ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------------------------------

Nguyễn Thị Quỳnh

XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ Ô NHIỄM CÁC HỢP CHẤT
HYDROCARBONS THƠM ĐA VÒNG (PAHs) TRONG TRÀ,
CÀ PHÊ TẠI VIỆT NAM VÀ ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐẾN SỨC
KHOẺ CON NGƯỜI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------------------------------

Nguyễn Thị Quỳnh

XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ Ô NHIỄM CÁC HỢP CHẤT
HYDROCARBONS THƠM ĐA VÒNG (PAHs) TRONG TRÀ,
CÀ PHÊ TẠI VIỆT NAM VÀ ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐẾN SỨC
KHOẺ CON NGƯỜI

Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 8440301.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC



MỤC LỤC
MỞ ĐẦU........................................................................................................................ 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN...........................................................................................3
1.1. Tổng quan về các hợp chất hydrocarbons thơm đa vòng (PAHs).........................3
1.1.1. Giới thiệu về nhóm hợp chất hydrocarbons thơm đa vòng (PAHs)................3
1.1.2. Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm các hợp chất PAHs..........................................5
1.1.3. Ứng dụng của các hợp chất PAHs..................................................................7
1.1.4. Khả năng tích lũy và độc tính của các hợp chất PAHs...................................8
1.2. Quy trình sản xuất và phân loại các loại trà, cà phê............................................12
1.2.1. Các loại trà và công đoạn sản xuất trà phổ biến...........................................12
1.2.2. Các công đoạn sản xuất cà phê phổ biến......................................................15
1.3. Một số nghiên cứu về mức độ ô nhiễm PAHs trong trà và cà phê......................17
1.4. Phương pháp xác định PAHs trong trà và cà phê................................................18
1.4.1. Nguyên tắc phương pháp sắc ký..................................................................18
1.4.2. Phương pháp xử lý mẫu...............................................................................21
1.5. Đánh giá rủi ro sức khỏe (Health Risk Assessment – HRA)..............................23
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................29
2.1. Mục tiêu nghiên cứu...........................................................................................29
2.2. Nội dung nghiên cứu..........................................................................................29
2.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu......................................................................29
2.3.1. Đối tượng nghiên cứu..................................................................................29
2.3.2. Phạm vi nghiên cứu......................................................................................30
2.4. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................30
2.4.1. Tham khảo tài liệu........................................................................................30
2.4.2. Điều tra và khảo sát thực tế..........................................................................30
2.5. Phương pháp xử lý mẫu trà, cà phê....................................................................30
2.5.1. Hóa chất và thiết bị......................................................................................30
2.5.2. Xử lý mẫu....................................................................................................32
2.6. Phân tích sắc ký khí khổi phổ GC/MS................................................................35

PHỤ LỤC 2. MỘT SỐ HÌNH ẢNH XỬ LÝ VÀ PHÂN TÍCH MẪU TRÀ VÀ CÀ
PHÊ


PHỤ LỤC 3. SẮC ĐỒ CHUẨN CỦA MỘT SỐ MẪU TRÀ VÀ CÀ PHÊ TRONG
NGHIÊN CỨU
PHỤ LỤC 4. CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN NGHIÊN CỨU


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Danh sách 16 PAHs cần quan tâm trong môi trường (theo US EPA).............3
Bảng 1.2. Nguồn gốc phát sinh PAHs theo tỷ lệ.............................................................5
Bảng 1.3. Mức hàm lượng tối đa PAHs trong thực phẩm.............................................11
Bảng 2.1. Thời gian lưu và mảnh phổ đặc trưng của các cấu tử PAHs.........................35
Bảng 3.1. Số lượng các loại mẫu được thực hiện trong nghiên cứu..............................42
Bảng 3.2. Tên, ký hiệu, thương hiệu và xuất xứ của mẫu trà........................................43
Bảng 3.3. Tên, ký hiệu, thương hiệu và xuất xứ của mẫu cà phê..................................46
Bảng 3.4. Tổng độ độc tương đương của PAHs trong các mẫu trà (µg/kg)..................51
Bảng 3.5. Hàm lượng trung bình nhóm PAH4 trong trà của Vệt Nam và một số quốc
gia khác ( g/kg)...........................................................................................................52
Bảng 3.6. Tổng độ độc tương đương của PAHs trong các mẫu cà phê Việt Nam (µg/kg)
...................................................................................................................................... 58
Bảng 3.7. Hàm lượng trung bình nhóm PAH4 trong cà phê của Vệt Nam và một số
quốc gia khác (µg/kg)...................................................................................................60
Bảng 3.8. Hàm lượng 15 cấu tử PAHs trong mẫu nước trà pha và mẫu khô (µg/kg)....63
Bảng 3.9. Phần PAHs thôi ra trong mẫu nước trà pha (%)............................................64
Bảng 3.10. Hàm lượng 15 cấu tử PAHs trong mẫu nước cà phê pha và mẫu khô (g/kg)
...................................................................................................................................... 67
Bảng 3.11. Phần PAHs thôi ra trong mẫu nước cà phê pha (%)....................................69
Bảng 3.12. Giá trị HQ trong các loại mẫu....................................................................72

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Tên viết tắt
Acn
Acy
Ant
BaA
BaP
BbF
BghiP
BkF
Chr
DahA
DCM
EDI

Tên tiếng việt
Acenaphthen
Acenaphthylen
Anthracen

Fla
Flu
GC
GPC
HQ

Fluoranthen
Fluoren
Sắc ký khí
Cột thẩm thấu qua gel
Thương số rủi ro

Fluoranthene
Fluorene
Gas Chromatography
Gel Permeation Chromatography
Hazard Quotient

18
19

IP
ILCR

Indeno[1,2,3-cd]pyren
Rủi ro ung thư suốt đời

Indeno[1,2,3-cd]pyrene
Incremental Lifetime Cancer



Polycyclic Aromatic

26
27
28

Pyr
Phe
RfD

ngưng tụ
Pyren
Phenanthren
Liều tham chiếu

Hydrocarbons
Pyrene
Phenanthrene
Reference dose

29

RSD

Độ lệch chuẩn tương đối

Relative Standard Deviation

30

Các hợp chất hydrocacbons thơm đa vòng (Polycyclic Aromatic Hydrocacbons
– PAHs) được biết đến là một nhóm các hợp chất hữu cơ độc hại có mặt khắp nơi trong
môi trường với hai hoặc nhiều vòng thơm hợp nhất, được tạo ra trong quá trình đốt
cháy không hoàn toàn hoặc nhiệt phân các vật liệu hữu cơ [52, 54]. PAHs có thể được
hình thành từ nguồn tự nhiên bởi các hoạt động như phun trào núi lửa, cháy rừng, dầu
thô hoặc từ nguồn nhân tạo bao gồm đốt than, đốt gỗ, đốt cháy không hoàn toàn xăng,
dầu diesel, dầu lỏng và rò rỉ nhiên liệu [8]. PAHs là các hợp chất bền, do đó chúng có
thể tồn tại trong môi trường nước mặt, nước ngầm, đất, trầm tích, không khí, …. Qua
quá trình lắng đọng và tích lũy sinh học [35], PAHs được tìm thấy với hàm lượng vết
trong nhiều loại thực phẩm khác nhau như: hải sản biển [19], dầu thực vật, trái cây, thịt
nướng, cá hun khói, trà và cà phê [53]. Do có khả năng gây ung thư, gây đột biến và
gây độc tế bào, Ủy ban Khoa học Thực phẩm châu Âu đã đưa một số PAHs vào danh
sách chất gây ô nhiễm ưu tiên [54]. Năm 2008, bốn PAHs bao gồm: chrysene (Chr),
benzo[a]anthracene (BaA), benzo[b]fluoranthene (BbF) và benzo[a]pyrene (BaP) đã
được Cơ quan an toàn thực phẩm châu Âu (EFSA) xác định là chỉ số đại diện của
PAHs gây ung thư trong thực phẩm, tổng bốn chất PAHs này thường được gọi là PAH4
[44].
Hiện nay, an toàn vệ sinh thực phẩm đang nhận được rất nhiều sự quan tâm từ
cả người tiêu dùng và các nhà quản lý. Đặc biệt là ở Việt Nam khi mà các vấn đề như
dư lượng thuốc trừ sâu, thực phẩm được bơm tẩm hóa chất, thuốc bảo quản thực phẩm
ngày càng phổ biến. Bên cạnh thức ăn, đồ uống cũng là thực phẩm tiềm ẩn nhiều rủi ro
sức khỏe cho người sử dụng.
Ở Việt Nam, trà và cà phê là hai trong những loại đồ uống được sử dụng phổ
biến nhất. Theo báo cáo năm 2016, tổng sản lượng cà phê Việt Nam đạt 1,76 triệu tấn
và có 90 – 95 % trong số đó được xuất khẩu [28]. Cà phê được chứng minh có thể

1


mang đến hiệu quả chống lại một số loại bệnh như bệnh Parkinson, Alzheimer, rối loạn

phẩm [9].
Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA) đã xác định 16 PAHs là chất gây
ô nhiễm môi trường ưu tiên bao gồm: naphthalen, acenaphthen, acenaphthylen, fluoren,
anthracen,

phenanthren,

benzo[b]fluoranthen,

fluoranthen,

chrysen,

benzo[k]fluoranthen,

benzo[a]anthracen,

benzo[a]pyren,

pyren,

dibenzo[a,h]anthracen,

indeno[1,2,3-cd]pyren và benzo[g,h,i]perylen [53]. Công thức cấu tạo của 16 PAHs này
được trình bày trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Danh sách 16 PAHs cần quan tâm trong môi trường

STT

Tên

3

Acenaphthen

Ace

0,001

4

Fluoren

Flu

0,001

5

Phenanthren

Phe

0,001

6

Anthracen

Ant


Chr

0,01

11

Benzo[b]fluoranthen

BbF

0,1

12

Benzo[k]fluoranthen

BkF

0,1

13

Benzo[a]pyren

BaP

1

14


tồn tại chủ yếu ở dạng hạt [6]. HMW PAHs có độc tính gây ung thư cao hơn so với
LMW PAHs [23].
1.1.2. Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm các hợp chất PAHs
PAHs có thể được tạo thành từ nguồn tự nhiên và nhân tạo. Nguồn tự nhiên bao
gồm núi lửa phun trào, cháy rừng, v.v... So với các nguồn tự nhiên, nguồn nhân tạo là
nguồn PAHs chính trong môi trường, chủ yếu từ sự đốt cháy không hoàn toàn của
nhiên liệu hóa thạch, sinh khối [55]. Cháy rừng và rò rỉ dầu tự nhiên cũng có thể đóng
góp PAHs cho môi trường và được phân loại là nguồn tự nhiên [14].
PAHs trong môi trường có thể chia thành hai loại chính là nguồn đốt và nguồn
từ dầu mỏ. Nguồn đốt của PAHs được đặc trưng bởi sự đốt cháy ở nhiệt độ cao hoặc
nhiệt phân nhiên liệu hóa thạch hoặc chất hữu cơ, giải phóng PAHs vào khí quyển
thông qua khí thải và bồ hóng. PAHs được giải phóng từ các quá trình nhiệt độ cao có
xu hướng có trọng lượng phân tử cao và bền hơn trong môi trường với số vòng thơm
trong phân tử từ 4 đến 6 vòng. PAHs có nguồn gốc dầu mỏ được hình thành từ dầu mỏ
(thô và tinh chế) và xảy ra từ sự cố tràn dầu, đốt dầu. Nguồn dầu mỏ (được tạo thành

5


bởi các quá trình nhiệt độ thấp hơn) có xu hướng có trọng lượng phân tử thấp hơn với
số vòng thơm trong phân tử từ 2 đến 3 vòng.
Nguồn gốc của PAHs còn có thể dự đoán qua tỷ lệ của một số PAHs được trình
bày trong bảng 1.2 [26]:
Bảng 1.2. Nguồn gốc phát sinh PAHs theo tỷ lệ
Tỷ lệ
Fla/(Fla + Pyr) < 0,4
0,4 < Fla/(Fla + Pyr) < 0,5
Fla/(Fla + Pyr) > 0,5
BaA/(BaA + Chr) < 0,2
0,2 < BaA/(BaA + Chr) < 0,35

đất. Con đường phát thải và tích lũy PAHs trong môi trường được biểu diễn trong hình
1.1. Con người có thể bị phơi nhiễm PAHs qua các con đường như: hít thở không khí,
tiếp xúc qua da, qua đường tiêu hóa bởi ăn uống các thực phẩm bị nhiễm PAHs. Các
hợp chất PAHs đã được phát hiện trong nước [5], không khí, trầm tích, một số loại thực
phẩm như thịt hun khói [16], trà, cà phê và cả trong tóc, sữa mẹ [47].

Thảm thực vật

Hình 1.1. Con đường phát thải và tích lũy PAHs trong môi trường
Một số nghiên cứu đã cho thấy tiếp xúc với PAHs có thể gây ra các vấn đề sức
khỏe khác nhau, ví dụ như sự rối loạn nội tiết, bất thường trong hệ thống sinh sản, rối
loạn phát triển, rối loạn thần kinh, dị ứng da, hen suyễn, sinh non. Một số PAHs có liên

7


quan đến các đặc tính gây ung thư, gây đột biến và gây quái thai. Do đó việc tiếp xúc
với chúng có nguy cơ nghiêm trọng đối với sức khỏe con người [6].
IARC (Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế) đã phân loại 7 PAHs là hợp chất
gây ung thư gồm: nhóm 1 (benzo[a]pyren), nhóm 2A (dibenz[a,h]anthracen) và nhóm
2B

(benz[a]anthracen,

benzo[b]fluoranthen,

benzo[k]fluoranthen,

chrysen


của benzo[a]pyren. Hoạt hóa BaP tạo thành BaPdiol-epoxide-10-N2dG liên quan đến
việc hình thành vùng diol-epoxide – được cho là dạng chuyển hóa gây nên ung thư.
Diol-epoxides được hình thành do kết quả của quá trình oxy hóa 2 electron của BaP bởi
cytochromeP450, đặc biệt là P450IA1 và P450IA2. Ban đầu dưới tác động của
cytochromeP450, BaP bị oxy hóa thành BaP-arene oxides, sau đó dưới tác dụng xúc tác
của men epoxide hydrolase (EH), BaP-arene oxides chuyển hóa thành BaPdihydrodiols, sau đó dưới tác dụng của P450, chúng bị oxy hóa tạo thành BaP-diolepoxides. Chất này phản ứng với nhóm NH2 của axit amin trong phân tử DNA và tạo
nên DNA lỗi từ đó gây ra các khối u và dẫn đến ung thư.

9


Trong số 16 PAHs được quan tâm, BaP được xem là chất gây ung thư hàng đầu
với chỉ số độc hại lớn nhất là 1. Tuy nhiên, BaP không thể dùng làm chỉ số mang tính
đại diện để đánh giá mức độ ô nhiễm PAHs trong thực phẩm. Cơ Quan An Toàn thực
phẩm Châu Âu (EFSA) năm 2008 xác định nhóm PAH4 (BaP + Chr + BaA + BbF) là
những PAHs có chỉ só độc hại (TEFs) cao và PAH4 cũng là chỉ số được dùng để đánh
giá mức độ ô nhiễm PAHs trong thực phẩm. Năm 2015, Uỷ Ban Châu Âu đưa ra quy
định mới nhất về mức hàm lượng BaP và nhóm PAH4 tối đa trong một số thực phẩm
được tình bày trong bảng 1.3.
Bảng 1.3. Mức hàm lượng tối đa PAHs trong thực phẩm
Thứ

Thực phẩm

tự
1

Dầu và chất béo ( không bao gồm
bơ ca cao và dầu dừa)



12,0

2,0

30,0

5,0

35,0

6,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

4

5

6

Thảo dược khô
Thực phẩm bổ sung có chứa sáp
ong, sữa ong chúa

50,0

10,0

50,0

10,0

13

Gia vị khô

50,0

10,0

14

Chuối sấy

20,0

2,0

* PAH4= BaP+ BaA+ BbF+ Chr
Nguồn: EC. COMMISSION REGULATION (EU) [21].

phút, ở nhiệt độ 80 oC. Sau đó, trà được vò sàng để làm dập tế bào của lá trà, làm dịch
trà thoát ra bề mặt để sau khi sấy sẽ làm cho cánh trà bóng hơn và khi pha nước dịch

12


trà chuyển trà nước pha dễ dàng hơn. Cuối cùng, trà được sấy khô để loại bớt ẩm, tạo
hương thơm, tạo màu và thuận lợi cho việc bảo quản trà.
Khác với trà xanh, trà ô long đặc thù ở công đoạn bán lên men lá trà. Đây là quá
trình kích thích để enzym xúc tác quá trình tự biến đổi phân giải các hợp chất trong trà,
tạo thành hương thơm đặc trưng của trà ô long. Cụ thể, quy trình sản xuất trà ô long
gồm 6 bước: héo nắng, héo mát, oxy hóa (lên men), xào trà, tạo hình, sấy định lượng.
Công đoạn héo nắng lợi dụng nhiệt năng của mặt trời để tăng tốc độ bốc hơi, làm giảm
lượng nước trong trà, trọng lượng trà búp tươi giảm xuống từ 25 – 30 %, bắt đầu kích
thích quá trình lên men của trà, giúp tạo hương thơm, đọt trà mềm dẻo. Sau đó, trà
được héo mát bằng cách trải mỏng trong phòng lạnh, đảo trộn nhẹ nhàng, giúp cho trà
từ từ thoát hơi nước, qua đó rút dần các chất chát đắng của trà ra ngoài. Tiếp theo trà
được oxy hóa, lên men bằng cách cho vào máy quay làm ma sát, tạo hương thơm tràn
phủ búp trà, tiếp xúc với oxy trong không khí để đẩy mạnh quá trình lên men. Khi trà
đã đạt độ lên men cần thiết, đưa trà vào ống xào để dùng nhiệt chấm dứt quá trình lên
men. Trà được cho vào máy ép, vận dụng lực xoay tròn của máy làm cho trà chuyển
động và ma sát lẫn nhau tạo thành hình viên tròn đặc trưng của trà ô long. Cuối cùng,
trà được sấy nhiều lần để làm giảm tỷ lệ nước còn 3 – 5 %, ổn định các chỉ tiêu về chất
lượng và tăng hương thơm cho trà.
Trà đen là loại trà được lên men hoàn toàn. Các công đoạn chủ yếu của quy trình
chế biến trà đen gồm: làm héo, vò sàng, lên men, sấy khô. Công đoạn làm héo mục
đích làm cho lượng nước trong trà bốc hơi, lá trà sẽ trở nên mềm và dai hơn. Ngoài ra,
lượng nước trong trà giảm làm hàm lượng chất khô trong nguyên liệu trà trở nên đậm
đặc, từ đó tăng cường khả năng hoạt động của các enzym có trong nguyên liệu trà.
Công đoạn vò trà để làm dập tổ chức tế bào các mô trong lá trà để sau khi sấy các dịch

hương mới sinh ra và liên tục bay hơi làm giảm mùi hương. Do vậy để tránh việc thất
thoát hương thơm, sau khi rang cà phê cần làm nguội chúng càng nhanh càng tốt. Cuối
cùng cà phê được xay nhỏ làm giảm kích thước của hạt cà phê, tạo điều kiện thuận lợi
trong quá trình pha chế.

14


Cà phê hòa tan được sản xuất từ bột cà phê rang qua các công đoạn: trích ly, cô
đặc và sấy khô. Để sản xuất cà phê hòa tan trước hết bột cà phê rang được trích ly để
chiết xuất các thành phần hòa tan và dễ bay hơi. Nồng độ dịch cà phê sau trích ly là 20
– 22 %, do đó phải tiến hành cô đặc dịch trích ly đến nồng độ 30 – 33% mới thuận lợi
cho quá trình sấy. Sấy khô nhằm đưa dịch trích ly cà phê cô đặc thành dạng bột khô để
thuận tiện cho quá trình bảo quản và sử dụng.

Hình 1.5. Quy trình sản xuất các loại cà phê
Nhìn chung, trong thời gian trồng dài và chế biến phức tạp, một số chất gây ô
nhiễm môi trường bị hấp phụ, tích lũy bởi lá trà và hạt cà phê từ không khí, đất, nước.
Bên cạnh đó, quá trình chế biến trà và cà phê đều có sử dụng nhiệt để làm khô sản
phẩm. Quá trình tiếp xúc với nhiệt độ, bản thân nguyên liệu trà và cà phê có thể bị đốt

15