1. Về 3-MCPD: Tên đầy đủ là 3-monochloropropane-1,2-diol hay 3-chloro-1,2-propanediol
Mức độ độc hại của các dẫn xuất chloropropanol
Những nghiên cứu về độc tính của 3-MCPD thực hiện trên vi sinh vật, chuột bạch và chuột cống cho thấy: Khi tiêm 3-MCPD có nguyên tử đánh dấu 14C trên chuột cống ở liều 100mg/kg thể trọng thấy 30% bài tiết dạng CO2, 8,5% bài tiết nguyên trang qua nước tiểu. Một nghiên cứu khác tương tự, dùng phương pháp đánh dấu 36Cl thì nhận thấy 23% bài tiết qua nước tiểu ở dạng beta-chlorolactate. Chứng tỏ có đào thải.
Theo công bố của WHO FOOD ADDITIVES SERIES 48 dựa trên nhiều kết quả nghiên cứu thì sự chuyển hóa 3-MCPD ở động vật có vú chủ yếu là tạo thành betachlorolactate, và axit oxalic, trong khi chuyển hóa ở vi khuẩn chủ yếu tạo glycidol là một chất gây đột biến gen. Beta-chlorolactate có tác dụng kìm hãm một số enzyme làm giảm hoạt tính của tinh trùng, ảnh hưởng đến tính năng sinh sản của chuột. Tăng nồng độ ure và creatin trong máu ảnh hưởng đến chức năng thận. Liều gây chết tỷ lệ 50% (LD50) của 3-chloro-1,2-propanediol qua đường miệng đối với chuột cống là 150 mg/kg thể trọng (Ericsson & Baker, 1970).
Đánh giá định lượng 3-MCPD (FDA Mỹ năm 2000) về khả năng gay ung thư ở chuột đã xác định liều dùng 2,1 jg/kg thể trọng một ngày có xác suất gây ung thư ở chuột cống là 1/106. Cơ quan này không khẳng định được 3-chloro-1,2-propanediol có phải là một chất gây ung thư ở người hay không.
Ủy ban khoa học Thực phẩm EU (SCF) Joint WHO/FAO Expert Committee on Food Additives (JECFA) đã khuyến cáo về ngưỡng 3-MCPD tối đa mỗi ngày (Tolerable Daily Intake) là 2 ìg/kg thể trọng.
Điều kiên hình thành độc tố
Nghiên cứu phản ứng hình thành và phân hủy 3-MCPD (DOLEZAL M. ; CALTA P. ; VELISEK J 2004) thấy rằng:
Phản ứng này tạo ra các sản phẩm: monochloropropanol, dichloropropanol, monochloropropanediol, nhưng nhiều nhất là 1,3- dichloro- 2- propanol (1,3- DCP) và 3- monochloropropanol (3- MCPD).
Cường độ phản ứng tạo 3-MCPD phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ. Ở điều kiện tối ưu là 2300C thì lượng 3-MCPD tạo thành là 50 mg/kg glycerol tham gia phản ứng. Ở 1000C hàm lượng 3-MCPD sinh ra chỉ là 0,6mg/kg.
Hằng số tốc độ phản ứng k1 tạo 3-MCPD từ glycerol nhỏ hơn hằng số tốc độ phản ứng k2 phân hủy 3-MCPD.
2. Thực phẩm nào có chứa 3-MCPD
Kết quả khảo sát 300 mẫu thực phẩm, 90 mẫu nước tương và nhiều phụ liệu thực phẩm ở châu Âu và Canada thấy rằng 89/300 sản phẩm thực phẩm được khảo sát có chứa 3-MCPD, gồm các sản phẩm nướng (bánh mì, bánh qui mặn…), sản phẩm rang (cà phê) hàm lượng trung bình 0,012ppm, các phụ liệu là dextrin vàng sản xuất bằng phương pháp axit, malt bia cũng có chất này
Trong số các thực phẩm được khảo sát thì nước tương, dầu hào là những sản phẩm có hàm lượng 3-MCPD cao nhất mà nguyên nhân là phương pháp sản xuất. 22% số mẫu tương EU phân tích có độc tố chloropropanol, hàm lượng cao nhất tìm thấy là 93ppm.
Hàm lượng trung bình của 90 mẫu nước tương xét nghiệm ở Canada là 18ppm, trong đó mẫu có hàm lượng cao nhất là 330ppm.
Nước tương do làm gia vị, được dùng trong bữa ăn hoặc dùng trong chế biến, nên lượng sử dụng nhỏ, chiếm khoảng từ 0,1 đến 1% hàm lượng thức ăn.
3. Làm thế nào để sản xuất nước tương không có chloropropanol
Nước tương, xì dầu, tàu vị yểu… là các sản phẩm thủy phân từ protein thực vật còn gọi chung là HVP (hydrolyzed vegetable protein).
Ở Việt Nam, nước tương là sản phẩm thực phẩm truyền thống được sử dụng phổ biến khắp 3 miền Bắc, Trung, Nam.
Nguyên liệu:
Nguyên liệu sản xuất tương là các nguồn protein thực vật, có thể từ hạt:
– Lúa mì,
– Ngô hạt (bắp)
– Đậu nành
Hay từ bánh khô dầu đậu nành, đậu phụng hoặc gluten bột mì, gluten bắp
Hiện tại ở Việt Nam có các nguồn nguyên liệu như sau đang được sử dụng:
Bã khô đậu nành trích ly của Argentina
Bã khô đậu phộng trích ly của Ấn độ
Bã khô đậu nành trích ly của Mỹ
(Đậu nành từ Mỹ và Argentina là GMO)
Bánh khô dầu đậu phộng ép thủ công còn 5-8% chất béo
Bánh khô dầu đậu phộng ép công nghiệp còn 3-5% chất béo
Hàm lượng protein tổng trong các nguyên liệu này 42-50%. Hàm lượng chất béo từ 0,1 đến 8%
Công nghệ:
Sự thủy phân protein là cơ sở của các phương pháp công nghệ chế biến nước tương
Bản chất của sự thủy phân protein là sự thủy phân liên kết peptide.
Do liên kết peptide là một liên kết mạnh, sự thủy phân xảy ra trong điều kiện có xúc tác.
Tác nhân xúc tác hóa học là axit hoặc kiềm và tác nhân xúc tác hoá sinh học là nhóm enzym thủy phân protein có tên chung là protease.
Trong chế biến, sự thủy phân protein được ứng dụng để thu nhận các sản phẩm thủy phân hoàn toàn hoặc thu nhận các sản phẩm thủy phân chưa hoàn toàn.
Các sản phẩm thủy phân chưa hoàn toàn (Protein hydrolysates) hay bị đắng,
Nhất là khi nó được thủy phân bởi các protease của vi khuẩn. Vị đắng liên quan tới các peptide chứa các axit amin kỵ nước. Sản phẩm có vị đắng khi mức độ thủy phân, chỉ đạt từ 4 đến 40%. Vị đắng chỉ ảnh hưởng đến tính chất cảm quan, không ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng.
Để sản xuất nước tương có tới 3 phương pháp công nghệ: công nghệ vi sinh, công nghệ hóa học và công nghệ enzym.
Phương pháp công nghệ axit
Ở nước ta cho tới nay nước tương công nghiệp được sản xuất từ bánh dầu chủ yếu bằng phương pháp thủy phân hóa học sử dụng tác nhân xúc tác là HCl. Quy trình công nghệ như sơ đồ sau:
Dùng HCl nồng độ 6-10 N, nhiệt độ 100 – 1800C, thời gian thủy phân 24 đến 72 giờ.
Nếu gia tăng áp suất, sẽ giảm được thời gian.
Do nhiệt độ cao và nồng độ axit đặc, một số axit amin bị phá huỷ trong quá trình thuỷ phân. Tryptophan bị phá hủy hoàn toàn, các axit amin chứa lưu huỳnh bị mất 10-30%.
Các axit amin chứa nhóm -OH bị phân hủy một phần
Trong thực tế phương pháp thuỷ phân bằng axit đã được ứng dụng trong kỹ nghệ sản xuất nước tương hóa giải còn gọi là xì dầu hay tàu vị yểu. Phương pháp thuỷ phân bằng axit có ưu điểm là rẻ và nhanh, hiệu suất thuỷ phân cao từ 85 đến 90%, thời gian và quy trình sản xuất được rút ngắn, sản phẩm giàu axit amin và dễ bảo quản. Mùi vị nước tương rất ngọt và thơm. Nhược điểm của thuỷ phân bằng axit là: Chi phí năng lượng và thiết bị cao do phải chịu nhiệt và chống axit ăn mòn, việc sử dụng HCl đặc độc hại và gây ô nhiễm môi trường, trong quá trình thuỷ phân ở nhiệt độ cao với xúc tác axit HCl đặc, sẽ làm phân hủy hoàn toàn Trp và một phần Thr, Ser, Met, Cys. Ngoài ra khi nồng độ HCl cao và nhiệt độ cao thường xảy ra phản ứng giữa Cl2 hoặc HCl với glycerol có trong chất béo sinh độc tố 3-MCPD.
Theo quy định của Bộ Y tế Việt Nam về an toàn thực phẩm, nồng độ tối đa cho phép trong sản phẩm nước tương là 1mg/kg. Ở các nước EU giới hạn hàm lượng 3-MCPD trong nước tương là 0,02ppm.
Chọn công nghệ thay thế
Về nguyên tắc có thể dùng kiềm để thủy phân nhưng tại sao trong công nghiệp rất hạn chế thủy phân protein bằng kiềm.
Sử dụng xúc tác kiềm là NaOH, nồng độ 4-8 N, nhiệt độ 100 – 1100C, thời gian 24 đến 36 giờ. Thủy phân trong điều kiện này thì tryptophan được bảo toàn, nhưng xảy ra hiện tượng racemic hóa. Sản phẩm thủy phân là hỗn hợp racemic D,L-aminoacid, làm giảm giá trị dinh dưỡng. Ngoài ra còn xảy ra sự oxy hóa một số axit amin khác.
Kiềm xúc tác cho phản ứng tạo lysinoalanine làm giảm lysine trong thực phẩm
Vì vậy trong sản xuất thực phẩm ít khi dùng kiềm để thủy phân protein
Phương pháp công nghệ vi sinh
Giống như sản xuất nước mắm tận dụng nguồn enzym ngay trong bản thân nguyên liệu, trong sản xuất tương, người ta sử dụng nguồn enzym protease do vi sinh vật sinh ra trong quá trình lên men.
Đặc điểm của việc lên men bởi vi sinh vật là hiệu suất thuỷ phân thấp và thời gian thuỷ phân kéo dài. Vì vậy sản phẩm proteolysat là hỗn hợp gồm cả protein, pepton, peptide và axit amin, mà điển hình là tương Bắc.
Các sản phẩm này thường khó bảo quản, do trong sản phẩm có nhiều enzym khác gây nên sự biến đổi chất lượng vì vậy cần có biện pháp ức chế enzym hay thanh trùng sản phẩm khi đã thủy phân đạt yêu cầu.
Các enzym endoprotease của vi khuẩn thủy phân đặc hiệu tại vị trí liên kết các axit amin kỵ nước. Vì vậy các peptides tạo thành sẽ có axit amin kỵ nước ở đầu chuỗi, làm tăng khả năng bị đắng
Cũng có thể kết hợp công nghệ vi sinh và axit để khắc phục nhược điểm.
Phương pháp công nghệ vi sinh có quy trình công nghệ như sau:
Để rút ngắn thời gian và ổn định chất lượng sản phẩm thì nên sử dụng chế phẩm enzym thay thế lên men bằng vi sinh vật.
Phương pháp công nghệ enzym
Quy trình cơng nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp enzym như sau:
Theo đề nghị của công ty Novo quy trình enzyme với 5 enzym được phối hợp sử dụng gồm protease, cellulase, amylase. Quy trình này có ưu điểm là điều kiện thủy phân ôn hòa, hoàn toàn không sử dụng hóa chất, không làm biến đổi thành phần axit amin ban đầu, nhưng hiệu suất tối đa chỉ đat 70%.
Để khắc phục nhược điểm của cả hai phương pháp trên và bổ sung ưu điểm cho nhau, ta kết hợp thủy phân bằng axit với thủy phân bằng enzym.
Công nghệ enzyme kết hợp axit
Có thể thực hiện thuỷ phân bằng enzym trước rồi sau đó mới thuỷ phân bằng axit hoặc thuỷ phân bằng axit rồi sau đó thuỷ phân bằng enzym. Quy trình được lựa chọn như sau:
Việc sử dụng enzym protease kết hợp axit xúc tác quá trình thủy phân có ưu điểm là giảm thiểu sử dụng hóa chất độc hại, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, rút ngắn thời gian sản xuất. Có thể sản xuất trên hệ thống thiết bị sẵn có.
So sánh các phương pháp
Ngoài 3 phương pháp chính nêu trên còn có những phương pháp công nghệ tương tự sản xuất từ nguyên liệu đậu nành hạt bằng phương pháp vi sinh, hay thay đổi thành phần nguyên liệu bã dầu đậu nành, bã dầu đậu phụng, kết hợp gluten bột mì…
Mỗi phương pháp sản xuất sẽ cho một sản phẩm có tên gọi khác nhau và mùi vị cũng khác nhau. Tùy vào thị trường mà nhà sản xuất sẽ chọn loại sản phẩm thích hợp nhưng cần phải đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
Quy trình enzym kết hợp đã được chúng tôi chuyển giao cho các doanh nghiệp sản xuất nước tương tại An Giang thông qua Sở Khoa học Công nghệ An Giang ngày 10/10/2005. Đạt tiêu chuẩn về Chloropropanol (3-MCPD và 1,3-DCP).
Các enzyme sử dụng là sản phẩm enzyme của Novo được JECFA (Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives và FCC (Food Chemical Codex) công nhận đạt tiêu chuẩn dùng cho thực phẩm và đã được công bố chất lượng với Bộ Y tế Việt Nam.
TS. Trần Bích Lam
Đại học Bách Khoa TP.HCM
Đại học Bách Khoa TP.HCM
Nguồn Muivi/Hoahocngaynay.com
Tài liệu tham khảo
1. C03017, C03018 and C03019: The origin and formation of 3-MCPD in foods and food ingredients, 2006
2. DOLEZAL M. ; CALTA P. ; VELISEK J., Formation and decomposition of 3- chloropropane-1,2-diol in model systems , Czech journal of food sciences (Czech j. food sci.) ISSN 1212-1800 2004, vol. 22, NS, pp. 263-266
3. Products data sheet Novozymes
4. Schlatter, A.J. Baars, M. DiNovi, S. Lawrie, and R. Lorentzen, WHO food additives series: 48 Safety evaluation of certain food additives and contaminants , 3-chloro-1,2-propanediol
