Tổng quan các chất độc acrylamide, pahs, furan trong chiên nướng các sản phẩm tinh bột

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp thu thập tài liệu

‒ Các bài báo khoa học (và các tài liệu khác) của Việt Nam và Quốc tế liên quan đến các chất độc hại có khả năng sinh ra từ quá trình chế biến các sản phẩm tinh bột.

‒ Các cơ sở dữ liệu để thu thập tài liệu: Scopus, Google scholar, Researchgate,

+ Google scholar là một công cụ trợ giúp cho quá trình tìm kiếm thông tin tài liệu liên quan mang tính quy mô rộng lớn, thiên về học thuật và chứa đựng nhiều thông tin về đa dạng ngành nghề với các nguồn trích dẫn cụ thể các bài viết trên trang này mang tính độc lập, luận án hay bài viết của một chuyên gia, bài nghiên cứu khoa học của các giảng viên đại học, nhà nghiên cứu khoa học độc lập,

+ ScienceDirect là trang web do nhà xuất bản Elsevier điều hành đăng ký tại Anh-Hà Lan, được lập ra tháng 3 năm 1997 Đó là nền tảng để tiếp cận gần 2.500 tạp chí khoa học và hơn 26.000 sách điện tử Các tạp chí được nhóm lại thành bốn phần chính: Khoa học vật lý và kỹ thuật, khoa học sự sống, khoa học sức khỏe, khoa học xã hội và nhân văn Phần lớn các bài báo tóm tắt được tự do truy cập, nhưng truy cập bản đầy đủ dạng Full text, PDF, HTML và ấn phẩm mới thì thường đòi hỏi một thuê bao hoặc trả tiền cho mỗi lần xem mua.

‒ Các website đáng tin cậy của các tổ chức như FDA, EFSA.

‒ Sử dụng keyword để tra cứu các tài liệu điện tử: Acrylamide, PAHs, Furan,

‒ Các bài báo khoa học phải nằm trong danh mục Scopus hay các tạp chí được công nhận tại Việt Nam, có chỉ số ISSN, DOI.

+ ISSN chính là cụm từ của từ đã được viết tắt của cụm từ tiếng Anh – International Standard Serial Number Cụm từ tiếng Anh này được dịch sang ý nghĩa của tiếng Việt đó chính là “Mã số tiêu chuẩn chất lượng quốc tế” đối với những xuất bản là tác phẩm nhiều kỳ.

+ DOI (Digital Object Identifier – Mã định danh tài liệu) là một chuỗi kí tự nhận dạng đặc biệt, bao gồm các chữ số, chữ cái và một số kí tự dấu, được sử dụng trong các sản phẩm trí tuệ, nhất là các xuất bản trên cổng phương tiện trực tuyến, bao gồm (nhưng không giới hạn): sách, bài báo khoa học, chứng chỉ, bài hát hoặc hình ảnh.

‒ Số lượng tài liệu cần thu thập: Tối thiểu 25 tài liệu trong và ngoài nước, trong đó 50% tài liệu phải được công bố/đăng tải trong 10 năm trở lại đây.

‒ Sử dụng phần mềm Endnote quản lý tài liệu tham khảo: Hỗ trợ cho việc quản lí danh mục tài liệu tham khảo và sắp xếp trình bày danh mục tài liệu tham khảo Endnote là một trong các phần mềm quản lý tài liệu tham khảo được dùng thường nhất hiện nay.Đây là một phần mềm không thể thiếu trong viết khóa luận, luận văn cũng như trong thống kê khoa học Endnote có tính năng lọc dữ liệu nhập, cho phép người dùng tạo riêng các định dạng trích dẫn và danh mục tài liệu tham khảo theo các nguyên tắc riêng biệt,hoặc thay đổi một số chi tiết của các kiểu thư mục tiêu chuẩn Tính linh hoạt này giúpEndnote có thể sử dụng được ở nhiều quốc gia Endnote có thể xuất dữ liệu từ các bộ sưu tập đã xây dựng ra kiểu tập tin máy có thể đọc được Hỗ trợ xuất dữ liệu ra hơn 5000 kiểu thư mục thuộc các lĩnh vực khác nhau Hỗ trợ tính năng kết nối các cơ sở dữ liệu trực tuyến đến hơn 4000 tập tin kết nối, kết nối với các cơ sở dữ liệu trực tuyến và cơ sỡ dữ liệu thư mục.

Phương pháp tổng hợp tài liệu

‒ Đọc các bài báo có liên quan đến đề tài nghiên cứu từ các bài báo khoa học, sách, báo chuyên ngành, tạp chí.

‒ Phân tích và nhận xét các thông tin từ tài liệu thu được để chọn lọc thông tin phù hợp Ngoài ra loại bỏ tài liệu quá cũ.

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Acrylamide

Acrylamide được phát hiện trong thực phẩm (chế biến ở nhiệt độ lớn hơn 120 C) bởi Cơ quan Lương thực Quốc gia Thụy Điển và Đại học Stockholm năm 2002 [4].

Việc phát hiện ra acrylamide trong thực phẩm đã thúc giục các nhà nghiên cứu điều tra các yếu tố khác nhau liên quan đến acrylamide hình thành trong quá trình chế biến.

Acrylamide là sản phẩm ô nhiễm được tạo ra trong quá trình nấu nướng một số loại thực phẩm như một hậu quả của phản ứng Maillard, bắt nguồn từ phản ứng giữa axit amin tự do asparagin với đường khử hoặc các hợp chất carbonyl khác Phản ứng hóa học này chủ yếu xảy ra khi thực phẩm phải chịu nhiệt độ cao như trong quá trình chiên, quay hoặc nướng trong điều kiện ẩm thấp Theo Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu (EFSA), chế biến khoai tây cùng với cà phê và thực phẩm làm từ ngũ cốc (khoai tây chiên (Crisps)), khoai tây chiên kiểu Pháp, bánh quy giòn, bánh mì nướng, bánh mì giòn, bánh quy, ngũ cốc ăn sáng đóng hộp [5].

Acrylamide (hoặc acrylicamide) là một hợp chất hóa học với chất hóa học công thức C 3 H 5 NO và có khối lượng phân tử là 71,08g Tên IUPAC của nó là 2−propenamide Nó là chất rắn kết tinh không mùi màu trắng, hòa tan trong nước, ethanol, ether và chloroform [6].

Acrylamide không tương thích với axit, bazơ, chất oxy hóa, sắt và các muối Nó phân hủy không nhiệt để tạo thành amoniac và phân hủy nhiệt tạo ra cacbon monoxit, cacbon đioxit và các oxit của nitơ Nó là một hóa chất được sử dụng chủ yếu như một khối xây dựng trong sản xuất polyme polyacrylamide và acrylamide.Polyacrylamide và acrylamide copolyme được sử dụng trong nhiều quy trình công nghiệp, chẳng hạn như sản xuất giấy, thuốc nhuộm và chất dẻo, và trong việc xử lý nước uống và nước thải, kể cả nước thải Chúng cũng được tìm thấy trong các sản phẩm tiêu dùng, chẳng hạn như caulking, bao bì thực phẩm và một số chất kết dính. Một lượng dấu vết của acrylamide thường vẫn còn trong các sản phẩm này [7].

Hình 3.1: Cấu tạo của Acrylamide [5].

Ban đầu, các giả thuyết thảo luận về cơ chế hình thành của acrylamide được tập trung vào dầu thực vật và lipid vì các loại thực phẩm giàu tinh bột chiên và nướng được tìm thấy là nguồn acrylamide chính trong thực phẩm.

Ngay sau khi thông báo về việc phát hiện ra acrylamide trong thực phẩm chế biến nhiệt, nhiều nghiên cứu của các nhóm trong các trường học, các ngành công nghiệp và các phòng thí nghiệm quốc gia trên toàn thế giới tập trung vào các nguồn có thể và các cơ chế tương ứng Ấn phẩm trong tự nhiên báo cáo rằng cách tiếp cận chính của sự hình thành acrylamide trong thực phẩm có liên quan đến phản ứng Maillard và đặc biệt là axit amin asparagin thông qua nước hoặc mô hình nền thực phẩm.

Cơ chế hình thành acrylamide từ một sản phẩm Amadori đã khử cacboxyl hóa của asparagin đã được hiển thị trong (Hình 3.2).

Hình 3.2: Cơ chế hình thành acrylamide qua con đường asparagin [8].

Nói chung, một số tiền chất quan trọng và trực tiếp góp phần hình thành acrylamide được chứng minh là 3−aminopropionamide, bazơ Schiff đã khử cacboxyl, sản phẩm Amadori đã khử cacbonxyl, axit acrylic và acrolein [9].

Mặt khác, quá trình oxy hóa lipid đã được được đề xuất như một con đường nhỏ, với axit acrylic là tiền chất trực tiếp được hình thành thông qua acrolein bằng cách phân hủy oxy hóa của chất béo [10].

Bước quan trọng đầu tiên là phản ứng giữa asparagin và một cacbonyl, ưu tiên là đường khử α−hydroxycacbonyl, dẫn đến sự liên hợp N-glycosyl tương đối và tạo thành bazơ Schiff như một chất trung gian quan trọng sau mất nước dưới nhiệt độ cao Cả N−glycosyl liên hợp và bazơ Schiff tương đối ổn định dưới hệ thống có độ ẩm thấp [11].

Tuy nhiên, trong hệ thống nước, bazơ Schiff có thể bị thủy phân thành các tiền chất hoặc được sắp xếp lại thành hợp chất Amadori (Hình 3.2), đây không phải là tiền chất hiệu quả trong quá trình hình thành acrylamide [8].

Ngay cả trong điều kiện độ ẩm thấp, phản ứng này có thể là con đường chính bắt đầu phản ứng Maillard sớm giai đoạn dẫn đến 1 và 3−deoxyosones, xa hơn nữa phân hủy tạo màu và hương vị Điều này phù hợp với năng suất chuyển hóa tương đối thấp của asparagin thành acrylamide [12].

Ngoài ra, bazơ Schiff có thể thực hiện khử cacboxyl hóa trực tiếp thông qua Schiff betaine hoặc thông qua trung gian oxazolidine-5-one để tạo ra azomethine ylide I, cung cấp chất khử cacboxyl hóa sản phẩm Amadori sau khi tautome hóa [8].

Tóm lại, acrylamide có thể được giải phóng qua các con đường sau: (a) trực tiếp từ azomethine ylide I; (b) thông qua phản ứng -elimination từ chất trung gian Maillard, tức là sản phẩm Amadori đã khử cacboxyl; và (c) thông qua việc mất amoniac từ 3−aminopropionamide dẫn xuất từ azomethine ylide II [13].

3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng Ở giai đoạn đầu của nghiên cứu cơ học, các nhà nghiên cứu lo ngại về các thông số ảnh hưởng đến sự hình thành acrylamide, chẳng hạn như thời gian gia nhiệt, nhiệt độ gia nhiệt, độ pH, tỷ lệ axit amin và đường khử, Đun nóng lượng đẳng mol asparagin và glucose ở 180°C, 30 phút kết quả cho ra hình thành 368 mol acrylamide trên một mol asparagin Thêm nước vào hỗn hợp phản ứng dẫn đến sự gia tăng acrylamide lên đến 960 mol/mol Một nghiên cứu phụ thuộc vào nhiệt độ cho thấy sự hình thành acrylamide cũng tăng theo nhiệt độ từ khoảng 120 đến 170°C và sau đó giảm xuống Trong các điều kiện tương tự, methionine được hình thành với khoảng 1/6 lượng acrylamide Sự phụ thuộc nhiệt độ tương tự đã được quan sát thấy bởi Tareke và cộng sự khi đun nóng thực phẩm trong phòng thí nghiệm Lượng vừa phải (5−50 g/kg) được phát hiện trong thực phẩm trong khi mức cao hơn (150−4000 g/kg) được tìm thấy trong thực phẩm giàu carbohydrate như củ dền và khoai tây Không acrylamide được tìm thấy trong thực phẩm chưa đun nóng hoặc luộc chín Tuy nhiên, Ezeji và công sự phát hiện ra rằng acrylamide được hình thành trong quá trình đun sôi hoặc hấp tinh bột Các axit amin khác sản xuất lượng acrylamide thấp bao gồm alanin, arginine, aspartic axit, cysteine, glutamine, methionine, threonine và valine [9].

3.1.3 Biện pháp hạn chế sự hình thành

Cần tránh ăn nhiều thực phẩm giàu carbohydrate được nấu chín ở nhiệt độ cao nhiệt độ (ví dụ: khoai tây chiên), thực phẩm có hàm lượng protein cao hơn dường như có lượng thấp hơn acrylamide và thực phẩm nấu quá chín Khuyến cáo mọi người nên tuân thủ nghiêm ngặt những điều sau: [5].

‒ Tiếp tục ăn một chế độ ăn uống cân bằng với nhiều trái cây và rau quả.

‒ Hạn chế ăn đồ chiên rán, nhiều dầu mỡ, đồ mặn.

‒ Thay thế bằng lò vi sóng.

‒ Duy trì cân nặng hợp lý.

‒ Bánh mì cần chia thành nhiều lát nhỏ khi nướng.

‒ Thực phẩm không nên rán hoặc nướng lại nhiều lần.

‒ Hạn chế dùng dầu đã qua sử dụng để rán.

‒ Khi chế biến thức ăn từ tinh bột và đường tránh quá lửa làm cho nhiệt độ quá cao trong thời gian dài.

‒ Bảo quản củ khoai tây ở nhiệt độ không thấp hơn 8−12 C.

‒ Tránh nhiệt độ chiên và nướng cao (> 180−190 C) (> 250 C).

PAHs

Hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) là một nhóm lớn các hợp chất hữu cơ bao gồm hai hoặc nhiều vòng benzen hợp nhất được sắp xếp theo nhiều cấu hình khác nhau

[27] Hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) là các hợp chất có hai hoặc nhiều vòng thơm hợp nhất, được tạo ra trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn các chất hữu cơ

[28] Ví dụ, sự lắng đọng của các hạt không khí trong quá trình nhiệt, chẳng hạn như nướng, hun khói, chiên và rang, là những con đường chính hình thành [29].

Hình 3.7: Cấu tạo của một số PAHs [27].

3.2.1 Cơ chế hình thành 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 C và xảy ra mạnh ở khoảng nhiệt độ 500−900 C đặc biệt là trên 700 C Khi nhiệt độ càng cao, PAHs tạo ra càng nhiều Sự nhiệt phân các chất hữu cơ khác như protein và carbohydrate cũng liên quan đến sự tạo thành PAHs nhưng nguyên nhân chủ yếu là sự nhiệt phân chất béo ở điều kiện thiếu oxy [30].

Khi thực phẩm tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt, sự nhiệt phân chất béo diễn ra, chất béo nóng chảy sẽ nhỏ giọt xuống nguồn nhiệt tạo ra PAHs sinh ra sẽ theo khói và được hấp phụ trên bề mặt sản phẩm.

3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng

❖ Ảnh hưởng của phương pháp chế biến:

‒ Nhiệt độ: Đối với các sản phẩm khác (chiên, nướng, quay ): khi nhiệt độ càng tăng thì lượng PAHs càng tăng đặc biệt là lượng BaP.

Hầu như tất cả các hợp chất PAHs đều tăng trong quá trình chiên, rán khi nhiệt độ dầu (mỡ) càng tăng.

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.

3.2.3 Biện pháp hạn chế sự hình thành

‒ 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 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.

3.2.4 Sự ảnh hưởng đối với sức khỏe

Các tác động cấp tính của PAH đối với sức khỏe con người chủ yếu phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc (ví dụ: khoảng thời gian), nồng độ của PAH trong khi tiếp xúc, độc tính của PAH và đường tiếp xúc, ví dụ, qua đường hô hấp, nuốt phải hoặc tiếp xúc với da Các yếu tố khác như tuổi tác và tình trạng sức khỏe từ trước cũng ảnh hưởng đến sức khỏe Tiếp xúc nghề nghiệp với các hỗn hợp chất ô nhiễm có hàm lượng PAH cao được biết là dẫn đến các triệu chứng như kích ứng mắt, buồn nôn, nôn mửa, tiêu chảy, Anthracene, benzo(a)pyrene và naphthalene là những chất gây kích ứng da trực tiếp trong khi anthracene và benzo(a)pyrene là được biết đến là chất gây mẫn cảm da, tức là nguyên nhân gây ra phản ứng dị ứng trên da ở động vật và người [31].

Những người lao động và công nhân thường xuyên tiếp xúc với hỗn hợp PAHs dễ mắc phải một loạt các vấn đề sức khỏe như tăng nguy cơ ung thư da, phổi, bàng quang và đường tiêu hóa [32] Tiếp xúc với PAHs cũng có thể dẫn đến đục thủy tinh thể, tổn thương thận và gan và vàng da [33] Da tiếp xúc nhiều lần với naphthalene có thể dẫn đến mẩn đỏ và viêm da Hít thở hoặc nuốt một lượng lớn có thể dẫn đến phá vỡ các tế bào hồng cầu [34] Hơn nữa, vì PAHs có khả năng can thiệp vào hệ thống nội tiết tố, chúng có thể gây ra những tác động có hại đến sinh sản và chức năng miễn dịch Tiếp xúc lâu dài với PAH được cho là có thể làm tăng nguy cơ tổn thương tế bào do đột biến gen và tử vong do tim phổi [35].

3.2.5 Các thực phẩm chứa PAHs Ở Tây Ban Nha, lượng BaP và tổng PAH hàng ngày lần lượt là 0,14 và 8,6 lg/ngày.

Là nhóm ngũ cốc (bánh mì, bánh quy, bánh ngọt, gạo, mì ống, ) loại chiếm 20% và 40% tương ứng của BaP và tổng số PAH trong lượng tiêu thụ hàng ngày Tiêu thụ bánh mì rất cao ở Tây Ban Nha; trong khi mức tiêu thụ bánh mì tươi giảm từ 82 xuống 56kg theo người và theo năm trong 20 năm qua, mức tiêu thụ bánh mì đóng gói đã tăng từ 3,3 lên 7,6kg theo người và năm [36] Không có mức tối đa nào của EU đối với PAH được quy định trong bánh mì Tuy nhiên, Ủy ban Khoa học về Thực phẩm (SCF) yêu cầu các thành viên EU phân tích chi tiết về tỷ lệ tương đối của các hợp chất này trong thực phẩm trong quy trình công nghệ.

Nướng bánh mì bao gồm một quá trình nhiệt cường độ cao, có thể được áp dụng bằng cách trực tiếp (nướng bằng lửa, nướng than hoặc nướng bằng lò gas) hoặc gián tiếp (nướng bằng lò điện) Mặc dù việc nướng bánh mì thương mại được thực hiện ở 220−250 C trong lò nướng điện, nhưng người tiêu dùng có thể dễ dàng đạt được nhiệt độ cao hơn tại nhà Kết quả của các quá trình nhiệt mạnh mẽ, quá trình cacbon hóa một phần có thể diễn ra trong bánh mì Việc xác định PAHs trong các mẫu thực phẩm bị cacbon hóa là một công việc rất phức tạp vì than hoạt tính là nguồn lý tưởng để hấp phụ/lưu giữ PAHs, làm cho việc chiết xuất chúng trở nên khó khăn hơn Việc xác định đòi hỏi kỹ thuật có độ nhạy và độ chọn lọc cao Cho đến nay, một số phương pháp luận đã được phát triển đã chọn chiết xuất PAH trong các loại thực phẩm khác nhau [36].

Do lỗ hổng kiến thức về mức PAH trong bánh mì nướng, một thiết kế thử nghiệm đã được xây dựng để điều tra 11 trong số 15 PAH gây đột biến và gây ung thư được liệt kê trong Quy định của Ủy ban 1881/2006 ngày 19 tháng 12 năm 2006 (Quy định của Ủy ban, 2006) trong bánh mì nướng theo các điều kiện khác nhau. Cyclopenta [c, d] pyrene không được xác định vì nó thiếu huỳnh quang và dibenzo [a, l] pyrene được chọn từ nhóm bốn đồng phân dibenzo [a, l] pyrene, dibenzo [a, e] pyrene, dibenzo−[a, i] pyrene và dibenzo [a, h] pyrene vì nó là chất gây ung thư cao nhất [37] Bằng cách này, các kết quả thu được có thể được sử dụng không chỉ để chọn những chất góp phần giảm thiểu sự hiện diện của chúng trong bánh mì nướng mà còn để thiết lập các giới hạn tối đa đối với PAH trong bánh mì Cuối cùng, một số mẫu bánh mì nướng thương mại đã được phân tích.

3.2.6 Các nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam

3.2.6.1 Công trình nghiên cứu PAHs trên thế giới

Furan

Furan (C 4 H 4 O) (CAS số 110-00-9) là một hợp chất hữu cơ dị vòng, bao gồm một vòng thơm năm cạnh với bốn nguyên tử cacbon và một nguyên tử oxy [46] Nó là một chất lỏng không màu, dễ bay hơi, có nhiệt độ sôi tương đối thấp là 31,3 C [47].

Nó là một trong những hợp chất tạo mùi thơm dễ bay hơi được hình thành trong một số loại thực phẩm được đun nóng thông qua sự phân hủy nhiệt của các thành phần thực phẩm tự nhiên Mặt khác, sự hiện diện của furan trong chế độ ăn uống được coi là mối quan tâm vì nó là chất gây ung thư cho động vật và được Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) phân loại là “có thể gây ung thư cho người” (Nhóm 2B) [46], [48], [49].

Hình 3.10: Cấu trúc hóa học của furan [46].

Kể từ khi phát hiện ra, việc theo dõi sự hình thành và mức độ furan trong thực phẩm đã trở thành một vấn đề thiết yếu đối với FDA, cơ quan này đã thực hiện hành động đầu tiên bằng cách công bố phương pháp phân tích trong thực phẩm và bắt đầu xây dựng cơ sở dữ liệu rộng rãi [50] Cơ sở dữ liệu bao gồm các loại thực phẩm khác nhau, chẳng hạn như cà phê, thức ăn cho trẻ em (cháo, nước trái cây), rau đóng hộp hoặc đóng hộp, sữa bột trẻ em, sản phẩm thịt, nước trái cây, cá, sản phẩm sữa, sản phẩm ngũ cốc, súp và nước sốt Mức furan trong những thực phẩm này nằm trong khoảng từ không phát hiện đến 174 g/kg [50] Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu (EFSA) cũng đã bắt đầu thu thập dữ liệu ở EU và công bố các báo cáo khoa học vào năm 2009, 2010 và 2011 về kết quả giám sát mức furan [51].

Việc làm sáng tỏ cơ chế hình thành furan là một vấn đề quan trọng để phát triển các chiến lược giảm thiểu Một số nghiên cứu mô hình đã được thực hiện để xác định các tiền chất tiềm năng và khai sáng các con đường hình thành [52] Báo cáo của EFSA đã chỉ ra rằng thực phẩm có hàm lượng carbohydrate cao có nhiều khả năng hình thành furan nhất [53] Các axit amin và đường khử tạo thành các sản phẩm phản ứng Maillard và quá trình oxy hóa lipid của các axit béo không bão hòa đa (PUFAs) hoặc triglyceride, carotenoid và axit ascorbic là nguyên nhân hình thành furan Trong số đó, axit ascorbic và chất béo không bão hòa đa (như axit linoleic và axit linolenic) được báo cáo là tiền chất hiệu quả nhất [54].

FDA Hoa Kỳ đã báo cáo rằng nhiều loại hỗn hợp carbohydrate/axit amin hoặc hệ thống mô hình protein (ví dụ: alanin, cysteine, casein) và vitamin (axit ascorbic, axit dehydroascorbic, thiamin) đã được sử dụng để sản xuất, phân lập và xác định furan trong thực phẩm [50] Các con đường tiềm ẩn của sự hình thành furan từ các thành phần khác nhau có trong thực phẩm được tóm tắt trong (Hình 3.11).

Hình 3.11: Tóm tắt các con đường có thể hình thành furan [55], [47].

Maga lần đầu tiên báo cáo rằng nguồn chính của furan trong thực phẩm là sự phân hủy nhiệt và sự sắp xếp lại của carbohydrate như glucose, lactose và fructose [48]. Nhiều nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng quá trình nhiệt phân cacbohydrat ở nhiệt độ khắc nghiệt lên đến 300 C đã tạo thành furan, 2-methylfuran (MF) và các dẫn xuất alkyl hóa khác [56], [57] Heyns đã tiết lộ rằng quá trình nhiệt phân của một số carbohydrate, D−erythrose, D−xylose, D−ribose, D−arabinose, L−sorbose, D−fructose, D−glucurono−6,3−lactone, cellobiose, maltose, lactose, sucrose, raffinose, amylose, amylopectin và cellulose, ở 300−500°C trong một thời gian ngắn đã tạo ra các sản phẩm dễ bay hơi giống nhau bao gồm furan.

Sự hình thành furan trong các hệ thống mô hình đã được Perez Locas và Yaylayan nghiên cứu rộng rãi bằng cách sử dụng phân tích nhiệt phân-GC-MS và các loại đường, axit amin và axit ascorbic được đánh dấu 13C [55] Nghiên cứu đã chỉ ra rằng furan có thể được hình thành từ sự phân hủy nhiệt của một số axit amin như serine và cysteine, dẫn đến việc hình thành hai chất trung gian aldehyde chính là acetaldehyde và glycolaldehyde Chúng có thể trải qua quá trình bổ sung aldol tạo thành 2-deoxyaldotetrose, chất này tiếp tục phản ứng để tạo thành furan [55]. Hexoses được phát hiện chủ yếu phân hủy thành các dẫn xuất aldotetrose để tạo ra furan mẹ Sự phân hủy nhiệt của hexoses dẫn đến sự hình thành 2−deoxy−3−ketoaldotetrose và 3−deoxyosone, các chất này tiếp tục phản ứng để tạo thành furan Phản ứng Maillard cũng là nguyên nhân hình thành furan Nghiên cứu tương tự cũng đã chứng minh thêm rằng một số axit amin như axit aspartic, threonine và α-alanin yêu cầu sự có mặt của một loại đường để tạo thành furan Một nghiên cứu khác được thực hiện bởi Cho và Lee cũng đã chứng minh rằng khi hệ thống mô hình ribose/serine được làm nóng ở 90, 121 và 150 C, nó chứa lượng furan cao hơn so với các hệ thống Maillard khác được thử nghiệm Tỷ lệ mol của các chất phản ứng cũng ảnh hưởng đến sự hình thành furan từ các hệ thống mô hình Maillard Hệ thống mô hình glucose/serine và glucose/alanin đã tạo thành furan cao nhất với tỷ lệ mol 0,5: 0,5 [58].

Owczarek-Fendor và cộng sự đã tiết lộ rằng việc bổ sung whey protein vào hệ thống thực phẩm mô hình dựa trên tinh bột đã tăng cường đáng kể việc tạo furan ở pH 4 và pH 6 khi có mặt glucose, fructose hoặc lactose Xu hướng ngược lại đã được quan sát đối với sucrose [59].

Axit ascorbic là một trong những tiền chất quan trọng của furan Nhiệt phân axit ascorbic có thể tạo ra furan thông qua sự hình thành gốc 2-deoxyaldotetrose, một tiền chất trực tiếp của furan mẹ Sự phân hủy oxy hóa của PUFAs tạo thành các sản phẩm peroxy hóa lipid như 4−hydroxy−2−butenal, sau đó trải qua phản ứng tuần hoàn và tạo thành furan [55] Becalski và Seaman đã chứng minh sự hình thành furan từ sự phân hủy axit ascorbic và từ quá trình oxy hóa axit béo không bão hòa đa ở nhiệt độ cao [60] Các nghiên cứu động học đã chỉ ra rằng quá trình oxy hóa axit ascorbic là bước quan trọng trong quá trình hình thành furan trong bột cà chua

Limacher, Kerler, Conde−Petit và Blank đã nghiên cứu sự hình thành furan từ axit ascorbic và các tiền chất liên quan trong các hệ thống mô hình mô phỏng các điều kiện chuẩn bị thực phẩm như rang và nấu bằng áp suất Các kết quả đã xác nhận rằng axit ascorbic là tiền chất chính của furan trong điều kiện rang mặc dù năng suất thấp (< 1 mol%) Điều kiện nấu nướng áp suất đã dẫn đến sự hình thành furan thấp hơn nhiều so với điều kiện rang Tuy nhiên, pH đã được phát hiện là đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành furan từ các hệ thống mô hình axit ascorbic được xử lý bằng nấu áp suất sao cho sự hình thành furan ở pH 4 (57,5 mol/mol) cao hơn nhiều so với pH 7 (3,69 mol/mol) Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã đề xuất acid ascorbic là tiền chất tiềm năng nhưng tùy thuộc vào độ pH [52].

Axit 2−Furaldehyde và axit 2−furoic, các sản phẩm phân hủy của axit ascorbic và axit dehydroascorbic, đã được báo cáo là tạo thành furan [52], [62] 2−Furaldehyde được tìm thấy là tiền chất của furan trong cả hệ thống mô hình khô và nước, trong đó acid 2−furoic chỉ có hiệu quả trong điều kiện rang [52].

3.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng

Tiệt trùng nhiệt áp suất cao được báo cáo là một quá trình thay thế cho chế biến nhiệt thông thường để làm cho thức ăn nhuyễn của trẻ em an toàn hơn về mặt furan

[63] Áp dụng thời gian lưu giữ ngắn và nhiệt độ từ 107 đến 121 C làm giảm hàm lượng furan từ 81% đến 96% so với đun sôi, ngay cả ở các điều kiện ngang bằng với quá trình khử trùng bằng nhiệt (F0 = 7 phút) Các tác giả nói thêm rằng cần phải mở rộng quy mô để xác nhận các phát hiện và triển khai công nghệ đầy hứa hẹn này trong ngành công nghiệp thực phẩm.

Gần đây, các hệ thống mô hình khác nhau được làm nóng ở 90, 121 và 150 C đã được thiết kế để làm sáng tỏ các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành furan [58].Trong số các hệ thống mô hình axit amin hoặc mô hình đường, mô hình ribose−serine chứa lượng furan lớn nhất trong khoảng từ 2,1 đến 4931,9 ng/ml.Nhiệt độ cho thấy ảnh hưởng ngày càng tăng đến sự hình thành furan trong tất cả các mô hình phản ứng nhị phân Maillard Axit furoic, một tiền chất của furan, tạo thành furan với số lượng lớn nhất nằm trong khoảng từ 1058,2 đến 13927,9 ng/ml.

3.3.3 Biện pháp hạn chế sự hình thành

Furan hình thành từ nhiều loại chất có trong thực phẩm, bao gồm vitamin C, carbohydrate, axit amin, axit béo không bão hòa và carotenoid Các điều kiện nấu nướng/chế biến giúp xác định lượng furan được hình thành và mất đi (chủ yếu do bay hơi) và lượng furan hiện diện khi thực phẩm được tiêu thụ Ví dụ do tính bay hơi của furan, việc đun lại các bữa ăn sẵn cho trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ trong chậu nước nóng không nấu đậy có thể làm giảm khoảng 15−30% khả năng tiếp xúc của chúng. Mức độ furan trong bánh mì nướng tăng lên theo thời gian nướng và với mức độ nâu Do đó, muốn giảm thiểu furan thì nên sử dụng các điều kiện chuẩn bị vừa phải (“Không nấu cháy; làm nâu nhạt”) Quá trình bay hơi từ thực phẩm được thúc đẩy bằng cách khuấy.

KẾT LUẬN

Thông qua kết quả phân tích cho thấy mức độ ô nhiễm PAHs trong các loại thực phẩm thông qua đường ăn uống là do các đặc tính cơ bản của thực phẩm và phương pháp chế biến thực phẩm tạo ra Các phương pháp chế biến gây ra ô nhiễm PAHs cho thực phẩm bao gồm chiên trong dầu và rang, đặc biệt là làm khô và nướng Qua đó chứng minh rằng chế biến các mẫu rau khô và bánh được chọn chế biến bằng phương pháp sấy khô cho thấy hàm lượng PAH thấp, với hàm lượng B(a)P thấp hơn ngưỡng EC Hơn nữa, B(a)P đã được phát hiện trong 44/65 mẫu mì ăn liền được thu thập Trong số 44 mẫu, nồng độ B(a)P cao hơn nồng độ tiêu chuẩn theo quy định của Ủy ban Chõu Âu (EC) (5 àg/kg) đó được xỏc định trong 7/44 mẫu Nồng độ PAHs (ND−182,8 àg/kg) và B(a)P (ND−11,9 g/kg) trong mỡ chiờn cao hơn hẳn so với trong mì không chiên ( ND−57,2 g/kg và ND−6,6 g/kg) Điều này cho thấy sự khác biệt về đặc tính nguyên liệu và công nghệ chế biến giữa mì chiên và mì không chiên Có thể kết luận rằng hàm lượng PAHs và B(a)P trong thực phẩm phụ thuộc nhiều vào nguyên liệu, phương pháp chế biến an toàn kết hợp với nguồn gốc và xuất xứ rõ ràng.

Có một số nghiên cứu được công bố về việc loại bỏ sự hình thành furan trong các loại thực phẩm khác nhau Các chất nền thực phẩm khác nhau cùng với các môi trường phản ứng khác nhau với nhiều biến số, chẳng hạn như thành phần (sự hiện diện của tiền chất, tức là đường, axit amin, axit ascorbic, PUFA), pH, nồng độ oxy và hàm lượng nước và có thể cần phương pháp tiếp cận cụ thể Mặt khác, các sản phẩm thực phẩm khác nhau yêu cầu và trải qua quá trình nhiệt liên quan, điều này cuối cùng quyết định hàm lượng furan cuối cùng của thực phẩm Loại bỏ tiền chất ra khỏi công thức thực phẩm, sửa đổi công thức hoặc quá trình nhiệt có thể không phải lúc nào cũng là cách tiếp cận khả thi, vì phải đạt được đặc tính cảm quan mong muốn hoặc an toàn vi sinh của thực phẩm cùng một lúc Là một hệ thống phức tạp,thực phẩm có thể có nhiều hơn một tiền chất tiềm năng dẫn đến hình thành furan thông qua các cơ chế khác nhau trong quá trình chế biến Giảm thiểu furan trong thực phẩm không phải là một nhiệm vụ dễ dàng Như đã xem xét trong chương này, không có phương pháp duy nhất nào được áp dụng để kiểm soát sự hình thành furan trong các loại thực phẩm Do đó, các nghiên cứu trong tương lai về phát triển các chiến lược hiệu quả và có thể áp dụng được khuyến nghị.

Acrylamide và furan đều là những chất gây ung thư tiềm tàng ở người xảy ra trong thực phẩm do nấu ăn hoặc chế biến nhiệt Cả hai hợp chất xuất hiện như là chất gây ô nhiễm thực phẩm quan trọng trong vài năm qua và nghiên cứu đang được tiến hành trong các lĩnh vực độc chất, phơi nhiễm, hình thành và giảm thiểu Tác động đầy đủ của những phát hiện này đối với các nhà chế biến và quản lý thực phẩm sẽ không rõ ràng cho đến khi nghiên cứu quan trọng được hoàn thành Với nghiên cứu về các chất gây ô nhiễm liên quan đến nấu ăn vẫn tiếp tục, có vẻ như nhiều hợp chất như vậy sẽ được phát hiện trong tương lai.

Các kết quả nghiên cứu trong đề tài này có thể là tiền đề để phân tích các chất độc cho các phòng thí nghiệm Ngoài ra, mở rộng thêm nhiều mẫu thực phẩm đa dạng khác để bảo vệ sức khỏe đồng thời đáp ứng nhu cầu ăn uống của người tiêu dùng.

KIẾN NGHỊ

Từ các nghiên cứu nhóm đã thu thập và tổng hợp lại các vấn đề có liên quan đến những chất ô nhiễm thực phẩm này, chúng là mối nguy ảnh hưởng đến sức khỏe của con người Người tiêu dùng cần có những thay đổi chế độ ăn uống hằng ngày một cách lành mạnh an toàn không tiêu thụ quá nhiều những thực phẩm chiên nướng,nhiều dầu mỡ Thay vào đó nên thay thế bằng những phương pháp chế biến khác vừa tạo cảm giác ngon miệng mà vừa bảo vệ sức khỏe.