ chế gây độc. Trong khói gỗ (dùng để hun khói thực phẩm) có chứa một lượng lớn các chất PAHs (ít nhất là 61 loại), chúng có khối lượng phân tử dao động trong khoảng rộng từ 115 Da đến 302 Da. Trong đó có khoảng 15 loại PAHs được xem là có bằng chứng rõ ràng là gây độc đối với cơ thể động vật. Do đó chúng được xem là có thể gây độc đối với con người. Và theo một số nghiên cứu, các hợp chất PAH có thể phản ứng với một số enzyme như Aryl hydrocarbon hydroxylase để tạo thành các dẫn xuất PAH dihydrodiol. Dẫn xuất này có thể tạo liên kết đồng hóa trị với protein và các acid nucleic, từ đó gây đột biến gene và ung thư. Độc tính của các PAHs phụ thuộc vào cấu trúc phân tử của chúng. Những phân tử PAHs nhẹ (có khối lượng phân tử nhỏ hơn 216 Da) được coi là không có độc tính đối với con người. Và những phân tử PAHs nặng hơn có khối lượng phân tử lớn hơn 216 Da có khả năng gây độc đối với con người trong đó chất có độc tính mạnh nhất là BaP (khối lượng phân tử khoảng 252 Da). Quá trình trao đổi chất của BaP trong cơ thể như sau: BaP sẽ được hấp thụ vào cơ thể bằng nhiều con đường như: hấp thụ vào dạ dày sau khi ăn thức ăn có chứa nó hoặc nó cũng được hấp thụ thông qua da, qua con đường hít bằng mũi, qua tiêm vào máu ... Sau khi được hấp thụ chúng sẽ được phân phối đi khắp cơ thể, kể cả các cơ quan não bộ, tập trung nhiều ở những cơ quan giàu lipid vì PAHs có tính chất ưa béo và tại đây diễn ra quá trình biến dưỡng BaP. Cơ chế gây độc trong cơ thể Quá trình biến dưỡng BaP là một quá trình phức tạp phụ phuộc vào khối lượng phân tử, tính ưa béo của phân tử và hàm lượng chất béo có trong thực phẩm. Cơ chế này bắt đầu bằng phản ứng oxy hóa các vòng thơm của PAHs được xúc tác bởi hệ enzyme CYP1, CYP2, CYP3 tạo ra các sản phẩm trao đổi chất bậc 1 gồm: epoxides, phenols, và dihydrodiols. Các sản phẩm trao đổi chất bậc 1 sau đó kết hợp với các chất như glutathione, sulfate, hoặc acid glucuronic tạo thành các sản phẩm bậc hai như: diol epoxides, tetrahydrotetrols, và phenol epoxides. Quá trình oxy hóa này tạo ra những cơ chất bậc hai phân cực hơn và cũng tan nhiều trong nước hơn so với các hợp chất PAHs ban đầu, đặc biệt chúng có tính ái điện tử, có thể kết hợp với các acid nucleic và các protein. Do đó các cơ chất hoạt động này có 12 thể kết hợp với các phân tử DNA đặc biệt là nhóm amino của guanine và adenine. Tuy nhiên chỉ một phần nhỏ các cơ chất này được giữ lại trong cơ thể còn hầu hết được thải ra ngoài qua đường nước tiểu và phân. Liên kết bền giữa các cơ chất ái điện tử của PAHs với các phân tử DNA xảy ra ở vị trí N2 của phân tử desoxyguanosine tạo thành các chuỗi xoắn kép đồng hóa trị, và các DNA đã biến dị này sẽ trở thành những tiền thân của những tế bào gây ung thư. Cụ thể khi thí nghiệm trên động vật cho kết quả như sau: BaP tạo ra những khối u ung thư ở dạ dày, gan, phổi, và tuyến vú ở chuột và thỏ. Dibenz [a,h] anthracene và benz[a]anthracene cũng tạo ra những khối u ung thư ở dạ dày, gan và phổi ở chuột . d. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự hình thành PAHs trong quá trình chế biến nhiệt. Ảnh hưởng của phương pháp chế biến: Nhiệt độ: Đối với sản phẩm xông khói: Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến sự tạo thành PAHs trong khói do sự nhiệt phân tạo ra các gốc hữu cơ ở nhiệt độ phân hủy gỗ. Theo nghiên cứu ở khoảng nhiệt độ từ 350 – 4000C thì sẽ tạo ra ít PAHs nhất (lượng PAHs giảm 10 lần). Khi nhiệt độ cao từ 400 – 10000C thì sẽ tạo nhiều các hợp chất PAHs có ba hoặc bốn vòng, ở khoảng nhiệt độ này lượng PAH tạo thành trong khói tỉ lệ thuận với sự tăng nhiệt độ. Ngoài ra nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến cấu trúc và thành phần của PAH, đặc biệt khi dưới nhiệt độ phân hủy là 4250C thì có thể tạo ra khói không có BaP. Đối với các sản phẩm khác (chiên, nướng, quay ...): khi nhiệt độ càng tăng thì lượng PAHs càng tăng đặc biệt là lượng BaP (có thể thấy qua bảng sau) [79]: Hầu như tất cả các hợp chất PAHs đều tăng trong quá trình chiên, rán khi nhiệt độ dầu (mỡ) càng tăng. Sự phân bố PAHs: PAHs thường tập trung nhiều ở da và chất béo động vật (đặc biệt là trên bề mặt thực phẩm) vì đây là những vùng gần nguồn nhiệt hơn và có nhiệt độ cao hơn. Ngoài ra PAHs sinh ra do sự đốt không hoàn toàn nhiên liệu cũng hấp phụ lên bề mặt thực phẩm. Tình trạng nấu thực phẩm (hoặc thời gian chế biến): Đối với cùng một phương pháp chế biến khi thực phẩm được nấu càng chín quá hay thời gian chế biến càng dài thì lượng PAHs (đại diện là BaP) càng tăng, đặc biệt là ở các thực phẩm nướng bằng lò than hay barbecue. e. Biện pháp hạn chế và ngăn chặn hàm lượng PAHs trong quá trình gia nhiệt Giảm lượng PAHs trong khói trước khi chế biến: Một phương pháp khác để hạn chế hàm lượng PAHs là lọc khói bằng bằng sợi cotton hoặc sợi thép trước khi để khói tiếp xúc với thực phẩm, phương pháp này có ưu điểm là giảm đáng kể hàm lượng PAHs trong sản phẩm mà vẫn giữ được mùi thơm đặc trưng của quá trình xông khói. 13 Đông tụ khói bằng phương pháp tĩnh điện cũng giảm đáng kể hàm lượng nhựa và PAHs trong sản phẩm, đặc biệt có thể giảm đến 98% lượng BaP trong sản phẩm [51]. Sử dụng phương pháp xông khói lỏng thay cho xông khói truyền thống: Một trong những phương pháp quan trọng có thể giảm hàm lượng PAHs và những hợp chất nhựa không mong muốn là phương pháp xông khói lỏng vì khói sau quá trình xử lý để tạo khói lỏng thì đã loại hầu hết lượng PAHs chỉ còn lại khoảng 0.05 – 1.05 ppb. Do đó khi phân tích các sản phẩm xông khói lỏng chỉ tìm thấy hàm lượng PAHs ở dạng vết. Khi chế biến các thực phẩm nướng hoặc quay nên sử dụng lò ga hay lò điện thay vì dùng lò than. Dụng cụ chế biến nên được thiết kế tránh để dầu hoặc mỡ từ nguyên liệu nhỏ xuống nguồn nhiệt, nên loại bỏ hết phần mỡ bên ngoài nguyên liệu trước khi chế biến. Tránh sự tiếp xúc trực tiếp giữa nguyên liệu (thịt, cá) với ngọn lửa, nên để nguyên liệu ở khoảng cách xa ngọn lửa. Nên chế biến thực phẩm ở nhiệt độ thấp trong thời gian dài tốt hơn so với chế biến ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn và chỉ nên chế biến thực phẩm chín tới, đủ để tiêu diệt các mầm gây bệnh tránh nấu chín quá kỹ thực phẩm. Trước khi chế biến thực phẩm quay hoặc nướng có thể xử lý nhiệt sơ bộ thực phẩm bằng phương pháp dùng hơi nước để giảm nhiệt độ và thời gian chế biến. Giảm kích thước nguyên liệu (thái mỏng) trước khi chế biến nhằm giảm thời gian và nhiệt độ chế biến. 2.2.4. NHÓM NITROSAMINE a. Khái niệm, phân loại và tính chất Nitrosamine là các hợp chất hóa học mà có cấu trúc phân tử dạng R1N(-R2)-N=O như hình vẽ sau: Tính chất: Các hợp chất N-nitrosamine có phân tử lượng thấp như N – nitrosodimethylamine (NDMA) và N – nitrosodiethylamine (NDEA) thì tồn tại dạng lỏng ở nhiệt độ phòng, có thể hòa tan trong nước, rượu và ether. Còn các N-nitrosamine có phân tử lượng cao và có vòng thơm thì tồn tại dạng rắn ở nhiệt độ phòng, chỉ có thể hòa tan trong rượu và ether. Hầu hết các hợp chất Nitrosamine dễ bay hơi đều là những chất có khả năng gây ung thư cho người và động vật. 14 Còn nhóm các hợp chất Nitrosamine khó bay hơi được cho là không có khả năng gây ung thư cho người và động vật. Và nhóm các hợp chất này thì tồn tại chủ yếu trong thực phẩm với hàm lượng lớn hơn các hợp chất Nitrosamine dễ bay hơi. Tuy nhiên các hợp chất này có thể là tác nhân tạo thành các hợp chất Nitrosamine dễ bay hơi có khả năng gây ung thư ví dụ như N – nitrosoproline (NPRO) có thể bị decarbonyl hóa để tạo thành N – nitrosopyrrolidine (NPYR). b. Cơ chế hình thành Nitrosamine trong quá trình chế biến nhiệt. Các hợp chất Nitrosamine được hình thành giữa các acid amine bậc hai trong nguyên liệu với nitrite ở điều kiện nhiệt độ cao (>130 0C) và môi trường hơi có tính acid theo chuỗi phản ứng sau: Hoặc : Các phản ứng tạo nitrosamine (M/M+ là các kim loại chuyển tiếp như Fe2+/ Fe3+) Chỉ có các amine bậc hai mới có khả năng tạo nitrosamine còn các amine bậc 1 và bậc 3 không có khả năng này. Trong nguyên liệu thịt đa số các acid amine là amine bậc 1 (dẫn xuất của – acid amine) nên chỉ có một số các acid amine và dẫn xuất của chúng như creatine, proline, glycine và alanine có thể tham gia vào phản ứng tạo nitrosamine. Trong đó tác nhân chính tạo ra các hợp chất Nitrosamine ở các sản phẩm thịt là creatine, acid amine chính hình thành nên mô cơ, cùng với sự hiện diện của acid phosphoric tạo thành phosphocreatine. c. Tác hại: Cho đến nay vẫn chưa có một số liệu chính xác về hàm lượng Nitrosamine tiêu thụ hàng ngày, tuy nhiên theo khuyến cáo trong khoảng 5 – 10 µg/kg thể trọng/ngày. Cơ chế biến dưỡng của các hợp chất Nitrosamine: Các hợp chất N-nitrosamine: Có khả năng tác động lên những vùng cách xa nơi mà nó được đưa vào cơ thể. Tác động lên nhiều cơ quan khác nhau, không dự đoán được, gan thường là cơ quan bị tấn công đầu tiên thường đi kèm với sự phù nề và xuất huyết ở phổi. Trong khi đó thì các hợp chất N-nitrosamide, N-nitrosourea chỉ có khả năng tác động lên nơi mà nó được đưa vào cơ thể thường bắt đầu phá hủy các tủy xương và hệ bạch huyết trước tiên. Các hợp chất N-nitrosamine được xác thực có khả năng gây ung 15 thư ở người vì nó có khả năng gây biến đổi gen, thay đổi các nhiễm sắc thể, kết hợp với các DNA và tái tổ hợp lại các DNA và gây nên các khối u, ung thư. Các hợp chất N-nitrosamine bền dưới điều kiện sinh lý bình thường và cần có quá trình hoạt hóa sinh học bởi cytochrome P450 để thực hiện quá trình hydroxyl hóa phân tử Carbon gắn với nhóm N – nitroso để tạo thành hợp chất α – hydroxylnitrosamine. Tiếp theo là quá trình tự cắt đứt liên kết giữa Nitơ và Carbon dưới điều kiện pH sinh lý bình thường giải phóng ra phân tử alkyldiazohydroxide. Từ phân tử này tiếp tục tự phân hủy tạo ra các ion Diazonium, các ion này có tính chất ái điện tử và cuối cùng có thể kết hợp với các phân tử DNA làm thay đổi nguyên liệu di truyền (thay đổi base G – A và G – T) trong đó hơn 90% các tế bào ưng thư là do quá trình chuyển đổi giữa base G - T gây ra Các hợp chất N-nitrosamine là những chất có độc tính rất mạnh, có tác động đến thần kinh, có thể gây ra quái thai và ung thư ở người. Trong khoảng 300 loại hợp chất Nnitroso thì hơn 80% trong số đó được xác định là có thể gây ung thư ở người. Trong đó thì hợp chất N – nitrosodimethylamine (NDMA) và N – nitrosodiethylamine (NDEA) có độc tính mạnh nhất còn độc tính của N – nitrosopyrrolidine là thấp hơn cả, thấp hơn 100 lần so với độc tính của NDMA. d. Các yếu tố ảnh hưởng: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hình thành N – nitrosoamine như sau: Khi xử lý nhiệt thịt muối ở 70 0C trong vòng 10 - 105 phút (chín tái) hay ở 1400C trong vòng 10 - 30 phút (hơi chín) thì trong sản phẩm không chứa N – nitrosopyrrolidine (chất đại diện cho các N – nitrosoamine). Nhưng khi chiên thịt muối ở 1700C trong vòng 6 phút, 2000C trong vòng 4 phút hay 200 0C trong vòng 10 phút thì lượng N – nitrosopyrrolidine tương ứng là 10, 17 và 19 ppb. Từ đó ta rút ra kết luận là các hợp chất N – nitrosoamine chỉ sinh ra ở nhiệt độ cao và khi thời gian nấu thực phẩm càng dài thì lượng N – nitrosoamine sinh ra càng tăng. e. Biện pháp phòng ngừa. Hạn chế bằng phương pháp chiếu xạ thực phẩm: Ở một số quốc gia khác thì phương pháp chiếu xạ vẫn được cho phép sử dụng đối với thực phẩm, theo nghiên cứu thì phương pháp chiếu xạ cũng có ảnh hưởng đến hàm lượng N – nitrosamine dễ bay hơi sinh ra trong quá trình chế biến nước sốt làm từ cá ướp muối và lên men. Nguyên nhân của sự giảm hàm lượng N – nitrosamine trong mẫu sau quá trình chiếu xạ là do bị quang phân bởi các tia chiếu xạ gamma khi có mặt nước. Do đó đây có thể là một phương pháp hữu hiệu để giảm hàm lượng N – nitrosamine dễ bay hơi trong thực phẩm. 2.2.5. 3-MCPD a. Khái niệm, tính chất: 16 Khái niệm 3-MCPD (tên gọi hóa học đầy đủ là 3-monochloropropane-1,2 diol) là một hóa chất thường gặp nhất trong nhóm các hóa chất gây ô nhiễm có tên gọi là chloropropanol. 3-MCPD được hình thành trong thức ăn qua phản ứng giữa chất béo với các chất có chứa chlorine trong thức ăn (ví dụ như nước muối hoặc muối). Phản ứng này thường xảy ra trong quá trình chế biến thức ăn bằng nhiệt, trong quá trình thủy phân chất đạm thực vật bằng acid chlohydric HCl. Tính chất: Một khi đã sinh ra thì tính ổn định của cấu trúc 3-MCPD phụ thuộc vào độ pH và nhiệt độ môi trường. Độ pH càng cao (kiềm) và nhiệt độ càng cao thì tỷ lệ 3-MCPD bị phân huỷ tăng lên. b. Cơ chế hình thành 3-MCPD 3-MCPD (3-monochloropropane-1,2-diol) là một hoá chất thuộc nhóm chlorpropanol được hình thành trong thực phẩm thông qua các quá trình phản ứng giữa một nguồn có chứa chlorine (ví dụ như muối ăn, kể cả nước hoặc thành phần khác) trong thực phẩm với chất béo. Phản ứng này được xúc tác bởi nhiệt độ qua quá trình nhiệt phân khi chế biến thực phẩm như chiên, nướng. Cho nên, về lý thuyết, tất cả các loại thực phẩm nào hội đủ 3 điều kiện: “có chứa thành phần chlorine + thành phần chất béo + nhiệt” đều có thể tạo ra 3-MCPD. Sự tạo thành chloropropanol là do phản ứng giữa acid hydrochloric với sản phẩm của sự thủy phân của chất béo (glycerol và acid béo) dưới điều kiện nhiệt độ cao trên 1000C. Phản ứng quan trọng nhất trong chuỗi phản ứng tạo chloropropanol là sự thay thế trung tâm hạt nhân của nhóm acyl bởi anion chloride (Cl-) tại vị trí được hoạt hóa bởi nhóm ester kế bên tạo thành sản phẩm trung gian là chloropropanediol – di – ester dưới điều kiện thủy phân bằng acid sẽ chuyển thành chloropropanol. d. Tác hại: Cho đến hiện nay, 3-MCPD được xem là hoá chất hoạt năng theo cơ chế không gây độc cho gen trong nghiên cứu trên cơ thể sống (tìm thấy cơ chế này trên thực nghiệm mô biệt lập với liều tiếp xúc cao); nhưng lại có tác động lên chức năng sinh sản của chuột đực, cũng như làm tổn thương tăng sinh và tạo khối u ở thận ở mô hình thực nghiệm động vật. Nhận dạng độc hại và mô tả đặc tính độc hại: Nghiên cứu quan sát trên người Cho đến nay, vẫn chưa có một nghiên cứu dịch tễ học hay lâm sàng nào về tác hại của 3-MCPD trên người cả. Tuy nhiên, nghiên cứu trên tế bào tinh trùng người trong phòng thí nghiệm cho thấy có hiệu ứng hiệp lực giữa 3-MCPD với nguyên tố đồng (Cu) làm giảm khả năng di chuyển của tinh trùng. Tổng hợp đặc tính nguy cơ 17 Theo kiến thức hiện hành, 3-MCPD được xem là hoá chất có thể gây ung thư nhưng hoạt năng theo cơ chế không gây độc cho gen trong nghiên cứu trên cơ thể sống (tìm thấy cơ chế này trên thực nghiệm mô biệt lập với liều tiếp xúc cao). Với hoá chất có cơ chế hoạt động theo mô thức này thì cho phép xác định ngưỡng liều có thể gây hiệu ứng sinh học, và từ đó có thể ước tính được liều thu nạp hàng ngày cho mỗi cơ thể và liều tối đa cho phép hiện diện trong thực phẩm. Trên mô hình thực nghiệm có phản ứng tăng sinh ống thận, có xu hướng phụ thuộc liều lượng tiếp xúc, mặc dù không có ý nghĩa thống kê đối với liều thấp nhất. Cho đến hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu tác hại của 3-MCPD trên người, nên chưa có cơ sở dữ liệu để có thể thiết lập mối quan hệ liều lượng tiếp xúc. Do đó dựa trên nguyên lý bất định, liều lượng độc tính chuyển đổi giữa các chủng loại khác nhau (mô hình chuột và người) thì chấp nhận hệ số chuyển đổi là 20 lần giữa hai chủng loại đối với động năng độc lực và hiệu số động độc lực (toxicokinetic difference); ngoài ra cũng còn phải hiệu chỉnh thêm có các yếu tố phụ nếu cho là cần thiết, ví dụ như phải tính đến cả tình trạng thiếu dữ kiện. Cho đến hiện nay ở Việt nam hiện vẫn chưa có một công trình khảo sát nào có tính hệ thống để đánh giá mức tiêu thụ trung bình, tối thiểu và tối đa đối với sản phẩm nước tương. Tuy vậy, giới chức thẩm quyền chúng ta cũng có quy định hàm lượng tối đa cho phép sự hiện diện của 3-MCPD trong 1kg nước tương là 1mg/kg. Quy định này được cho là an toàn sức khoẻ cho người tiêu dùng . e. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sự hình thành 3-MPCD trong quá trình chế biến nhiệt. Ảnh hưởng của nhiệt độ Khi thực hiện thí nghiệm trong hệ thống hiện đại với hàm lượng muối cố định là 3.47%, hàm lượng nước cố định là 16.67% ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau là 100 0C, 1400C, 1700C, 2000C và 2300C trong vòng 30 phút. Kết quả được biểu diễn bằng đồ thị: Nhiệt độ (0C) Từ đồ thị trên ta thấy rằng hàm lượng 3 – MCPD tạo thành nhiều nhất ở nhiệt độ 230 C và trong cùng điều kiện nhiệt độ thì glycerol tạo ra 3 – MCPD nhiều nhất tiếp theo là lecithin, cuối cùng là triolein. 0 18 Khi tiến hành thí nghiệm trên các loại thực phẩm ta cũng thu được kết quả tương tự hàm lượng 3 – MCPD tăng gần như tuyến tính với nhiệt độ chế biến. Ảnh hưởng của thời gian chế biến: Thời gian có ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng 3 – MCPD và trong một giới hạn nhất định thì thời gian càng tăng thì 3 – MCPD tạo ra càng nhiều Thời gian chế biến càng dài thì hàm lượng 3 – MCPD càng tăng, cụ thể đối với bánh mì chưa chiên có hàm lượng 3 – MCPD < 0.005 µg/kg. Nhưng sau quá trình nướng trong thời gian là 1p thì lượng 3 – MCPD tăng lên 0.029 µg/kg. Và nếu tăng thời gian nướng lên 1.5 phút thì lượng 3 – MCPD tăng lên gấp 7 lần (0.209 µg/kg). 19 Phần 3 ĐỘC TỐ DO SƯ DUNG CÁC CHẤT PHU GIA THỰC PHẨM KHÔNG ĐUNG QUI ĐINH 3.1. Khái Niệm Theo Uỷ ban Tiêu chuẩn hoá Thực phẩm Quốc tế (Codex Alimentarius Commission- CAC) ( có thể theo Luật ATTP cho nó gần gũi)“Chất phụ gia thực phẩm (PGTP) (food additives) là chất mà bình thường không được tiêu thụ như một thực phẩm thực thụ hoặc không được sử dụng như một thành phần đặc trưng của một hàng hóa thực phẩm, có thể có hay không giá trị dinh dưỡng, được chủ định thêm vào thực phẩm nhằm mục đích công nghệ (kể cả mục đích cảm quan), ở bất kỳ giai đoạn nào của quá trình sản xuất: chuẩn bị, chế biến, xử lý, hoàn thiện, đóng gói, vận chuyển hay cất giữ các sản phẩm thực phẩm ấy, hoặc có thể mong đợi nó hoặc các sản phẩm phụ của nó trở thành một phần đặc trưng, nếu không cũng có ảnh hưởng đến những tính chất đặc trưng của thực phẩm đó.” 3.2. Phân Loại Hiện nay, có khoảng từ 2.000 đến 20.000 chất phụ gia thực phẩm. a. Dựa vào tính chất Công nghệ người ta chia chất PGTP ra làm 7 nhóm lớn như sau:  Phụ gia dinh dưỡng  Chất chống oxi hóa  Chất tạo ngọt  Các chất bảo quản  Các chất thơm và chất tạo vị  Các chất cải tạo cấu trúc  Chất phụ gia nhiều đặc tính khác b. Phân loại theo cấu trúc hóa học và độc tính  Nhóm A: là các chất có tính độc yếu, bao gồm 9 nhóm phân tử: hydrocacbon no mạch thẳng, đường và các polysaccarid, mỡ và các axit béo, kể cả muối hữu cơ hay vô cơ của chúng, các muối hữu cơ của kim loại kiềm (Na, K) và kim loại kiềm thổ (Mg, Ca).  Nhóm B: là các chất phụ gia có chứa các nhóm chức mang độc tính cao. Có khoảng 52 dạng phân tử được xếp vào nhóm này: chúng thường chứa nguyên tử halogen (không kể NaCl), các hệ thống dị vòng ở 3 vị trí và các anpha, bêta-lacton không bão hòa.  Nhóm C: là các chất phụ gia có độc tính trung gian giữa 2 nhóm trên. 20