Xác định hàm lượng cyanua tổng trong sắn và bã sắn

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

122
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sắn là nguồn thực phẩm cung cấp năng lượng chủ yếu ở hơn 80 quốc gia ở vùng nhiệt đới. Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực đóng vai trò kinh tế xã hội quan trọng đứng sau lúa và ngô. Trong sắn và bã sắn tồn tại một hợp chất gây độc cho cơ thể có tên gọi là cyanua, gồm cyanua tự do và hợp chất chứa cyanua chủ yếu ở dạng linamarin. Do vậy, cần phải xác định hàm lượng cyanua tổng trong sắn và bã sắn bằng cách sử dụng linamarase để thủy phân linamarin giải phóng cyanua tự do. Linamarase từ nhựa lá sắn non có hoạt độ là 1,87 U/ml.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Xác định hàm lượng cyanua tổng trong sắn và bã sắn

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2014 KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CYANUA TỔNG TRONG SẮN VÀ BÃ SẮN DETERMINATION OF TOTAL CYANIDE CONTENT IN CASSAVA AND CASSAVA RESIDUE Hồ Diễm Thúy 1, Phạm Thị Mai 2, Nguyễn Minh Trí 3 Ngày nhận bài: 15/5/2013; Ngày phản biện thông qua: 03/7/2013; Ngày duyệt đăng: 10/3/2014 TÓM TẮT Sắn là nguồn thực phẩm cung cấp năng lượng chủ yếu ở hơn 80 quốc gia ở vùng nhiệt đới. Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực đóng vai trò kinh tế xã hội quan trọng đứng sau lúa và ngô. Trong sắn và bã sắn tồn tại một hợp chất gây độc cho cơ thể có tên gọi là cyanua, gồm cyanua tự do và hợp chất chứa cyanua chủ yếu ở dạng linamarin. Do vậy, cần phải xác định hàm lượng cyanua tổng trong sắn và bã sắn bằng cách sử dụng linamarase để thủy phân linamarin giải phóng cyanua tự do. Linamarase từ nhựa lá sắn non có hoạt độ là 1,87 U/ml. Hàm lượng cyanua tổng trong 40 mẫu sắn tươi, bã sắn tươi và bã sắn khô được xác định bằng cách thủy phân mẫu khi sử dụng linamarase lớn hơn 1,5 đơn vị/10 g bã sắn tươi (1,7 g khô) ở 30 ± 2 oC trong 15 phút. Acid cyanhydric được xác định theo 10 TCN 604:2004. Kết quả cho thấy, đối với sắn tươi hàm lượng HCN tổng là 331mg/kg khối lượng khô. Hàm lượng HCN tổng của bã sắn tươi từ nhà máy là 241 mg/kg khối lượng khô. Hàm lượng HCN tổng của bã sắn tươi từ các hộ chế biến thủ công là 270,18 mg/kg khối lượng khô. Hàm lượng HCN tổng của bã sắn khô là 77,9 mg/kg khối lượng khô. Hàm lượng HCN tổng của sắn tươi và bã sắn tươi vượt quy định sử dụng làm thức ăn chăn nuôi gia súc. Từ khóa: sắn, bã sắn, linamarase, cyanua, cyanua tổng ABSTRACT Cassava is a primary food source rich of calories in more than 80 tropical countries. In Vietnam, cassava is a food crop which plays a socio-economically important role after rice and maize. In cassava and cassava residue exists a compound toxic to human which is called cyanide, including free cyanide and cyanide compounds mainly linamarin. It is therefore important to determine total cyanide content of cassava and cassava residue by using linamarase to hydrolyse linamarin and release free cyanide. Linamarase from young cassava leaves latex has activity of 1.87 U/ml. Total cyanide contents in 40 samples of fresh cassava, fresh cassava residue and dry cassava residue were determined by hydrolysing the materials at 30 ± 2°C during 15 minutes using linamarase of more than 1.5 units/10 g fresh weight (1.7 g dry weight, following an quantiﬁcation of free cyanhydric acid according to 10 TCN 604:2004. The results showed that the total HCN contents in fresh cassava residue, fresh cassava residue from factory, fresh cassava from household process and in dry cassava residue were respectively 331 mg/kg dry weight; 241 mg/kg dry weight; 270.18 mg/kg dry weight and 77.9 mg/kg dry weight. These contents in fresh cassava and fresh cassava residue were over the limit for breeding. Keywords: cassava, cassava residue, linamarase, cyanide, total cyanide I. ĐẶT VẤN ĐỀ Sắn là một trong những cây lương thực chính góp phần đáng kể vào nền kinh tế quốc dân của Việt Nam cũng như các quốc gia khác ở vùng nhiệt đới [9]. Tính đến đầu năm 2013 diện tích sắn trên cả nước là 510 nghìn ha, sản lượng sắn là 9,21 triệu tấn, kim ngạch xuất khẩu sắn và các sản phẩm sắn đạt 3,12 triệu tấn, giá trị đạt 131 triệu USD, tăng về lượng 26,9% và 71,6% về giá trị so cùng kỳ năm 2012 [2]. Hiện nay, sắn được sử dụng làm nguyên liệu cho các nhà máy chế biến tinh bột, bột ngọt, bánh kẹo, phụ gia thực phẩm và cũng là nguồn nguyên liệu chính làm thức ăn gia súc. Bã sắn công nghiệp là phụ phẩm của quá trình sản xuất các Hồ Diễm Thúy: Cao học Công nghệ Sau thu hoạch 2010 – Trường Đại học Nha Trang ThS. Phạm Thị Mai: Viện Công nghệ sinh học và Môi trường – Trường Đại học Nha Trang 3 TS. Nguyễn Minh Trí: Khoa Công nghệ thực phẩm – Trường Đại học Nha Trang 1 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 195 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản sản phẩm sắn, chiếm 45% so với khối lượng nguyên củ [3]. Đây chính là nguồn liệu dồi dào cho ngành chăn nuôi mà giá thành lại rẻ. Tuy nhiên, việc tiêu thụ sắn và các sản phẩm sắn gắn liền với nguy cơ ngộ độc thực phẩm do sự hiện diện của cyanua tổng bao gồm cyanua tự do và hợp chất chứa cyanua. Dạng tồn tại chủ yếu của hợp chất chứa cyanua là linamarin, chiếm một lượng lớn từ 80 đến 96% [7]. Sự thủy phân linamarin bởi linamarase (β – glucosidase (một enzyme nội sinh hoặc sinh ra từ các vi sinh vật ) giải phóng acid cyanhyric, là hợp chất độc [7] (hình 1). Độc tính gây ra bởi gốc cyanua (CN ¯) [14]. Cyanua sinh ra nhanh chóng chuyển sang thiocyanate, được phân phối rộng rãi trong cơ thể con người, với nồng độ cao nhất là ở gan và thận. Thiocyanate cản trở khả năng sử dụng iốt của cơ thể [17]. Số 1/2014 Độc tính cao hơn khi gốc cyanua liên kết chặt chẽ với hemoglobin, ức chế quá trình vận chuyển oxy làm cho cơ thể thiếu oxy. Việc bắt giữ CN ¯ của hemoglobin là phản ứng tự vệ của cơ thể nhằm ngăn chặn CN ¯đi vào bên trong các tế bào, liên kết chặt chẽ với nhân Fe2+ và Cu2+ trong hệ thống enzyme hô hấp cytochrome, thực hiện chức năng vận chuyển điện tử trong chuỗi phản ứng hô hấp tế bào. Nhưng chính phản ứng tự vệ này đã làm cho hemoglobin mất khả năng vận chuyển oxy, dẫn đến ngạt thở, da bầm tím, suy nhược thần kinh, tê liệt toàn bộ hệ thống thần kinh và gây chết nhanh do bị ngộ độc. Vấn đề lớn đối với thực vật bậc cao và các vi sinh vật là cyanua cản trở con đường phosphoril hóa, oxy hóa bằng cách kết hợp với cytochrome – oxidate và ức chế sự vận chuyển điện tử, do đó ức chế sự hình thành ATP [12]. Hình 1. Sơ đồ chuyển hóa linamarin và acid cyanhydric trong cơ thể người và động vật [6], [17] Ngoài ra, sự thủy phân linamarin còn diễn ra trong môi trường acid và môi trường kiềm, nên khi đi vào cơ thể người thì linamarin sẽ nhanh chóng chuyển thành cyanua. Mặt khác, linamarin đi vào cơ thể người chỉ một phần được bài tiết qua nước tiểu [10]. Linamarin cũng đã được cho là yếu tố nguy cơ gây suy yếu khả năng dung nạp glucose dẫn đến bệnh đái đường [19], gây bướu cổ, đần độn, liệt hai chi dưới và rối loạn hệ thần kinh [17]. Do vậy việc định lượng cyanua tổng (cyanua tự do và linamarin) trong sắn và bã sắn là cần thiết. Để phản ánh nguy cơ nhiễm độc khi sử dụng làm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi, chúng tôi tiến hành thực hiện nghiên cứu này. 196 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG II. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Nguyên liệu Sắn tươi (giống sắn KM98-5) được thu mua ở cùng thời điểm thu hoạch trong năm từ các huyện Cam Ranh, Diên Khánh, Khánh Vĩnh, Ninh Hòa (tỉnh Khánh Hòa). Sắn tươi được rửa sạch, bổ dọc từng củ thành tám phần bằng nhau, cắt lát mỏng, trộn đều và cho vào hộp đựng mẫu có nắp đậy kín. Bã sắn tươi và bã sắn khô được lấy từ các hộ chế biến sắn thủ công và Nhà máy Chế biến sắn Ánh Tuyết, Cam Hải Tây, Cam Ranh (Khánh Hòa). Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Hóa chất sử dụng trong phân tích là các hóa chất chuẩn, tinh khiết. 2. Thu linamarin Linamarin được sử dụng để xác định khả năng thủy phân của enzyme linamarase. 5 g lá sắn non được cắt nhỏ, giã với 5 ml HCl 0,1 M bằng cối chày thủy tinh, lọc thu dịch đục màu hồng. Tiến hành li tâm, thu được dịch trong nổi lên trên. Khoảng 7 ml chất dịch này được lấy ra bằng pipet Pasteur. Dịch này có chứa linamarin và linamarase (bất hoạt trong HCl 0,1M), được bảo quản ở - 20oC [15]. 3. Thu linamarase từ nhựa sắn Thu linamarase từ nhựa sắn (nhựa cây). Nhựa được thu trực tiếp trên cây sắn ở cuối thân của cuống lá sắn, sau đó trộn với nước cất trên cơ sở 10 ml cho 0,1 g nhựa sắn, dịch lọc này chứa enzyme thô, bảo quản ở nhiệt độ đông sâu [16]. 4. Xác định hoạt độ của linamarase Hoạt độ của linamarase được xác định theo phương pháp của Rezaul Haque M. [16]. Hoạt độ linamarase là lượng linamarase xúc tác để thủy phân 1 ml linamarin tạo thành 1µmol HCN trong thời gian 1 phút. 5. Xác định hàm lượng ẩm của sắn và bã sắn Hàm lượng ẩm của sắn tươi, bã sắn tươi và bã sắn khô được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 4326:2001 [5]. 6. Xác định lượng linamarase thích hợp nhằm thủy phân hoàn toàn linamarin Một lượng (0; 0,09; 0,37; 0,75; 1,12; 0,025; 1,31; 1,5 đơn vị) linamarase thu từ nhựa lá sắn non được thêm vào trong bình kín chứa 10 g bã sắn tươi (ứng với 1,7g khối lượng khô), phản ứng thủy phân diễn ra ở 30 ± 2oC trong 15 phút. Tiến hành xác định hàm lượng HCN được giải phóng. Số 1/2014 7. Xác định hàm lượng cyanua tổng số trong sắn và bã sắn Acid cyanhydric tự do trong sắn và bã sắn được định lượng bằng cách ngâm 10 – 20g mẫu trong nước và dùng hơi nước chưng cất lôi cuốn chuyển acid cyanhydric vào dung dịch NaOH 2,5%. Sau đó chuẩn độ dung dịch thu được bằng dung dịch AgNO3 0,02 N với sự có mặt của KI 5% [1]. Tuy nhiên, phương pháp này không thể định lượng linamarin tồn tại bên trong tế bào. Do đó, sử dụng linamarase có nguồn gốc từ nhựa lá sắn non ở pH tự nhiên để thủy phân linamarin giải phóng acid cyanhydric, phản ứng diễn ra ở 30 ± 20C trong 15 phút, sau đó tiến hành định lượng acid này. 8. Xử lý thống kê Số liệu trong báo cáo là kết quả trung bình của ba lần phân tích trình bày ở dạng trung bình ± SD. Kết quả được phân tích thống kê và vẽ đồ thị bằng phần mềm Excel. Giá trị của p < 0,05 được coi là có ý nghĩa về mặt thống kê. III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 1. Xác định hoạt độ của linamarase thu được từ nhựa lá sắn non Việc xác định hoạt độ linamarase thu được từ nhựa lá sắn non cho thấy: với 0,1 ml linamarase được thêm vào trong một ống chứa 1 ml linamarin ở 30 ± 20C trong 15 phút thì giải phóng 75,6 µg cyanua tự do và giải phóng 156,2 µg cyanua tổng. Như vậy, hoạt độ linamarinase thu được từ nhựa và lá sắn trong nghiên cứu này là 1,87 U/ml. Giá trị này lớn hơn so với kết quả nghiên cứu của Rezaul Haque (1999) (1,2 U/ml [16]) và lớn hơn trong báo cáo của Ogbonnaya (2011) – trong đó hoạt độ linamarase thu được từ vi sinh vật là 1,41 U/ml [13]. 2. Xác định lượng linamarase thích hợp thủy phân hoàn toàn linamarin trong cơ chất Kết quả xác định lượng linamarase thủy phân linamarin có trong cơ chất dư được thể hiện ở hình 2. Hình 2. Hàm lượng HCN giải phóng khi sử dụng linamarase TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 197 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Sử dụng linamarase thủy phân linamarin trong bã sắn tươi cho thấy: hàm lượng cyanua tự do trong mẫu bã sắn tươi là 103,18 mg/kg khối lượng khô. Hàm lượng cyanua tổng được giải phóng là 249,92 mg/kg khối lượng khô. Như vậy, lượng cyanua tổng gấp 2,4 lần so với lượng cyanua tự do. Kết quả trên cũng đã chỉ ra rằng trên 1,3 đơn vị hoạt độ linamarase thì cyanua tổng được giải phóng trong quá trình thủy phân không đổi. Vì thế, trong nghiên cứu này tiến hành chọn một lượng linamarase lớn hơn 1,5 đơn vị/10 g khối lượng tươi (1,7g khối lượng khô) để định lượng cyanua tổng trong sắn và bã sắn. 3. Hàm lượng cyanua tổng trong sắn tươi ở tỉnh Khánh Hòa Hàm lượng cyanua tổng trong sắn tươi ở tỉnh Số 1/2014 Khánh Hòa được thể hiện ở hình 3. Sắn tươi sử dụng làm thức ăn cho người và gia súc có hàm lượng cyanua cao, điều này dẫn đến khả năng ngộ độc cao khi dung nạp vào cơ thể một lượng quá lớn. Sắn tươi trồng ở huyện E có hàm lượng cyanua tự do và cyanua tổng cao nhất là 137 mg/kg khối lượng khô và 331 mg/kg khối lượng khô. Sắn tươi trồng ở huyện A có hàm lượng cyanua tự do và cyanua tổng thấp nhất là 65 mg/kg khối lượng khô và 161,1 mg/kg khối lượng khô. Kết quả này phù hợp với kết quả của Cereda (1996), hàm lượng HCN trong sắn dao động từ 30 – 150 mg/kg khối lượng khô [7]; kết quả của Eric Mantey Obilie (2004), hàm lượng HCN từ 63 – 110 mg/kg khối lượng khô [8]; kết quả của Trần Thị Hoan (2012), hàm lượng HCN từ 30 – 400 mg/kg khối lượng khô [6]. Hình 3. Hàm lượng cyanua trong sắn tươi tại các huyện ở tỉnh Khánh Hòa Nhìn vào biểu đồ cũng cho ta thấy, hàm lượng cyanua tự do dao động từ 41 – 50% lượng cyanua tổng/trọng lượng khô. Kết quả này phù hợp với báo cáo của Kobawila (2005), hàm lượng cyanua tự do chiếm 43% lượng cyanua tổng/trọng lượng khô [10]. Điều đó chứng tỏ rằng nếu chỉ ngâm mẫu có mặt cyanua trong nước và dùng nhiệt để lôi cuốn HCN theo hơi nước thì chỉ có thể xác định được cyanua ở dạng tự do mà không thể xác định được cyanua ở dạng hợp chất. Do đó, không thể xác định được hàm lượng cyanua tổng. 3. Hàm lượng cyanua tổng trong bã sắn tươi Hình 4. Hàm lượng cyanua trong bã sắn tươi từ nhà máy chế biến sắn 198 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Hình 5. Hàm lượng cyanua trong bã sắn tươi từ các hộ chế biến sắn thủ công Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Để sử dụng bã sắn tươi qua quá trình chế biến tinh bột sắn làm thức ăn chăn nuôi thì hàm lượng acid cyanhydric phải nằm trong tiêu chuẩn cho phép 100 mg/kg khối lượng khô [4]. Nhìn vào biểu đồ ta thấy: chỉ có hàm lượng cyanua tự do trong bã sắn tươi từ nhà máy chế biến và từ hai hộ chế biến sắn thủ công thấp hơn 100 mg/kg khối lượng khô. Bã sắn tươi từ nhà máy chế biến sắn có hàm lượng cyanua tự do HCN cao nhất là 100 mg/kg khối lượng khô, thấp nhất là 57 mg/kg khối lượng khô. Bã sắn tươi từ hộ chế biến sắn thủ công có hàm lượng HCN tự do cao nhất 111,9 mg/kg khối lượng khô, thấp nhất là 61,3 mg/kg khối lượng khô hàm lượng cyanua của. Hàm lượng cyanua tổng của bã sắn tươi từ nhà máy chế biến sắn cao nhất là 241 mg/kg khối lượng khô, thấp nhất là 126 mg/kg khối lượng khô. Hàm lượng cyanua tổng của bã sắn tươi từ các hộ chế biến sắn thủ công cao nhất là 270,18 mg/kg khối lượng khô, thấp nhất là 142,6 mg/kg khối lượng khô. Số 1/2014 Kết quả này lớn hơn kết quả trong báo cáo của Bùi Quang Tuấn (2008), trong đó hàm lượng HCN trong bã sắn tươi 200,35 mg/kg [18]. Nhìn chung, bã sắn tươi từ nhà máy có hàm lượng cyanua tổng thấp hơn so với bã sắn tươi từ các hộ chế biến thủ công và sự khác biệt này có ý nghĩa thống kê (p < 0,05). Nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt này có thể do quá trình sản xuất tinh bột sắn ở nhà máy được xử lí qua nhiều công đoạn như: băm, mài, nghiền, tẩy màu, ép tách bã, cô đặc, li tâm tách nước, sấy khô nên hàm lượng HCN tổng đã được loại bỏ trong các công đoạn đó. Như vậy, hàm lượng cyanua tổng của bã sắn tươi từ nhà máy chế biến sắn hay từ các hộ chế biến thủ công đều vượt quá giới hạn cho phép khi sử dụng làm thức ăn chăn nuôi. 4. Hàm lượng cyanua tổng trong bã sắn khô Kết quả định lượng cyanua tổng trong bã sắn khô từ nhà máy chế biến sắn được thể hiện ở hình 6. Hình 6. Hàm lượng cyanua trong bã sắn khô từ nhà máy chế biến sắn Do quá trình phơi nắng dài ngày, hàm lượng cyanua tổng và cyanua tự do trong bã sắn khô giảm đi đáng kể nhưng độc tố cyanua vẫn còn tồn tại bên trong bã sắn. Cụ thể là, hàm lượng cyanua tổng cao nhất là 77,9 mg/kg khối lượng khô, thấp nhất là 40,44 mg/kg khối lượng khô. Hàm lượng cyanua tự do cao nhất là 38,6 mg/kg khối lượng khô, thấp nhất là 26,3 mg/kg khối lượng khô. Kết quả này phù hợp với báo cáo của Bùi Quang Tuấn (2008), hàm lượng cyanua trong bã sắn khô là 78 mg/kg khối lượng khô [18] và được chứng minh bởi Muzanila (1999) [11]. IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Hoạt độ của linamarase từ nhựa lá sắn non là 1,87 U/ml. Sử dụng một lượng linamarase lớn hơn 1,5 đơn vị/10 g khối lượng tươi (1,7 g khối lượng khô)/ 15 phút/30 ± 2oC để thủy phân trong sắn và bã sắn. Sắn tươi và bã sắn tươi có hàm lượng cyanua vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Cụ thể là, hàm lượng cyanua trong sắn tươi, bã sắn tươi từ nhà máy, bã sắn tươi ở các hộ chế biến sắn thủ công lần lượt là 331 ± 2,60 mg/kg khối lượng khô, 241 ± 9,7 mg/kg khối lượng khô và 270,18 ± 32,943 mg /kg khối lượng khô. Đối với bã sắn khô có hàm lượng cyanua là 77,9 ± 5,24 mg/kg khối lượng khô. 2. Kiến nghị Khi sử dụng sắn và bã sắn tươi làm thực phẩm cho người và thức ăn chăn nuôi cần lưu ý đến nguy cơ nhiễm độc cyanua. Nghiên cứu khử cyanua tổng trong sắn và bã sắn để sử dụng làm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 199