Kim loại và các nguyên tố khác có thể xuất hiện tự nhiên trong thực phẩm hoặc xâm nhập vào thực phẩm do hoạt động của con người như các quy trình công nghiệp và nông nghiệp.
Các kim loại như thủy ngân, chì, cadmi, thiếc, asen là mối quan tâm đặc biệt liên quan đến tác động có hại đối với sức khỏe con người. Thủy ngân và chì thường được gọi là “kim loại nặng”. Độc tính của các kim loại này một phần là do chúng tích tụ trong các mô sinh học (gọi là quá trình tích lũy sinh học). Quá trình tích lũy sinh học kim loại này xảy ra ở tất cả các sinh vật sống do tiếp xúc với kim loại trong thực phẩm và môi trường, bao gồm cả thức ăn cho gia súc và cá cũng như thực phẩm cho con người.
Mối quan tâm chính liên quan đến độc tính của thủy ngân là các dạng thủy ngân gốc hữu cơ, ví dụ: methyl thủy ngân (Methylmercury) ảnh hưởng đến não và phát triển trí tuệ ở trẻ nhỏ. Chì cũng gây ảnh hưởng đến não và phát triển trí tuệ. Ngoài tác động đến hệ thần kinh, khi phơi nhiễm lâu dài (ở cả trẻ em và người lớn) chì có thể gây tổn hại cho thận, hệ thống miễn dịch, sinh sản. Cadmi gây độc cho thận, thiếc gây rối loạn tiêu hóa và kích ứng đường ruột khi tiếp xúc ở nồng độ cao (Ví dụ: thức ăn đóng trong những chiếc hộp thiếc được sản xuất không đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm). Tiếp xúc với arsen vô cơ có thể gây ung thư, với nhiều mối nguy cơ do tích tụ những kim loại trên trong cơ thể, thực tế việc kiểm soát hàm lượng của chúng trong thực phẩm là điều quan trọng để bảo vệ sức khỏe con người.
Tại Châu Âu, hàm lượng tối đa của thủy ngân, chì, cadmi, thiếc trong thực phẩm được kiểm soát theo Quy định số 1881/2006 thuộc khuôn khổ luật Liên minh Châu Âu (Commission Regulation (EU) No 1881/2006). Quy định này thiết lập hàm lượng tối đa (ML) của các kim loại trên trong các loại thực phẩm bao gồm sữa, thịt, cá, ngũ cốc, rau, trái cây, nước ép trái cây. Ngoài ra, cũng thiết lập mức tối đa cho hàm lượng thủy ngân trong cá, các sản phẩm từ cá.
Tại Việt Nam, việc kiểm soát hàm lượng các kim loại trên cũng được quy định theo QCVN 8-2:2011/ BYT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với giới hạn ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm). Quy chuẩn này đưa ra mức giới hạn tối đa của arsen, cadmi, chì, thủy ngân, methyl thủy ngân, thiếc trong các loại thực phẩm từ sữa, thịt, cá, ngũ cốc, rau củ, quả, nước ép quả, cà phê, các loại gia vị, thủy hải sản, các loại thực phẩm đóng hộp và nước uống. Ngoài ra, quy chuẩn này cũng đưa ra các phương pháp lấy mẫu, xác định hàm lượng các chất trên.
Mục Lục:
1. Giới thiệu
Thực phẩm có chứa một loạt các nguyên tố kim loại như natri, kali, sắt, canxi, bo, magie, selen, đồng, kẽm. Những nguyên tố này là cần thiết trong để duy trì các quá trình của tế bào trong cơ thể sống. Các nguyên tố kim loại khác không có tác dụng chức năng trong cơ thể và có thể gây hại cho sức khỏe nếu thực phẩm có chứa chúng được tiêu thụ thường xuyên trong chế độ ăn uống. Phần lớn kim loại là các thành phần tự nhiên của vỏ trái đất. Kim loại và các nguyên tố khác có thể xuất hiện tự nhiên trong thực phẩm hoặc có thể nhập vào thực phẩm do các hoạt động của con người như các quy trình công nghiệp và nông nghiệp. Các thành phần kim loại, hóa học có thể tồn tại như kim loại tinh khiết, ví dụ: thiếc, chì hoặc các hợp chất được hình thành bởi sự kết hợp của một nguyên tố kim loại với một phần tử phi kim loại như sự kết hợp của natri với clo (cho muối như natri clorua, muối thông thường) hoặc oxy (tạo ra một oxit).
Các kim loại được quan tâm đặc biệt liên quan đến tác hại đối với sức khỏe là: thủy ngân (Hg), chì (Pb), cadmi (Cd), thiếc (Sn) và arsen (As). Thủy ngân và chì thường được gọi là “kim loại nặng” vì khối lượng nguyên tử lớn của chúng. Các kim loại có khả năng gây độc khác như crom và urani cũng được cho là chất gây ô nhiễm trong thực phẩm hoặc nước. Một số kim loại có ảnh hưởng sức khỏe ở những người tiếp xúc với chúng tại nơi làm việc, ví dụ: beri và niken. Các tác động có hại của nhóm kim loại sau có liên quan đến việc hít phải bụi kim loại, gây tổn thương phổi và các nguyên tố này thường không được tìm thấy trong thực phẩm ở mức có thể gây độc. Tài liệu này sẽ chỉ đề cập đến thủy ngân, chì, cadmium, thiếc và asen.
2. Độc tính và sự tiếp xúc của thủy ngân, chì, cadmi, thiếc và arsen trong đời sống
Độc tính của các kim loại này có thể chia làm hai khía cạnh chính: (i) Thực tế là chúng không có chức năng trao đổi chất đã biết, nhưng khi có trong cơ thể chúng phá vỡ các quá trình tế bào bình thường, dẫn đến độc tính ở một số cơ quan; (ii) Tiềm tàng, đặc biệt là các kim loại nặng là thủy ngân và chì tích lũy trong các mô sinh học thông qua một quá trình tích lũy được gọi là tích lũy sinh học. Điều này xảy ra bởi kim loại khi được đưa vào cơ thể được lưu trữ trong các cơ quan như gan hoặc thận, và được đào thải ở tốc độ chậm so với sự hấp thu của nó. Quá trình tích lũy sinh học kim loại này xảy ra ở tất cả các loài động vật, bao gồm cả các loài động vật làm thực phẩm như cá và gia súc cũng như trên con người. Do đó, cần phải kiểm soát mức độ của các kim loại độc này trong thực phẩm để bảo vệ sức khỏe con người.
2.1. Thủy ngân
Tiếp xúc nhiều với thủy ngân có liên quan đến một loạt các ảnh hưởng xấu đến sức khỏe bao gồm tổn thương hệ thống thần kinh trung ương (độc thần kinh) và thận. Các dạng thủy ngân khác nhau (tức là kim loại thủy ngân, các muối thủy ngân vô cơ như clorua thủy ngân, các dạng thủy ngân hữu cơ như methyl thủy ngân) tạo ra các dạng độc tính khác nhau. Chủ yếu các mối quan tâm về độc tính của thủy ngân là ở dạng thủy ngân hữu cơ, gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh trong chế độ ăn uống của con người (ví dụ: methylmercury ở trẻ nhỏ). Các dạng hữu cơ của thủy ngân có thể vượt qua hàng rào nhau thai giữa mẹ và thai nhi, nghiên cứu dịch tễ học ở người bị phơi nhiễm và nghiên cứu độc tính ở động vật đã cho thấy điều này có thể dẫn đến rối loạn thần kinh.
Một báo cáo SCOOP gần đây (EU Scientific Cooperation Task, 2004) về phơi nhiễm dân số châu Âu với kim loại nặng trong chế độ ăn của họ cho thấy, thủy ngân phân bố khá rộng rãi trong thực phẩm ở mức rất thấp, và chủ yếu ở dạng vô cơ ít độc hại. Nhưng dạng độc nhất của thủy ngân là methyl thủy ngân được tìm thấy ở mức độ đáng kể chỉ trong cá và hải sản. Các nguồn tiếp xúc với methyl thủy ngân tiềm năng chính là cá, động vật có vỏ đặc biệt là các loài cá ăn thịt hàng đầu như cá kiếm, cá marlin. Là kết quả của việc phóng thích thủy ngân vô cơ vào môi trường biển, tiếp theo là hấp thu vi sinh vật biển, thủy ngân vô cơ thành methyl thủy ngân độc hại hơn. Điều này sau đó tích lũy thông qua chuỗi thức ăn do tỷ lệ phân hủy thấp, đạt mức độc hại tiềm tàng ở các loài ở đầu chuỗi thức ăn, như cá kiếm, cá marlin, sau đó có thể tạo thành một phần của chế độ ăn của con người. Lượng methyl thủy ngân trong cá, động vật có vỏ tương quan với một số yếu tố bao gồm kích thước, tuổi của cá, loài, mức thủy ngân trong các vùng nước hình thành môi trường sống chính của chúng. Các loài lớn hơn, già hơn, ăn thịt như cá mập, cá marlin, cá kiếm, cá ngừ tươi thường có hàm lượng cao hơn các loài cá biển khác. Cá ngừ đóng hộp trung bình có chứa một nửa hàm lượng thủy ngân của cá ngừ tươi. Điều này là do các loài khác nhau và cá non chưa trưởng thành nhỏ hơn được sử dụng để đóng hộp. Động vật có vỏ, đặc biệt là các loại thức ăn lọc như trai và sò điệp cũng có thể hấp thu thủy ngân từ môi trường của chúng.
2.2. Chì
Các tác động độc hại của chì giống như của thủy ngân đã được nghiên cứu về những người tiếp xúc với chì trong quá trình làm việc của họ. Tiếp xúc ngắn hạn với nồng độ chì cao có thể gây tổn thương não, tê liệt, thiếu máu và các triệu chứng về tiêu hóa. Phơi nhiễm lâu dài có thể gây tổn hại cho thận, chức năng sinh sản và hệ thống miễn dịch. Tác động nghiêm trọng nhất của phơi nhiễm chì ở mức độ thấp là sự phát triển trí tuệ ở trẻ nhỏ như thủy ngân, chì đi qua hàng rào nhau thai và tích tụ ở thai nhi. Trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ dễ bị tổn thương hơn người lớn với các tác động độc hại của chì, và chúng cũng hấp thụ chì dễ dàng hơn. Ngay cả khi tiếp xúc với mức độ thấp ở trẻ nhỏ cũng gây ảnh hưởng đến sự phát triển thần kinh.
Ô nhiễm chì của thực phẩm phát sinh chủ yếu do phát thải môi trường, chẳng hạn như khai thác mỏ và việc sử dụng xăng pha chì. Dữ liệu từ báo cáo SCOOP về kim loại nặng cho thấy, mức độ chì trong thực phẩm thường được tiêu thụ thấp. Tuy nhiên, giống như thủy ngân, chì có thể tích tụ trong cá và động vật có vỏ và ngoài ra có thể được tìm thấy ở các mức cao hơn ở các thực phẩm từ nội tạng (gan và thận) của động vật. Do đó, người tiêu dùng ăn khẩu phần giàu các loại thực phẩm này có thể tiếp xúc với hàm lượng chì vượt quá ngưỡng cho phép. Một nguồn khác là từ các hộp đựng thực phẩm có chứa chì, ví dụ: lưu trữ trong lon hàn chì, bình gốm với men chì và kính pha lê pha chì. Ngoài ra, trước đây việc sử dụng chì làm vật liệu cho đường ống dẫn nước ở nhiều ngôi nhà cũ có thể dẫn đến nguy cơ cao nhiễm chì trong nguồn nước.
2.3. Cadmi
Tác động độc hại chính của cadmi là độc tính đối với thận, nó cũng có liên quan đến tổn thương phổi (bao gồm cả các khối u phổi) và những thay đổi xương. Cadmi tương đối kém hấp thụ vào cơ thể, nhưng một khi hấp thu và tích lũy trong thận sẽ gây tổn thương thận.
Cadmi có mặt ở mức độ thấp trong hầu hết các loại thực phẩm. Với các loại ngũ cốc, trái cây, rau, thịt và cá đóng góp lớn nhất vào chế độ ăn uống. Thực tế chúng cũng là thực phẩm được tiêu thụ nhiều nhất. Hàm lượng cao nhất của cadmi được tìm thấy trong nội tạng (thận và gan) của động vật có vú và trong hến, hàu và sò điệp. Tuy nhiên, những thực phẩm này đóng góp không đáng kể vào tổng lượng cadmi trong chế độ ăn vì chúng được sử dụng với số lượng tương đối ít.
2.4. Thiếc
Thiếc tương đối ít độc hại hơn thủy ngân, cadmi và chì. Ảnh hưởng chủ yếu của thiếc liên quan đến thực phẩm được đóng gói trong các hộp bằng kim loại được sản xuất không đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Điều này đã từng xảy ra trong trường hợp thực phẩm có tính axit như cà chua đóng hộp gây ra sự ăn mòn bên trong hộp thiếc, kim loại thiếc bị hấp thu vào trong thực phẩm chứa trong hộp. Việc sử dụng thực phẩm bị ảnh hưởng dẫn đến kích ứng và rối loạn đường tiêu hóa do tác động độc hại cấp tính của thiếc. Những tác động ngắn hạn này có thể xảy ra ở nồng độ trên 200 mg/kg.
2.5. Arsen
Arsen tồn tại cả ở dạng vô cơ và hữu cơ và ở các trạng thái hóa trị khác nhau. Các hợp chất arsen vô cơ độc hơn đáng kể so với các hợp chất arsen hữu cơ như dimethylarsinate, và các dạng hóa trị ba của asen, ví dụ: Arsenic trichloride độc hơn nhiều so với arsenat pentavalent. Loại thứ hai được coi là độc hại chỉ sau khi chuyển hóa trao đổi chất thành dạng arsenic hóa trị ba. Arsen đã được Cơ quan quốc tế về Nghiên cứu Ung thư (IARC) phân loại là chất gây ung thư ở người trên cơ sở tăng tỷ lệ mắc ung thư tại một số địa điểm ở những người tiếp xúc với arsenic tại nơi làm việc, trong môi trường hoặc thông qua chế độ ăn uống của họ. Tuy nhiên, arsen cũng độc hại hơn nhiều so với các hợp chất kim loại khác và đã từng được sử dụng như một chất diệt chuột. Khi tiếp xúc ở mức độ thấp, arsen gây các chứng rối loạn về da, mạch máu và hệ thần kinh.
Dữ liệu về sự xuất hiện của arsen trong thực phẩm cho thấy, cá và hải sản chiếm hơn 90% tổng lượng asen. Từ dữ liệu báo cáo SCOOP, ngoại trừ hải sản và nội tạng động vật, hàm lượng arsen thường nhỏ hơn 250µg/kg. Mức độ cao thường được tìm thấy trong cua, trong đó thịt trắng thường chứa nhiều arsen hơn thịt nâu. Tuy nhiên, phần lớn arsen này thường ở dưới dạng các loại arsen hữu cơ ít độc hơn, ví dụ như động vật có vỏ, động vật thân mềm, rong biển, các loài ưu thế là arsenosugar (các dẫn xuất dimethylarsinyl riboside), trong khi đó cá, động vật giáp xác là hợp chất arsenic arsenobetaine, một dạng arsen được coi là hầu như không độc hại.
Một số phương pháp hiện đại sử dụng trong phân tích thủy ngân, chì, cadmi, thiếc và arsen
– Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật hydrua hóa xác định hàm lượng arsen, thủy ngân trong thực phẩm, nước, rau, quả.
– Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử kết hợp phá mẫu bằng vi sóng xác định hàm lượng chì, cad-mi, thiếc trong thực phẩm, rau, quả.
– Phương pháp sắc ký khí và sắc ký khí nhanh xác định hàm lượng methyl thủy ngân trong cá và tôm cua.
– Phương pháp sắc ký lỏng, quang phổ hấp thụ nguyên tử xác định hàm lượng thủy ngân trong hải sản.
