Bài giảng Phân tích thực phẩm (hệ đại học) - Phần 1

2 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Bộ môn Quản lý chất lƣợng và An toàn thực phẩm BÀI GIẢNG PHÂN TÍCH THỰC PHẨM (Hệ Đại học) Biên soạn: VŨ HOÀNG YẾN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 08/2012 3 MỤC LỤC MỤC LỤC ....................................................................................................................... 3 BẢNG VIẾT TẮT ........................................................................................................... 6 Chƣơng 1 ĐẠI CƢƠNG VỀ PHÂN TÍCH THỰC PHẨM ................................................ 7 1.1. Khái niệm phân tích thực phẩm ................................................................................ 7 1.2. Mục đích phân tích thực phẩm ................................................................................. 7 1.3. Phân loại phƣơng pháp phân tích trong thực phẩm .................................................. 7 1.4. Các kỹ thuật phân tích ứng dụng trong thực phẩm .................................................. 7 1.5. Lựa chọn phƣơng pháp phân tích ............................................................................. 7 1.6. Lấy mẫu và xử lý mẫu trong phân tích thực phẩm ................................................... 8 1.6.1. Các khái niệm .................................................................................................... 8 1.6.2. Các qui định về lấy mẫu .................................................................................... 8 1.6.3. Kỹ thuật lấy mẫu ............................................................................................. 10 1.6.4. Gửi mẫu và nhận mẫu ..................................................................................... 12 1.6.5. Xử lý mẫu ........................................................................................................ 13 1.7. Xử lý số liệu phân tích bằng phƣơng pháp thống kê trong phân tích thực phẩm .. 15 1.7.1. Giá trị trung bình ............................................................................................. 15 1.7.2. Phƣơng sai ....................................................................................................... 15 1.7.3. Độ lệch chuẩn .................................................................................................. 15 1.7.4. Ƣớc lƣợng khoảng tin cậy của kết quả phân tích ............................................ 16 1.7.5. Các ví dụ ......................................................................................................... 17 Chƣơng 2 PHÂN TÍCH HÓA HỌC CỔ ĐIỂN .................................................................. 18 2.1. Phân tích trọng lƣợng ............................................................................................. 18 2.1.1. Giới thiệu chung về phƣơng pháp phân tích trọng lƣợng ............................... 18 2.1.2. Các phƣơng pháp phân tích trọng lƣợng ......................................................... 18 2.2. Chuẩn độ thể tích .................................................................................................... 23 2.2.1. Giới thiệu chung về phƣơng pháp chuẩn độ thể tích ...................................... 23 2.2.2. Các phƣơng pháp chuẩn độ thể tích ................................................................ 26 Chƣơng 3 PHÂN TÍCH CÔNG CỤ .................................................................................... 32 3.1. Phân tích đo điện thế .............................................................................................. 32 3.1.1. Đặc điểm của phân tích đo điện thế ................................................................ 32 3.1.2. Thế điện cực .................................................................................................... 32 3.1.3. Phƣơng pháp đo độ điện thế ............................................................................ 35 4 3.2. Phân tích quang học ................................................................................................ 38 3.2.1. Phƣơng pháp đo chỉ số khúc xạ, đo góc quay cực .......................................... 38 3.2.2. Phƣơng pháp quang phổ hấp thu phân tử ........................................................ 41 3.2.3. Phƣơng pháp quang phổ hấp thu nguyên tử .................................................... 45 3.3. Phân tích sắc ký ...................................................................................................... 47 3.3.1. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................ 47 3.3.2. Quá trình sắc ký cơ bản ................................................................................... 47 3.3.3. Phân loại các phƣơng pháp sắc ký phổ biến ................................................... 47 3.3.4. Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) ................................................................. 48 3.3.5. Sắc ký khí ........................................................................................................ 49 Chƣơng 4 PHÂN TÍCH MỘT SỐ CHỈ TIÊU TRONG THỰC PHẨM ......................... 52 4.1. Xác định độ ẩm ....................................................................................................... 52 4.1.1. Ý nghĩa của việc xác định độ ẩm trong thực phẩm ......................................... 52 4.1.2. Một số phƣơng pháp xác định độ ẩm .............................................................. 52 4.2. Xác định hàm lƣợng muối khoáng ......................................................................... 59 4.2.1. Ý nghĩa của việc xác định hàm lƣợng muối khoáng ....................................... 59 4.2.2. Xác định tro tổng ............................................................................................. 59 4.2.3. Xác định tro không tan trong HCl ................................................................... 61 4.2.4. Xác định hàm lƣợng muối ăn .......................................................................... 61 4.2.5. Định lƣợng Fe bằng phƣơng pháp UV-VIS với thuốc thử 1,10-phenaltroline ....................................................................................................................................... 66 4.3. Xác định độ chua .................................................................................................... 66 4.3.1. Ý nghĩa của việc xác định độ chua trong thực phẩm ...................................... 66 4.3.2. Xác định độ chua toàn phần ............................................................................ 66 4.3.3. Xác định độ acid d bay hơi ............................................................................ 69 4.3.4. Xác định độ acid cố định ................................................................................. 70 4.3.5. Xác định độ acid toàn phần bằng phƣơng pháp chuẩn độ điện thế ................ 71 4.4. Phân tích hàm lƣợng glucide .................................................................................. 74 4.4.1. Ý nghĩa của việc xác định hàm lƣợng glucide trong thực phẩm .................... 74 4.4.2. Xử lý mẫu thử ................................................................................................. 74 4.4.3. Phƣơng pháp Bertrand .................................................................................... 76 4.4.4. Xác định đƣờng khử bằng phƣơng pháp Lane – Eynon ................................. 78 4.4.5. Phƣơng pháp quang phổ với thuốc thử DNS .................................................. 79 4.4.6. Xác định dextrine bằng phƣơng pháp kết tủa với cồn .................................... 80 5 4.5. Xác định hàm lƣợng protide ................................................................................... 81 4.5.1. Ý nghĩa của việc xác định hàm lƣợng protide trong thực phẩm ..................... 81 4.5.2. Xác định hàm lƣợng protide thô ..................................................................... 82 4.5.3. Xác định hàm lƣợng protein ............................................................................ 86 4.5.4. Xác định hàm lƣợng đạm formon bằng phƣơng pháp Sorensen ..................... 88 4.5.5. Xác định hàm lƣợng đạm thối bằng phƣơng pháp cất kéo hơi nƣớc .............. 90 4.6. Xác định hàm lƣợng lipide ..................................................................................... 92 4.6.1. Ý nghĩa của việc xác định hàm lƣợng lipide ................................................... 92 4.6.2. Xác định hàm lƣợng lipide thô trong thực phẩm rắn bằng phƣơng pháp Soxhlet ........................................................................................................................... 92 4.6.3. Xác định hàm lƣợng lipide trong thực phẩm lỏng bằng phƣơng pháp Adam Rose ............................................................................................................................... 96 4.6.4. Xác định chỉ số acid, chỉ số peroxide, chỉ số iod trong dầu mỡ động thực vật ....................................................................................................................................... 97 4.7. Phân tích một số phụ gia thực phẩm .................................................................... 102 4.7.1. Ý nghĩa của việc phân tích một số phụ gia thực phẩm ................................. 102 4.7.2. Định danh phẩm màu hữu cơ tan trong nƣớc bằng phƣơng pháp sắc ký giấy ..................................................................................................................................... 102 4.7.3. Xác định hàm lƣợng nitrite, nitrate trong thực phẩm .................................... 105 4.7.4. Xác định chất bảo quản sorbic, benzoic bằng phƣơng pháp sắc ký lỏng cao áp ..................................................................................................................................... 108 4.8. Phân tích một số chất độc trong thực phẩm ......................................................... 110 4.8.1. Xác định hàn the bằng phƣơng pháp bán định lƣợng ................................... 110 4.8.2. Xác định aflatoxin ......................................................................................... 113 4.8.3. Xác định dƣ lƣợng hóa chất bảo vệ thực vật nhóm clo hữu cơ bằng phƣơng pháp sắc ký khí (GC-ECD) .......................................................................................... 116 PHỤ LỤC .................................................................................................................... 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 126 6 BẢNG VIẾT TẮT AOAC Hiệp hội các nhà hóa học phân tích chính thống TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam AAS Phƣơng pháp phổ hấp thu nguyên tử ICP Quang phổ phát xạ plasma SPE Chiết pha rắn UV - VIS Tử ngoại – khả kiến HCL Đèn catot rỗng EDL Đèn phóng điện không điện cực LC Sắc ký lỏng HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao (sắc ký lỏng cao áp) LCMS Sắc ký lỏng ghép khối phổ GC Sắc ký khí GCMS Sắc ký khí ghép khối phổ DAD Detector chuỗi diod PDA Detector quét phổ RF Detector huỳnh quang GLC Sắc ký khí - lỏng GSC Sắc ký khí - rắn TCD Detector dẫn nhiệt FID Detector ion hóa ngọn lửa NPD Detector nitơ phospho ECD Detector cộng kết điện tử 7 Chƣơng 1 ĐẠI CƢƠNG VỀ PHÂN TÍCH THỰC PHẨM 1.1. Khái niệm phân tích thực phẩm Phân tích thực phẩm là việc sử dụng các phƣơng pháp phân tích lý học, hóa học, hóa lý, vi sinh vật để xác định các chỉ tiêu hóa lý, vi sinh vật, cảm quan của sản phẩm nhằm xác định một loại thực phẩm nào đó có đạt hay không đạt tiêu chuẩn qui định. Trong nội dung cuốn giáo trình này chỉ trình bày các phƣơng pháp phân tích hóa học và lý học để xác định một số chỉ tiêu hóa lý của thực phẩm. 1.2. Mục đích phân tích thực phẩm Phân tích thực phẩm nhằm mục đích kiểm tra, đánh giá một loại thực phẩm nào đó có đáp ứng các tiêu chuẩn về phẩm chất và thành phần dinh dƣỡng theo đúng qui định. Phân tích thực phẩm nhằm kiểm soát chất lƣợng sản phẩm trong hoạt động sản xuất, đảm bảo tính đồng nhất, tính an toàn về các chỉ tiêu chất lƣợng của sản phẩm; kiểm soát sự lãng phí nếu có trong quá trình sản xuất. Mặt khác phân tích thực phẩm nhằm tạo cơ sở để nghiên cứu phát triển sản phẩm mới. Phân tích thực phẩm nhằm cung cấp số liệu về chất lƣợng thực phẩm để đƣa ra những nhận định khách quan phục vụ cho công tác quản lý nhà nƣớc về an toàn vệ sinh thực phẩm. Đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm chính là bảo vệ quyền lợi và sức khỏe ngƣời tiêu dùng. 1.3. Phân loại phƣơng pháp phân tích trong thực phẩm Phân tích định tính là phƣơng pháp cho phép nhận biết các chất, cấu trúc, thành phần có trong mẫu phân tích thực phẩm nhờ vào các thiết bị phân tích hay các phản ứng hóa học đặc trƣng đối với chất cần xác định. Phân tích định lƣợng là phƣơng pháp cho phép xác định số lƣợng, giá trị của đối tƣợng có trong mẫu, đƣợc biểu di n giá trị %, mg/kg, mg/l, μg/kg, μg/l 1.4. Các kỹ thuật phân tích ứng dụng trong thực phẩm  Phân tích hóa học cổ điển: phân tích trọng lƣợng và chuẩn độ thể tích  Phân tích công cụ: phân tích điện hóa, phân tích sắc ký, phân tích quang phổ 1.5. Lựa chọn phƣơng pháp phân tích Lựa chọn các phƣơng pháp phân tích dựa vào các yếu tố:  Có tính tiên tiến: Thể hiện ở độ đúng, độ chính xác, tính chọn lọc, tính đặc trƣng.  Có tính thực tế: Phƣơng pháp thử đƣa ra phải phù hợp với điều kiện thực tế, có tính khả thi cao (phù hợp trang thiết bị, máy, kỹ thuật, hóa chất, thuốc thử, trình độ con ngƣời).  Có tính kinh tế: Phƣơng pháp thử đƣa ra ít tốn kém mà vẫn đáp ứng các nêu cầu nêu trên.  Có tính an toàn cao: An toàn lao động và bảo vệ sức khỏe (ít dùng hóa chất độc hại, tránh đƣợc các thao tác kỹ thuật phức tạp, nguy hiểm). Phân tích thực phẩm sử dụng các phƣơng pháp chính thức nhƣ AOAC (Association of Officical Analytical Chemists), tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) hoặc các 8 phƣơng pháp mới từ các tạp chí khoa học sau khi đã đƣợc phòng kiểm nghiệm thẩm định phƣơng pháp phân tích. 1.6. Lấy mẫu và xử lý mẫu trong phân tích thực phẩm Lấy mẫu là khâu quan trọng trong việc đánh giá chất lƣợng của lô sản phẩm, nó đòi hỏi phải hết sức thận trọng, bởi vì mẫu phản ánh chính xác mọi đặc điểm chất lƣợng và phải đặc trƣng cho thành phần trung bình của lô sản phẩm. Lấy mẫu không đúng phƣơng pháp, kết quả phân tích mẫu thử sẽ không phản ánh đúng đặc tính của lô sản phẩm, từ đó dẫn đến việc đánh giá không đúng chất lƣợng lô sản phẩm đó. 1.6.1. Các khái niệm Lấy mẫu thực phẩm: là các thao tác kỹ thuật nhằm thu đƣợc một lƣợng thực phẩm nhất định đại diện và đồng nhất phục vụ cho việc phân tích, đánh giá chất lƣợng, vệ sinh an toàn thực phẩm. Lô sản phẩm thực phẩm: là một số lƣợng xác định của một loại sản phẩm cùng tên, chất lƣợng, nguyên liệu, thời hạn sử dụng và đƣợc sản xuất tại cùng một cơ sở. Lô hàng đồng nhất: là lô hàng bao gồm những sản phẩm có cùng tên gọi, cùng một loại phẩm chất và khối lƣợng, đựng trong cùng một kiểu bao bì, cùng kích thƣớc, sản xuất trong cùng một ngày hay nhiều ngày (tùy theo thỏa thuận của ngƣời có hàng và ngƣời lấy mẫu) theo cùng một qui trình công nghệ sản xuất. Mẫu ban đầu (mẫu riêng): là lƣợng mẫu lấy ra từ vị trí định cỡ ban đầu của lô sản phẩm (bao gói, kiện thùng) đã đƣợc chỉ định lấy mẫu Mẫu chung: là tập hợp tất cả các mẫu riêng. Mẫu đại diện: là lƣợng mẫu đƣợc lấy ra từ mẫu chung dùng để đánh giá chất lƣợng của lô sản phẩm. Mẫu đại diện đƣợc chia thành 3 phần:  Mẫu kiểm nghiệm: là mẫu chung dùng để kiểm nghiệm, đánh giá các chỉ tiêu tại phòng kiểm nghiệm.  Mẫu lƣu: là mẫu có cùng đặc tính của mẫu kiểm nghiệm và đƣợc lƣu tại cơ sở kiểm nghiệm, cơ sở đƣợc lấy mẫu 1.6.2. Các qui định về lấy mẫu 1.6.2.1. Đối tƣợng lấy mẫu Với hệ thống tự kiểm tra của nhà sản xuất: nguyên liệu thực phẩm, bao bì đóng gói, sản phẩm trung gian, bán thành phẩm, thành phẩm. Với hệ thống quản lý nhà nƣớc: thực phẩm và các nguyên liệu thực phẩm đang trong quá trình lƣu thông hoặc tồn trữ trong kho. 1.6.2.2. Ngƣời lấy mẫu Đối với cơ sở sản xuất: cán bộ chuyên môn của phòng kiểm tra chất lƣợng sản phẩm tiến hành lấy mẫu có sự chứng kiến của đại diện bộ phận sản xuất. Việc lấy mẫu đƣợc tiến hành bởi các thanh tra viên, cán bộ lấy mẫu có chuyên môn có chứng chỉ lấy mẫu do cơ quan có thẩm quyền cấp. 9 Phải tiến hành lập biên bản lấy mẫu, biên bản bàn giao mẫu và dán tem niêm phong theo mẫu đƣợc qui định, phải chuẩn bị đầy đủ thủ tục, dụng cụ, thiết bị lấy mẫu và bảo quản mẫu. Thực hiện đúng các qui trình kỹ thuật đảm bảo tính khách quan, trung thực trong quá trình lấy mẫu, vận chuyển và bàn giao mẫu cho đơn vị kiểm nghiệm. 1.6.2.3. Các yêu cầu về lấy mẫu Mẫu thực phẩm phải đại diện cho cả lô hàng đồng nhất. Trƣớc khi lấy mẫu phải xem xét lô hàng có đồng nhất không và kiểm tra tình trạng bao bì của lô hàng đó. Mẫu hàng lấy đƣa đi kiểm nghiệm phải là mẫu trung bình, nghĩa là sau khi chia thành lô hàng đồng nhất, mẫu sẽ lấy đều ở các góc, ở phía trên, phía dƣới, giữa lô hàng và trộn đều. Đối với thực phẩm lỏng nhƣ nƣớc chấm, nƣớc mắm, dầu ăn, thƣờng đựng trong các bể và thùng to, dùng ống cao su sạch, khô cắm vào các vị trí trên, dƣới, giữa cạnh bể hay thùng để lấy mẫu hoặc khuấy kỹ cho đều trƣớc khi lấy mẫu. Đối với các thực phẩm rắn nhƣ gạo, chè, thuốc lá thì lấy ở trên, dƣới, giữa các bao hoặc các đống ở vị trí trong lô hàng đồng nhất. Đối với các thực phẩm đóng gói dƣới dạng đơn vị nhƣ hộp, chai, lọ mẫu lấy giữ nguyên bao bì. Phƣơng pháp lấy mẫu cụ thể đƣợc qui định trong các tiêu chuẩn Việt Nam đối với từng loại, nhóm thực phẩm. Tỷ lệ lấy mẫu từ 0,5 đến 1% tùy theo số lƣợng nhƣng mỗi lần lấy không ít hơn lƣợng cần thiết để gửi mẫu và kiểm nghiệm (Xem phụ lục I) Lƣợng mẫu tối thiểu là lƣợng mẫu đủ để kiểm nghiệm một chỉ tiêu của sản phẩm. Tùy thuộc vào mục đích kiểm tra lƣợng mẫu lấy có thể đƣợc tăng hay giảm phù hợp với yêu cầu kiểm tra. Trong trƣờng hợp không đủ để lƣu mẫu, mọi thay đổi cần ghi rõ trong biên bản lấy mẫu và biên bản bàn giao mẫu. Quá trình lấy mẫu phải đƣợc giám sát và ghi chép đầy đủ. Tất cả các dấu hiệu không đồng nhất, hƣ hỏng của sản phẩm và bao bì bảo quản đều phải ghi chép lại. Sau khi lấy mẫu phải lắc kỹ nếu là thực phẩm lỏng, trộn đều nếu thực phẩm rắn rồi chia thành mẫu thử trung bình để gửi đi kiểm nghiệm hóa lý, cảm quan, vi sinh vật. Sau khi kết thúc quá trình lấy mẫu, mẫu kiểm nghiệm phải đƣợc bàn giao ngay cho đơn vị kiểm nghiệm trong thời gian sớm nhất. Lưu ý:  Điều kiện bảo quản trong suốt quá trình lấy mẫu, vận chuyển, bàn giao và lƣu mẫu phải phù hợp với các yêu cầu về bảo quản do nhà sản xuất công bố.  Thời gian lƣu mẫu đối với mẫu lƣu và mẫu kiểm nghiệm căn cứ vào tình hình thực tế của đặc tính yêu cầu bảo quản mẫu. 10 1.6.3. Kỹ thuật lấy mẫu 1.6.3.1. Lấy mẫu ngẫu nhiên đơn giản Thƣờng áp dụng khi lấy mẫu trong kho, trong một tập hợp ta lấy ra một lƣợng mẫu bất kì. Địa điểm bất kì đó thƣờng dựa vào bảng ngẫu nhiên. Ví dụ trong kho có 10000 sản phẩm xếp theo một trật tự nhất định có thể xác định đƣợc vị trí từ 1 đến 10000 theo một qui luật nào đấy. Ta cần lấy ra 200 mẫu sản phẩm, vậy lấy các sản phẩm ở vị trí nào? Hãy dùng bảng số liệu ngẫu nhiên (bảng 1.1). Từ một vị trí bất kì trong bảng ngẫu nhiên ta chọn một số có 4 chữ số, số đó là mẫu số 1 cần lấy. Lần lƣợt dóng sang phải (hoặc sang trái, lên trên, xuống dƣới) ghi lại các con số có 4 chữ số tiếp theo cho đủ 200 số nhƣ vậy. Giá trị của 200 con số vừa ghi đƣợc chính là vị trí của 200 mẫu cần lấy trong tập hợp 10000 sản phẩm. Theo cách lấy mẫu ngẫu nhiên đơn gian này, mẫu sẽ đại diện khá chặt cho lô hàng nên ta có độ chính xác c