Giải Pháp Xác Định Kim Loại Vi Lượng Trong Nhiều Nền Mẫu Khác Nhau

Xác định kim loại vi lượng trong thực phẩm

Việc xác định kim loại mức vi lượng trong thực phẩm là rất quan trọng cho việc ghi nhãn bao bì nhưng trên hết là sự an toàn của người tiêu dùng. Nguồn ô nhiễm chính liên quan đến thực phẩm đến từ môi trường, ví dụ: từ đất, từ nước, nhưng ô nhiễm cũng có thể xảy ra trong quá trình chế biến thực phẩm. Bốn kim loại chính: asen, chì, cadmium và thủy ngân là mối quan tâm lớn nhất cho nhà sản xuất do tính độc hại của chúng đối với sức khỏe con người. Ngoài ra, nhiều kim loại khác có thể được yêu cầu cho mục đích ghi nhãn dinh dưỡng với hàm lượng chính xác. Trong hầu hết các trường hợp, phân tính các nguyên tố độc hại trong chất dinh dưỡng được phân tích bằng Quang phổ phát xạ plasma ghép nối cặp cảm ứng (ICP OES) hoặc Quang phổ phát xạ Plasma ghép nối khối phổ (ICP-MS).

Trước khi phân tích, việc chuẩn bị mẫu phải được thực hiện. Các loại thực phẩm khác nhau về thành phần chất béo, protein và carbohydrate, làm phức tạp quá trình chuẩn bị mẫu. Trong quá trình phá mẫu bằng axit, carbohydrate sẽ phân huỷ nhanh và có thể tạo ra điều kiện phản ứng tỏa nhiệt, trong khi protein và chất béo cần nhiệt độ cao hơn để phân huỷ hoàn toàn. Một cách phổ biến để giải quyết những khác biệt lớn có thể xảy ra này là chia lô các mẫu giống nhau về bản chất; nhược điểm của việc chia các mẫu theo nhóm tạo ra nút thắt cổ chai trong quá trình chuẩn bị mẫu.

CEM gần đây đã đi tiên phong trong việc tạo ra một tiến bộ lớn trong công nghệ phá mẫu bằng vi sóng. Kết hợp Single-Mode Cavity™ (SMC) với tốc độ xoáy nhanh, hệ thống phá mẫu vi sóng tự động BLADE™ có thể phân hủy các mẫu khó và nhiều mẫu khác triệt để, nhanh chóng, và không yêu cầu các mẫu phải tương tự trong một mẻ. BLADE tự động nạp từng mẫu vào khoang vi sóng để phân hủy bằng acid và làm mát axit. Sau khi hoàn thành, nó được đưa trở lại vị trí giá đỡ ban đầu và mẫu tiếp theo được xử lý. Mỗi bình có thể chứa một loại mẫu và axit tương ứng, mang lại sự linh hoạt tối đa cho quy trình làm việc trong phòng thí nghiệm

Giới thiệu

Mỗi năm, ước tính có khoảng 48 triệu người ở Hoa Kỳ mắc bệnh và 3.000 người chết vì các bệnh do thực phẩm gây ra. Trong nỗ lực hạn chế những con số thống kê đó, vào tháng 12 năm 2010, Quốc hội đã thông qua Đạo luật Hiện đại hóa An toàn Thực phẩm (FSMA) đã được ký thành luật vào tháng 1 năm 2011. Đạo luật này đã xem xét lại các quy định liên quan đến sản xuất thực phẩm và trao cho Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) nhiều quyền hơn để giám sát và thực thi chuỗi cung ứng.

Để giúp đảm bảo thực phẩm an toàn và tuân thủ các quy định mới này, FDA đã công bố các phương pháp phân tích mà các nhà sản xuất hoặc nhà nhập khẩu có thể sử dụng trong phòng thí nghiệm của họ. Một trong những phương pháp bao gồm Sổ tay phân tích nguyên tố của FDA (Element Analysis Manual) EAM 4.7 dành cho ICP–MS. Phương pháp phân tích này đặc biệt phác thảo quy trình chuẩn bị mẫu bằng cách sử dụng phân hủy axit có sự hỗ trợ của vi sóng.

Mục đích của nghiên cứu này là phát triển quy trình phá mẫu bằng vi sóng trên nhiều loại sản phẩm thực phẩm trong tháp dinh dưỡng, cũng như Tài liệu tham khảo tiêu chuẩn (SRM) sử dụng hệ thống phá mẫu bằng vi sóng CEM BLADE. Phương pháp FDA EAM 4.7 qua sửa đổi đã được sử dụng cho bước phân hủy axit. Các mẫu được phân tích để xác định kim loại của các thành phần chính cũng như tạp chất kim loại dạng vết của các mẫu đã chuẩn bị.

Nguyên liệu và phương pháp

Các mẫu được chọn, dựa trên thành phần của chúng, bao gồm một mẫu giàu protein (khô bò), tinh bột hoặc các dạng carbohydrate (gạo), cùng với hai loại thực phẩm giàu chất béo và dầu (sốt mayonnaise và dầu ô liu). Để bổ sung tính đa dạng cho danh sách mẫu, nghệ được đưa vào làm ví dụ về phân tích kim loại trong gia vị về cả độc tính và nguồn gốc địa lý. Ba Tài liệu tham khảo tiêu chuẩn NIST (SRM) cũng đã được thực hiện để xác nhận phương pháp luận. Chúng bao gồm Thịt đồng nhất (NIST SRM 1546a), Sữa bột nguyên chất (NIST SRM 1549a) và Rau bina xay nhuyễn (NIST SRM 2385).

Thiết bị sử dụng

Hệ thống phá mẫu tự động bằng vi sóng BLADE được sử dụng để chuẩn bị nhiều loại mẫu thực phẩm (Hình 1). BLADE là một hệ thống phá mẫu hiệu suất cao kết hợp tốc độ, cùng với sự đơn giản và tự động hóa để xử lý các mẫu theo trình tự. Các mẫu được cân vào bình thạch anh 60 mL có thanh khuấy và axit được thêm vào. Bình thạch anh được đậy bằng nắp bật giúp đơn giản hóa việc lắp ráp các bình. Các bình này sau đó được đưa vào một trong hai giá đỡ.

Hệ thống sẽ tự động nạp bình vào khoang phá mẫu. Bình phá mẫu được làm mát sau đó và đưa trở lại vị trí giá đỡ ban đầu. Sau khi hoàn thành, mẫu tiếp theo sẽ được xử lý tự động.

Mỗi mẫu đều được kiểm soát nhiệt độ và áp suất riêng, được ghi lại và lưu trữ. Máy ảnh tích hợp cho phép giám sát trực quan quá trình phá mẫu, giúp việc ghi nhận quá trình phá mẫu để phát triển phương pháp hoặc khắc phục sự cố đơn giản. Vì các mẫu được xử lý theo tuần tự, nên bất kỳ hỗn hợp nào giữa mẫu và axit đều có thể được đặt vào giá để phá mẫu mà không cần phải giống nhau. Các mẫu được phân tích trên thiết bị Agilent 7850 ICP-MS.

Chuẩn bị mẫu

Khoảng 0,5 gam của mỗi mẫu được cân trong bình phá mẫu thạch anh của BLADE. Một hỗn hợp axit gồm 4 mL HNO3, 0,5 mL HCl và 0,5 mL H2O2 được thêm vào mỗi bình, sau đó được đậy kín bằng nắp bật đơn giản. BLADE cho phép giảm thể tích axit, giúp pha loãng dễ dàng hơn, giá trị mẫu trắng thấp hơn và tiết kiệm chi phí cho thuốc thử. Để đơn giản hóa quy trình, cùng một chương trình đã được sử dụng cho mọi mẫu. Các thông số phân hủy được trình bày trong Bảng 1 bên dưới. Tất cả các mẫu được phân hủy ba lần và được làm sạch, không màu và không có hạt khi pha loãng thành 100 mL, ngoại trừ nghệ. Nghệ gia vị có nguồn gốc từ rễ của cây và do đó, sẽ hấp thụ các khoáng chất bao gồm cả silicat từ đất mà nó được trồng.

Kết quả là một lượng nhỏ hạt màu trắng vẫn còn trong mẫu đã phân hủy. Silicat cần axit flohydric (HF) để phá vỡ các liên kết đó và tạo ra sự hòa tan hoàn toàn. Có thể hoàn thành bước lọc trước khi phân tích nếu không có HF. Các mẫu cả trước và sau quá trình phân hủy được thể hiện trong Hình 2 và Hình 3.

Phân tích

Các kim loại cần phân tích được lựa chọn dựa trên các giá trị được chứng nhận của SRM, cũng như các mối quan tâm trong ngành sản xuất thực phẩm về các tạp chất kim loại vi lượng. Các mẫu được phân tích trên Agilent 7850 ICP-MS với các điều kiện được liệt kê trong Bảng 2. Các điều kiện được liệt kê được sử dụng để phân tích tất cả các nguyên tố . Ngoại trừ Ca, Fe và Se được phân tích bằng chế độ điều chỉnh “H2”. Các nguyên tố sau đây được sử dụng làm chất nội chuẩn: Li, Sc, Ge, In, Rh và Tb. Không có kỹ thuật pha loãng khí nào được sử dụng cho nghiên cứu này.

Kết quả và thảo luận

Các chất tham chiếu (SRMs) được chọn đại diện cho ba nguyên liệu thực phẩm có thành phần khác nhau, bao gồm rau, thịt và sản phẩm từ sữa. Tỷ lệ thu hồi dao động từ 87 – 105% với phần lớn tỷ lệ thu hồi từ 95 đến 100%, như thể hiện trong Bảng 3. Kết quả xác nhận rằng bước chuẩn bị mẫu đã cung cấp một chất nền lý tưởng cho phân tích ICP-MS.

Mặc dù không có mẫu nào có giá trị cao trong số bốn kim loại lớn (As, Pb, Cd, Hg), nhưng có một vài điểm nổi bật được quan tâm đối với gạo, thịt bò khô và nghệ. Mẫu gạo cho thấy hàm lượng As cao nhất, đã được báo cáo trong nhiều nghiên cứu khác nhau trong những năm gần đây, nhưng nó không ở mức gây lo ngại. Kẽm là một nguyên tố thường được sử dụng làm chất bổ sung thức ăn chăn nuôi được phát hiện có hàm lượng cao nhất trong mẫu thịt bò khô. Nghệ cho thấy hàm lượng Pb cao. Chì cromat là một chất tạp nhiễm phổ biến được tìm thấy trong các loại gia vị như nghệ, đang ngày càng trở thành mối lo ngại về an toàn thực phẩm. Để xác định mức độ rộng trong nghiên cứu này, cần phải hoàn thành thêm công việc nghiên cứu.

Phần kết luận

BLADE phá mẫu thành công nhiều loại mẫu thực phẩm trong quá trình chuẩn bị mẫu. Với một phương pháp được lập trình duy nhất và chỉ yêu cầu lượng nhỏ axit, BLADE đã chứng minh khả năng đơn giản hóa phương pháp chuẩn bị mẫu. Nồng độ axit giảm trong các mẫu pha loãng là lý tưởng để đạt được các giới hạn phát hiện thấp hơn và kéo dài tuổi thọ của phần cứng cho ICP-MS. Nhiệt độ cao được sử dụng trong quy trình, cùng với quá trình khuấy liên tục, cho phép phá hủy hoàn toàn chất nền hữu cơ. Điều này giúp giải pháp có giá trị thu hồi tuyệt vời cho tất cả các nguyên tố được chứng nhận cho ba chất tham chiếu SRM. Với thời gian phá mẫu nhanh và tự động hóa, BLADE cho phép thực hiện nhiều tác vụ trong phòng thí nghiệm để giúp hợp lý hóa và đơn giản hóa quy trình làm việc.

Nếu quý khách quan tâm đến BLADE hoặc có bất cứ câu hỏi nào liên quan, hãy để lại thông tin bên dưới cho Việt Anh.