Xác định một số chất tạo ngọt nhóm polyols trong thực phẩm bằng phương pháp điện di mao quản sử dụng detector đo độ dẫn không tiếp xúc (CE c4d)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Thị Thu Phƣợng XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHẤT TẠO NGỌT NHÓM POLYOLS TRONG THỰC PHẨM BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN DI MAO QUẢN SỬ DỤNG DETECTOR ĐO ĐỘ DẪN KHÔNG TIẾP XÚC (CE – C D) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - PHẠM THỊ THU PHƢỢNG XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHẤT TẠO NGỌT NHÓM POLYOLS TRONG THỰC PHẨM BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN DI MAO QUẢN SỬ DỤNG DETECTOR ĐO ĐỘ DẪN KHÔNG TIẾP XÚC (CE – C D) Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 8440112.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ THỊ HỒNG HẢO PGS.TS NGUYỄN THỊ ÁNH HƢỜNG Hà Nội, 2019 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Thị Hồng Hảo PGS.TS Nguyễn Thị Ánh Hƣờng giao đề tài, nhiệt tình hƣớng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình thực luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn công ty 3S Analysis(http://www.3sanalysis.vn) thiết kế lắp đặt hỗ trợ trang thiết bị, nhƣ tƣ vấn kỹ thuật trình thực nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy khoa Hóa học nói chung Bộ mơn Hóa Phân tích nói riêng dạy dỗ, bảo động viên thời gian học tập trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn CN Lƣu Thị Trang cán Viện kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm Quốc gia hỗ trợ trình thực nghiên cứu Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn học viên sinh viên Bộ mơn Hóa phân tích giúp đỡ thời gian học tập nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Học viên Phạm Thị Thu Phƣợng MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chất tạo 1.2 Phân loại chất tạo 1.3 Giới thiệu chung số chất tạo nhóm Polyols: Erythritol, Maltitol, Xylitol 1.3.1 Thông tin chung 1.3.2 Tính chất, ứng dụng tác hại Erythritol, Maltitol, Xylitol 1.4 Quy định chất tạo 1.5 Tổng quan phương pháp phân tích chất tạo nhóm Polyols 1.5.1 Phương pháp sắc kí lỏng hiệu cao 1.5.2 Phương pháp điện di mao quản (CE) 11 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 18 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 18 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 18 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 18 2.2 Phương pháp nghiên cứu 18 2.2.1 Phương pháp phân tích 18 2.2.2 Phương pháp xử lý mẫu 19 2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu 19 2.3 Trang thiết bị hóa chất 19 2.3.1 Các dụng cụ thiết bị sử dụng 19 2.3.2 Hóa chất 20 2.4 Các thông số đánh giá độ tin cậy phương pháp phân tích .21 2.4.1 Giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ) phương pháp phân tích 21 2.4.2 Độ chụm (độ lặp lại) phương pháp 21 2.4.3 Độ (độ thu hồi) phương pháp 22 CHƢƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23 3.1 Khảo sát điều kiện tối ưu nhằm phân tích đồng thời chất tạo nhóm Polyols phương pháp CE – C D 23 3.1.1 Khảo sát thành phần pH dung dịch đệm điện di 23 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đệm 26 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian bơm mẫu 27 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng tách 28 3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng chiều cao bơm mẫu 29 3.2 Đánh giá phương pháp phân tích 31 3.2.1 Xây dựng đường chuẩn xác định chất tạo nhóm Polyols 31 3.2.2 Giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ) phương pháp 33 3.2.3 Đánh giá độ chụm (độ lặp lại) 34 3.2.4 Độ (độ thu hồi) 34 3.3 Phân tích mẫu thực thực tế 39 3.3.1 Mẫu bánh, kẹo 39 3.3.2 Mẫu nước giải khát 40 3.3.3 Mẫu nguyên liệu 41 3.4 Kết phân tích phương pháp CE-C D đối chứng phương pháp HPLC 42 KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thông tin chung ba chất tạo lựa chọn nghiên cứu .4 Bảng 1.2: Tổng hợp phương pháp phân tích chất tạo nhóm Polyols 16 Bảng 3.1: Điều kiện tối ưu phân tích chất tạo nhóm Polyol 30 Bảng 3.2: Sự phụ thuộc diện tích pic vào nồng độ chất chất tạo 31 Bảng 3.3: Kết so sánh giá trị a với giá trị phương trình đường chuẩn Erythritol, Maltitol Xylitol 33 Bảng 3.4: Giới hạn phát chất tạo phương pháp điện di mao quản 33 Bảng 3.5: Phương trình đường chuẩn, giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ) chất tạo 34 Bảng 3.6: Độ lặp lại phương pháp CE-C D định lượng Erythritol, Maltitol Xylitol 34 Bảng 3.7: Độ phương pháp dựa thêm chuẩn Erythritol .35 Bảng 3.8: Độ phương pháp dựa thêm chuẩn Maltitol 35 Bảng 3.9: Độ phương pháp dựa thêm chuẩn Xylitol 35 Bảng 3.10: Kết phân tích đối chứng phương pháp CE – C D với phương pháp HPLC 42 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Phân loại chất tạo Hình 1.2: Mặt cắt ngang bề mặt mao quản 12 Hình 1.3: Lớp điện tích kép bề mặt mao quản 12 Hình 1.4: Các kĩ thuật bơm mẫu phương pháp điện di mao quản 13 Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc .14 Hình 1.6: Sơ đồ biểu diễn cấu trúc (A) mạch điện tương đương (B) cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc 14 Hình 2.1: Ảnh chụp hệ thiết bị CE-C D triển khai Việt Nam 19 Hình 3.1: Điện di đồ Polyols pH khác đệm His/Boric 23 Hình 3.2: Điện di đồ Polyols pH khác đệm Tris/Boric 24 Hình 3.3: Điện di đồ Polyols pH khác đệm Arg/Boric 24 Hình 3.4: Điện di đồ Polyols pH khác đệmBorat/Boric 25 Hình 3.5: Điện di đồ Polyols hệ đệm khác 25 Hình 3.6: Điện di đồ Polyols nồng độ đệm khác đệm Borat/Boric 26 Hình 3.7: Điện di đồ chất tạo với thời gian bơm mẫu khác .27 Hình 3.8: Điện di đồ chất tạo với tách khác 29 Hình 3.9: Điện di đồ chất thay đổi chiều cao bơm mẫu .30 Hình 3.10: Điện di đồ điều kiện tối ưu tách chất tạo nhóm Polyol 31 Hình 3.11: Đường chuẩn chất tạo nhóm Polyols .32 Hình 3.12: Điện di đồ xác định chất nhóm Polyols bánh 40 Hình 3.13: Điện di đồ xác định chất nhóm Polyols kẹo 40 Hình 3.14: Điện di đồ phân tích chất tạo nhóm Polyols nước giải khát 41 Hình 3.15: Điện di đồ phân tích chất tạo nhóm Polyols mẫu nguyên liệu 42 Hình 3.16: Kết so sánh phương pháp HPLC, CE-C D chất phân tích Maltitol Xylitol 43 Tên viết tắt Ery Arg CAD CD CE ELSD EOF His HPLC Leff Ltot LOD LOQ Mal %RSD Tris UPLC UV - Vis Xyl MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, đời sống ngƣời ngày đƣợc cải thiện, đặc biệt chất lƣợng lƣơng thực, thực phẩm nhằm đáp ứng đƣợc nhu cầu dinh dƣỡng nhƣ phải thay đổi mùi vị, màu sắc để phù hợp với thị hiếu ngƣời tiêu dùng Kéo theo đó, bệnh liên quan đến dinh dƣỡng nhƣ béo phì, tiểu đƣờng, máu nhiễm mỡ ngày gia tăng mối lo ngại ngƣời nhiều quốc gia, có Việt Nam Nguyên nhân việc dƣ thừa dinh dƣỡng tiêu thụ nhiều sản phẩm có chứa đƣờng (cacbohydrate) Để khắc phục tình trạng nhà sản xuất đƣa chất tạo Acesulfam K, đặc biệt chất tạo nhóm Polyols (Erythritol, Maltitol, Xylitol, Sorbitol, Mannitol,…) để thay đƣờng truyền thống Các chất tạo nhóm Polyols có nguồn gốc tự nhiên, đƣợc sử dụng với mục đích thay đƣờng cho ngƣời ăn kiêng, nhiên tiêu thụ vƣợt ngƣỡng (>50g Polyols/ngày) gây tƣợng đầy tiêu chảy, triệu chứng thích ứng theo thời gian [7] Các chất tạo nhóm Polyol có mùi vị phù hợp với nhiều đối tƣợng ngƣời tiêu dùng nên sản phẩm chứa chất tạo nhóm đƣợc cung cấp nhiều thị trƣờng Do đó, việc kiểm sốt hàm lƣợng chất tạo nhóm Polyols thực phẩm, đặc biệt sản phẩm phổ biến nhƣ bánh kẹo, nƣớc giải khát cần thiết cần đƣợc quan tâm Hiện nay, số phƣơng pháp thƣờng đƣợc sử dụng để xác định hàm lƣợng polyols kể tới: Sắc kí lỏng hiệu cao (HPLC) sử dụng detector khác nhƣ: tán xạ (CAD), tử ngoại (UV), tán xạ bay (ELSD), ; phƣơng pháp diện di mao quản với detector nhƣ: UV, đo độ dẫn không tiếp xúc (C D) Tuy nhiên với ƣu điểm thời gian phân tích nhanh, xác, quy trình xử lý mẫu đơn giản thiết bị nhỏ gọn, phù hợp để phân tích trƣờng, phƣơng pháp điện di mao quản sử dụng detector đo độ dẫn không tiếp xúc (CE-C D) đƣợc lựa chọn nghiên cứu Đề tài nghiên cứu ―Xác định số chất tạo nhóm polyols thực phẩm phương pháp điện di mao quản sử dụng detector đo độ dẫn không tiếp xúc (CE-C D)‖ đƣợc thực dựa tạo anion - phức có dạng [B(polyol)] chất tạo nhóm Polyols kết hợp với Borat (B), hi vọng góp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu phát triển phƣơng pháp xác định đồng thời chất tạo nhóm Polyols nói riêng lĩnh vực vệ sinh an tồn thực phẩm nói chung CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chất tạo Phụ gia thực phẩm chất đƣợc bổ sung thêm vào thực phẩm để bảo quản hay cải thiện hƣơng vị bề ngồi chúng giúp tạo cảm giác ƣu thích cho ngƣời dùng Phụ gia thực phẩm có hàm lƣợng dinh dƣỡng thấp khơng có, đƣợc thêm vào sản phẩm với mục đích khác ngƣời sản xuất (theo tổ chức lƣơng thực nông nghiệp liên hiệp quốc FAO) Thơng thƣờng chất có hàm lƣợng thấp dùng để cải thiện tính chất cảm quan, cấu trúc, mùi vị nhƣ bảo quản sản phẩm Theo Codex (Uỷ ban Tiêu chuẩn hóa thực phẩm quốc tế), phụ gia thực phẩm chất có hay khơng có giá trị dinh dƣỡng, mà thân khơng đƣợc tiêu thụ thông thƣờng nhƣ thực phẩm không đƣợc sử dụng nhƣ thành phần thực phẩm, việc bổ sung chúng vào thực phẩm nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ sản xuất, chế biến, đóng gói, bảo quản, vận chuyển thực phẩm nhằm cải thiện kết cấu đặc tính kĩ thuật thực phẩm Phụ gia thực phẩm khơng bao gồm chất ô nhiễm chất đƣợc bổ sung vào thực phẩm nhằm trì hay cải thiện thành phần dinh dƣỡng thực phẩm Chất tạo phụ gia thực phẩm, đƣợc sử dụng phổ biến công nghiệp chế biến bảo quản thực phẩm Có nhiều nhóm chất tạo khác đƣợc phân loại theo cấu trúc hay tính chất hóa học Đến nay, nhà khoa học phát hàng trăm chất hóa học có khả tạo vị Chúng có nguồn gốc từ thực vật đƣợc sản xuất phƣơng pháp tổng hợp, bán tổng hợp nhƣng có số đƣợc phép sử dụng cơng nghệ thực phẩm Tùy vào quy định quốc gia, mà danh mục chất tạo ngọt, hay hàm lƣợng cho phép sử dụng khác 1.2 Phân loại chất tạo Có thể phân loại chất tạo thành hai nhóm chính: nhóm có giá trị dinh dƣỡng khơng có giá trị dinh dƣỡng Cụ thể đƣợc minh họa nhƣ hình 1.1: ppm) đáng tin cậy Hàm lƣợng chất tạo mẫu phân tích hầu hết nằm khoảng cơng bố nhà sản xuất 43 KẾT LUẬN Trong phạm vi nghiên cứu với mục tiêu đặt nghiên cứu ứng dụng thiết bị điện di mao quản sử dụng detector độ dẫn khơng tiếp xúc nhằm mục đích xác định đồng thời hàm lƣợng số chất tạo nhóm polyols (Erythritol, Maltitol, Xylitol) mẫu thực phẩm, đề tài đạt đƣợc số kết sau: - Khảo sát tối ƣu hóa điều kiện phân tích đồng thời bốn chất tạo ngọt: Erythritol, Maltitol, Xylitol phƣơng pháp điện di mao quản sử dụng detector độ dẫn không tiếp xúc Với điều kiện tối ƣu nhƣ sau: + Dung dịch đệm điện di: 10mM Borat/Boric (pH = 8) +Thế điện di: +15kV +Thời gian bơm mẫu: 80s +Bơm mẫu kiểu thủy động lực học xiphông, chiều cao bơm mẫu: 20cm - Xây dựng đƣờng chuẩn cho chất phân tích khoảng nồng độ Erythritol,Maltitol, Xylitol từ 20-100ppm, đƣờng chuẩn đạt đƣợc hệ số tƣơng quan tốt (R ≥ 0,9992), với giá trị LOD cho Ery, Mal, Xyl lần lƣợt 0,5 ppm; 1,4 ppm; 3,5 ppm giá trị LOQ tƣơng ứng cho 03 chất 1,5 ppm; 4,5 ppm; 11,5 ppm - Đã áp dụng phân tích hàm lƣợng chất tạo số mẫu thực tế nhƣ nƣớc giải khát (turi, pepsi, bò húc, cocacola ), bánh, kẹo mẫu nguyên liệu Kết cho thấy, phát Polyols bánh số 2, mẫu kẹo 1,2,3; mẫu nguyên liệu 1,2,3 Trong nƣớc giải khát không phát hàm lƣợng Polyols, Erythiritol mẫu bánh số 19,9% tổng hàm lƣợng đƣờng Hàm lƣợng Xylitol mẫu kẹo cao su dao động khoảng 30,1 đến 40,2%, Maltitol mẫu kẹo số số 8,29% 32,2% - Đã phân tích đối chứng kết hàm lƣợng chất phân tích mẫu thực tế phƣơng pháp sắc kí lỏng hiệu cao HPLC Viện Kiểm nghiệm An toàn Vệ sinh Thực phẩm Quốc Gia thực Kết cho độ sai khác hai phƣơng pháp nằm khoảng