Xác định dư lượng kháng sinh trong mẫu thịt bằng các phương pháp phân tích

Nguồn gốc ra đời kháng sinh

Vào năm 1928, Alexander Fleming đã khám phá ra penicillin, loại kháng sinh đầu tiên được dùng để chữa trị hoặc ngăn chặn bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn gây ra ở người. Sau đó, những loại kháng sinh khác cũng dần được tìm thấy. Kháng sinh là các kháng khuẩn tự nhiên được tạo ra bởi các sinh vật sống hoặc các hợp chất tổng hợp/ bán tổng hợp. Chúng có tác dụng tiêu diệt hoặc ức chế sự phát triển của vi sinh vật. Ngày nay, kháng sinh được dùng để kiểm soát và ngăn chặn bệnh tật gây ra bởi vi khuẩn Gram âm và Gram dương. Hoạt động theo nhiều cách khác nhau, kháng sinh có thể phá hủy thành tế bào; tiêu hủy cấu trúc và chức năng của các acid nucleic; ngăn chặn tổng hợp protein và các con đường trao đổi chất quan trọng. Do đó, việc phân tích dư lượng kháng sinh trở lên cực kỳ quan trọng.

Phân loại kháng sinh

Dựa trên cơ chế hoạt động, kháng sinh được chia thành 10 nhóm chính: β-lactam, sulfonamide (SAs), aminoglycoside (AGs), glycopeptide, lincosamide, quinolone (Qs), macrolide (MALs), rifamycin, tetracyline (TCs) và amiphenicol (APs).

Cấu trúc hóa học của một số nhóm kháng sinh

Tầm quan trọng của kiểm tra dư lượng kháng sinh

Thuốc kháng sinh được sử dụng rộng rãi trong chăn nuôi. Gần 80% số động vật được quản lý có sử dụng kháng sinh. Do đó, việc con người tiêu thụ nguồn thức ăn như thịt, sữa, trứng và thủy sản đều có thể thụ động hấp thu dư lượng kháng sinh. Dư lượng kháng sinh có thể gây ra dị ứng, ung thư, đột biến và một số bệnh ở cả người và động vật. Tuy nhiên, vấn đề quan trọng nhất là sự phát triển của kháng kháng sinh. Vì vậy, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã thiết lập giới hạn dư lượng tối đa (MRL) nhằm kiểm soát dư lượng kháng sinh từ thực phẩm (FAO / WHO, 2018). Tương tự, Liên minh Châu Âu (EU) đã sửa đổi các tiêu chí kỹ thuật được áp dụng trong phân tích sàng lọc và kiểm định dư lượng kháng sinh (2002/657/ EC). Tổ chức này đưa ra tham số gọi là Giới hạn hiệu năng phân tích tối thiểu (MRPL) nhằm kiểm soát lượng kháng sinh có thể xác định được trong thực thẩm.

Dư lượng kháng sinh trong mẫu thịt

Thịt là một nền mẫu phức tạp với đa dạng thành phần như nước (72% đến 75%), hợp chất nitrogen (khoảng 21% bao gồm protein và hợp chất nitrogen không phải protein) và lipid (2.5% đến 5%, hoặc lên đến 15%). Thành phần phức tạp khiến dư lượng kháng sinh trong thịt rất khó phân tích. Do đó, cần nghiên cứu các quy trình mới, nhanh chóng, kinh tế, có thể tái sử dụng, chọc lọc và nhạy để chiết dư lượng kháng sinh. Ngoài ra, việc kết hợp với các kỹ thuật phân tích khác sẽ giúp xác định thành phần và giới hạn phát hiện của chúng.

Xử lí mẫu

Trong hóa học phân tích, chiết lỏng – lỏng (LLE) là kỹ thuật xử lý mẫu đầu tiên được sử dụng. Tuy nhiên, LLE cần nhiều dung môi và độ tái lặp không cao. Do đó, chiết pha rắn (SPE) được sử dụng để thay thế xử lý mẫu thịt. SPE có độ tái lặp cao, thời gian ngắn, thể tích dung môi ít hơn và tải mẫu cao hơn so với LLE. Quy trình xử lý mẫu thịt bằng SPE bao gồm: cân bằng, tải mẫu, rửa, rửa giải chất phân tích và tái sinh chất hấp thu.

Minh họa quá trình chiết pha rắn trong xử lý mẫu thịt phân tích dư lượng kháng sinh

Silicycle là hãng sản xuất cột SPE và vật liệu hấp phụ pha rắn của Mỹ. Với đầy đủ các loại vật liệu như: Silica, silica biến tính, Florisil, Carbon hoạt tính,...

Phương pháp phân tích dư lượng kháng sinh

Xử lý mẫu là bước quan trọng trong xác định dư lượng kháng sinh mẫu thịt. Tuy nhiên, việc lựa chọn phương pháp nhằm định lượng và định tính dư lượng kháng sinh cũng rất quan trọng. Dư lượng kháng sinh thường được phân tích bằng sắc ký lỏng (LC). Để tách kháng sinh, ta dùng cột pha tĩnh C18, cột sắc ký lỏng tương tác ưa nước (HILIC) hoặc vật liệu hấp phụ nền phenyl. Với đầu dò, phép đo quang phổ và MS được sử dụng nhiều nhất. Tuy nhiên, đầu dò quang phổ (đầu dò UV) và huỳnh quang (FLD) đôi khi cần tạo dẫn xuất trước để thu được chất có màu hoặc huỳnh quang. Mặt khác, MS là kỹ thuật xác định dư lượng kháng sinh phù hợp vì độ đặc hiệu, độ nhạy và khả năng đa phân tích.

Kháng sinh họ Macrolides

MALs là nhóm kháng sinh có tác dụng với vi khuẩn Gram âm, một vài vi khuẩn Gram dương và Mycoplasma. Các vi khuẩn này là phân tử kị nước. Cấu trúc bao gồm vòng lactone với 14 – 16 phân tử carbon liên kết với phân tử đường. MALs được dùng rộng rãi trong điều trị nhiễm trùng (bệnh đường hô hấp) và phụ gia kích thích tăng trưởng cho động vật. Dư lượng kháng sinh MALs có trong mô động vật co tác động lên người. Ví dụ như bệnh viêm dạ dày, dị ứng và nhiễm độc gan. Vì lí do này, EU đã quy định MRL dư lượng kháng sinh MALs có trong mô nguồn gốc động vật, ví dụ như mỡ và da (100 µg/kg đối với tylosin) hoặc gan (1000 µg/kg).

Để tách và xác định dư lượng kháng sinh MALs trong mẫu thịt, LC kết hợp đầu dò khối phổ MS (LC-MS/MS) là phương pháp được sử dụng nhiều nhất. Tuy nhiên, một số phương pháp khác như điện di mao quản (CE) với đầu dò UV và đo quang phổ UV-Vis cũng được sử dụng.

Bảng 1. Tổng hợp các phương pháp chiết và xác định dư lượng kháng sinh MALs trong mẫu thịt

Kháng sinh họ Aminoglycosides

AGs là loại kháng sinh phân cực tự nhiên thu được từ vi khuẩn Actinomycetes. Cấu trúc hóa học bao gồm đường amio và nhóm aminocyclitol liên kết bằng liên kết glycosidic. Ngoài từ treptomycin và dihydro streptomycin có thay thế 1 streptidine, các loại AGs khác có cấu trức giống nhau. AGs là thuốc dùng cho người và thú y để điều trị bệnh nhiễm trùng như viêm vú, leptospirosis, viêm ruộc và bệnh khác do một số vi khuẩn Gram dương và Gram âm gây ra. Việc dụng kháng sinh này như chất kích thích tăng tưởng trong thức ăn động vật bị cấm ở EU. Một số chính phủ khác (như Trung Quốc) cũng đã quy định MRLs cho dư lượng kháng sinh AGs. Việc tích tụ của chúng qua mô động vật và tiêu thụ bởi người qua chuỗi thức ăn có thể gây kháng kháng sinh.
Để xác định dư lượng kháng sinh AGs, LC/MS-MS là một trong những kỹ thuật phân tích được dùng phổ biến nhất.

Kháng sinh nhóm Tetracyclines

TCs là nhóm lớn kháng sinh bán tổng họp có nguồn gốc từ vi khuẩn Streptomyces aureofaciens. Chúng có tác dụng điều trị bệnh do vi khuẩn Gram âm và Gram dương gây ra trên người và động vật. Cấu trúc hóa học của chúng bao gồm hệ thống vòng với các chuỗi liên kết khác nhau. TCs được sử dụng rộng rãi làm phụ gia thực phẩm tăng trưởng cho động vật.Để xác định dư lượng kháng sinh TCs có trong thịt, nhiều kỹ thuật được sử dụng. LC-MS/MS, LC với đầu dò UV và LC kết hợp đầu dò huỳnh quang được dùng nhiều nhất trong lĩnh vực này. Tuy nhiên, các kỹ thuật khác nhau như quang phổ Raman và đo điện áp xung vi sai (DPV) cũng được sử dụng.

Xem thêm phân tích hocmôn và chất điều hòa sinh trưởng