Độc tố Acrylamide trong Sản xuất Thực phẩm và Tác hại của Chúng

ACRYLAMIDE

Cơ chế hình thành acrylamide

Khi có mặt nước thì base Schiff sẽ bị thủy phân tạo thành các tác nhân của phản ứng tạo acrylamide (con đường II) hoặc tham gia phản ứng đồng phân hóa để tạo thành hợp chất Amadori (con đường I), đây là hợp chất trung gian của chuỗi các phản ứng Maillard dẫn đến sự tạo thành 1- và 3 – deoxyosones, cuối cùng là phản ứng phân hủy các hợp chất này tạo ra màu sắc và hương vị đặc trưng cho sản phẩm.  Thông qua con đường II từ base Schiff qua một trong ba phản ứng sẽ tạo thành hợp chất azomethine ylide, đây là hợp chất rất quan trọng tạo ra acrylamide thông qua nhiều cách: trực tiếp từ hợp chất azomethine ylide, gián tiếp từ hợp chất β – emulation (hợp chất trung gian của phản ứng Maillard) hoặc sản phẩm deamine của 3- aminopropionamide (được tạo thành từ hợp chất azomethine ylide) [8].

Các yếu tố ảnh hưởng

 Ta thấy rằng khi nồng độ asparagine và glucose (%) càng tăng thì hàm lượng acrylamide (ppm) cũng càng tăng. Do đó ta có thể rút ra kết luận là asparagine có ảnh hưởng lớn hơn glucose đến sự tạo thành acrylamide. a) Kích thước của nguyên liệu hay tỉ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích nguyên liệu (S/. Trong quá trình xử lý nhiệt các triglyceride có thể bị thủy phân tạo thành các acid béo tự do, trong đó có lượng lớn các acid oleic và linoleic, các acid này bị oxy hóa tạo thành các hydroperoxides và sau đó tạo thành octanal và hexanal, cuối cùng các hợp chất này tác dụng với asparagine tạo thành acrylamide (cơ chế tạo acrylamide thông qua quá trình oxy hóa các hợp chất béo).

Phương pháp phân tích acrylamide

 Tác dụng của dung dịch acid ngoài việc làm giảm lượng các tác nhân của phản ứng còn có tác dụng giảm pH của dung dịch (giảm 1.2 và 1.5 đơn vị pH) từ đó chuyển trung tâm hạt nhân khuyết điện tử tự do của nhóm amine trong phân tử Asparagine (_NH2) thành nhóm amine mang điện tích dương (_NH3+) thay vì tạo thành base Schiff thông qua việc chuyển hạt nhân của nhóm α - amine sang vị trí nối đôi carbonyl (C=C) của phân tử đường khử để tạo thành phân tử acrylamide do đó làm ngừng phản ứng tạo acrylamide trong thực phẩm.  Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng acrylamide sinh ra trong quá trình chế biến gồm: những yếu tố không thuộc bản chất bên trong nguyên liệu (quá trình xử lý nông nghiệp, loại đất trồng, điều kiện chăm sóc, bảo quản.), những yếu tố thuộc bản chất bên trong nguyên liệu (thành phần hóa học của nguyên liệu đặc biệt là hàm lượng acid amine (asparagine) và đường khử) và các thông số công nghệ của quá trình chế biến: nhiệt độ, thời gian, độ ẩm, áp suất, pH.

HAAs

Nguoàn goác

 Đối với nhóm amino – imidazo – pyridines hay còn gọi là các hợp chất IP thì cơ chế tạo thành lại khụng thụng qua phản ứng Maillard và phản ứngù phõn hủy Strecker mà chúng được tạo thành trực tiếp từ các tác nhân như creatine (hoặc creatinine), carbonhydrates và các acid amine mà không cần sự có mặt của các pyridines, pyrazin và các gốc tự do trung gian.  Các hợp chất HAAs không chỉ được tạo thành trong quá trình xử lý nhiệt, theo nghiên cứu cho thấy HAAs vẫn có thể được tạo thành trong điều kiện nhiệt độ ôn hòa (khoảng 370C), do đó có thể rút ra kết luận rằng HAAs không chỉ được tạo thành trong quá trình chế biến mà còn cả trong quá trình bảo quản sản phẩm nữa.

Các yếu tố ảnh hưởng

Trong đó lượng MeIQx và PhIP khi chế biến bằng phương pháp nướng lò thường nhỏ hơn so với phương pháp nướng than và chiên áp chảo do cần thời gian chế biến ngắn hơn để nguyên liệu có thể đạt đến nhiệt độ bên trong bằng với hai phương pháp kia và khoảng cách giữa nguyên liệu với nguồn nhiệt là lớn hơn so với phương pháp chiên áp chảo (nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với bề mặt truyền nhiệt) hay phương pháp nướng than (nguyên liệu ở khoảng cách gần với nguồn nhiệt lớn). Khi thí nghiệm với hệ thống hiện đại với các tác nhân phản ứng là glucose, glycinie (đại diện của acid amine) và creatinine trong dung dịch là diethyleneglycol: nước (8: 2, v/v) ở 1200C trong 2 giờ với nồng độ glycine và creatinine cố định (0.4 M) ta thu được kết quả như sau:. Hình 3.11: Hàm lượng HAAs sinh ra với các nồng độ glucose khác nhau. Nhưng khi nồng độ glucose càng tăng >0.2%. thì lượng độc tố lại càng giảm. Do đó có thể thấy rằng khi hàm lượng glucose vượt quá nồng độ 0.2% thì nồng độ glucose càng tăng thì lượng HAAs tạo thành càng giảm. Khi tiến hành thí nghiệm về ảnh hưởng của các loại đường khử khác nhau đến hàm lượng độc tố nói chung và hàm lượng HAAs nói riêng trên thực phẩm ta cũng thu được kết quả tương tự như sau:.  Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của một số loại đường khử khác nhau đến hàm lượng độc tố nói chung và hàm lượng HAAs nói riêng trên sản phẩm thịt bò ở điều kiện chế biến là 2000C trong 20 phút:. đôi) nhưng sau đó giảm rất nhanh khi nồng độ dường khử đạt > 0.2% (đối với cả 3 loại đường khử: glucose, fructose và lactose) và khi nồng độ đường khử.

Các phương pháp phân tích

 Quá trình trích ly sử dụng blue cotton rất đơn giản: cho trực tiếp các mảnh blue cotton vào mẫu đã nghiền với nước (20mg/100ml), khuấy đều trong 30 phút, lấy các mảnh blue cotton (đã hấp phụ HAAs) rửa lại với nước và giải hấp phụ bằng dung dịch hữu cơ ưa nước, trong đó hiệu quả nhất là dung dịch methanol có chứa một ít ammonia (tỉ lệ 50:1) bởi vì ammonia có thể tăng hiệu quả giải hấp phụ bằng cách liên kết với trung tâm ion kim loại của chất hấp phụ. Để tăng hiệu suất của quá trình tinh sạch hiện nay người ta đã tạo ra nhiều hợp chất tương tự như blue cotton như Blue Rayon (Funakoshi Co. Ltd., Japan) chứa 30 μmol các hợp chất màu copper phthalocyanine trisulfonate/g khối lượng chất khô hoặc bột Blue chitin poly-N-acetylglucosamine (Funakoshi Co. Ltd., Japan) chứa 40 mol các hợp chất màu copper phthalocyanine trisulfonate/g khối lượng chất khô giúp tăng hiệu quả tinh sạch lên đến 75 – 94% so với blue cotton [43].

Biện pháp giảm hàm lượng độc tố

 Các chất chống oxy hóa tự nhiên hay nhân tạo (phenolic, butylated hydroxyanisole BHA, propylgallate PG, EGCC ..) đều có tác dụng kìm hãm các phản ứng tạo HAAs do có có khả năng kết hợp với các gốc tự do (của quá trình oxy hóa chất béo) hay các cation tự do pyrazine hình thành ở giai đoạn đầu của phản ứng Mailard, trong đó thì ascorbate và erythorbate là những chất có khả năng kết hợp với gốc tự do nhiều nhất, do đó có thể ngăn cản phản ứng tạo HAAs dù ở nồng độ raát thaáp.  Hành và tỏi là hai loại gia vị phổ biến trong chế biến thực phẩm vừa có tác dụng tăng thêm hương vị cho món ăn vừa có tác dụng tốt cho sức khỏe và theo nghiên cứu thì hành và tỏi còn có tác dụng giảm hàm lượng HAAs sinh ra trong quá trình chế biến thực phẩm, như ở nguyên liệu thịt bò do hai gia vị này có chứa nhiều các hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh như: allicin, diallyl disulfide (DAD), diallyl sulfide (DAS), dipropyl disulfide (DPD), allyl methyl sulfide (AMS), allyl mercaptan (AM) và dimethyl sulfoxde (DMSO) [47].

PAHs

Cấu tạo, tính chất

 Độ tan: 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, như đối với phân tử BaP có độ tan trong nước là 0.0038 mg/l và áp suất bay hơi là 5.0 x 10-7 torr và hệ số tỉ lệ phân tách giữa octanol và nước cao (6.04) nên có thể nói là BaP hầu như không tan trong nước.  Sự khác nhau về số vòng thơm còn dẫn đến sự khác nhau về khả năng hấp thu quang phổ tử ngoại: phân tử Phenanthrene có độ hấp thu mạnh nhất ở bước sóng 290 nm trong khi phân tử anthracene có độ hấp thu mạnh nhất ở bước sóng 380 nm [127].

Các yếu tố ảnh hưởng

 Qua đồ thị trên ta thấy rằng với cùng một phương pháp chế biến khi hàm lượng béo càng tăng thì lượng BaP tạo ra càng nhiều (tương tự lượng PAHs cũng càng nhiều), thịt vịt quay đã bỏ da và chất béo có thể giảm hơn 90% BaP so với da và mỡ quay (phương pháp nướng than) [79].  Quá trình tạo PAHs phụ thuộc nhiều vào phương pháp hun khói: Phương pháp hun khói có ảnh hưởng lớn đến thành phần và lượng PAHs sinh ra như là hun khói khói lạnh tạo ra lượng BaP thấp hơn rất nhiều so với phương pháp hun khói lò và phương pháp hun khói bằng gỗ, mùn cưa [6].

NITROSAMINE

 Tuy nhiên vẫn có một số nitrosamine được tạo thành từ các nguồn khác không phải là các acid amine như NDMA được tạo thành từ các muối ammonium tan trong nước như là choline, acetylcholine và betanine, tồn tại rất nhiều trong các cơ ở động vật hoặc từ mono-, di-, trimethylamine và ethylamine hay như nitrosopyrrolidine được tạo thành suốt quá trình chiên thịt từ các dẫn xuất chất béo không no [102]. Khi không sử dụng chất chống oxy hóa thì phản ứng giữa 50 mM dimethylamine và muối nitrite ở điều kiện pH 3.0 trong 8 giờ ở 370C sẽ tạo ra 78.9 ± 4.3 àM NDMA, nhưng khi sử dụng epicatechin monomer và epicatechin dimmer có thể giảm lượng lớn NDMA tạo thành, và khi nồng độ chất chống oxy hóa càng tăng thì hàm lượng NDMA tạo thành càng giảm, cú thể giảm 99% lượng NDMA khi nồng độ chất oxy húa đạt 500 àM [103].

3-MCPD

• Các biện pháp giảm hàm lượng độc tố

 Cơ chế bắt đầu từ sự thủy phân các triglyceride tạo thành các acid béo tự do thông qua nhiều bước: đầu tiên là sự tạo thành các phức chất dưới xúc tác của enzyme, tiếp theo là sự tấn công vào các trung tâm hạt nhân của phức chất tạo thành các hợp chất trung gian của tetrahedral và hemiacetal, cuối cùng thì các oxyanion được làm bền bằng hai hoặc ba liên kết hydro dẫn đến việc bẻ gãy các liên kết ester của cơ chất làm cho tetrahedral ngay lập tức bị phân tách tạo thành acyl – enzyme.  Về vấn đề đánh giá độ an toàn của 3-MCPD, Bộ Nông-Lâm-Ngư nghiệp cũng như Uỷ ban Khoa học Âu châu đã xác định được liều lượng thấp nhất có thể gây hại (LOAEL) trong nghiên cứu dài ngày ở chuột là 1.1mg/kg cân nặng (chuột)/ngày, và coi đây là liều lượng gần nhất so với liều NOAEL (nồng độ thử ở mức cao nhất không tìm thấy được khả năng gây tác hại) (vì không xác định được chính xác NOAEL, do đó trên thực tế khi tìm được liều thấp nhất có thể gây hại thì nó cũng gần sát với liều cao nhất không gây hại).