Tìm hiểu về Asen trong thực phẩm dưới góc độ khoa học

Tìm hiểu về Asen trong thực phẩm dưới góc độ khoa học 

Mặc dù cá và hải sản là nhóm thực phẩm có lượng Asen toàn phần cao hơn, tuy nhiên lượng Asen vô cơ lại ở mức thấp ^{[2, 16]}. Đôi khi có ngoại lệ, ví dụ một số loại rong biển bao gồm hijiki  (Hizikia  fusiforme) có hàm lượng Asen vô cơ cực kì cao (arsenate >60mg/kg) ^[11]. Họ sò chẳng hạn như vẹm xanh (Mytilus edulis) cũng có hàm lượng Asen vô cơ tương đối cao từ 0,001đến 4,5 mg Asen/kg ^[17].

Trong khi sinh vật trên cạn thường chứa Asen dạng vô cơ, hầu hết Asen trong sinh vật biển là Asen hữu cơ ở mức từ 1 đến 100 mg Asen/kg trọng lượng ^[2]. Dưới đây là những dạng Asen hữu cơ phổ biến trong sinh vật biển:

• Arsenobetaine (AB) – một trong những Asen hữu cơ,  tìm thấy trong tôm hùm năm 1977 – là hợp chất của Asen hữu cơ phổ biến nhất trong sinh vật biển ^[18]. Sinh vật nước ngọt cũng chứa AB nhưng ở mức thấp hơn nhiều (< 0.1 mg Asen/kg trọng lượng khô) ^[1]. AB cũng được tìm thấy ở một số thực phẩm trên cạn như nấm ^[19] và gia cầm, có thể do trong thức ăn chăn nuôi hoặc chất tăng trưởng có chứa hải sản ^{[20, 21]}.
• Arsenosugar (Asen hữu cơ) là hợp chất Asen chính trong rong biển  (2-50  mg  Asen/kg  trọng lượng khô) và trong động vật ăn rong biển, chẳng hạn vẹm thường chứa 0,9-3,4 mg Asen/kg trọng lượng khô ^[22]. Arsenosugars được xem là sản phẩm biến đổi sinh học từ Asen vô cơ trong quá trình rong biển chuyển hóa dinh dưỡng.
• Arsenolipid là arsen hữu cơ được báo cáo trong dầu gan cá tuyết và cá ốt vảy, cá ngừ ^[23-26].
• Các loại Asen hữu cơ khác có nồng độ thấp hơn ở sinh vật biển bao gồm trimethylarsoniopropionate  (TMAP),  arsenocholine  (AC),  methylarsonate  (MA), dimethylarsinate  (DMA),  trimethylarsine  oxide  (TMAO), and  tetramethylarsonium  ion (TETRA) ^{[1, 2]}.

Chuyển hóa Asen trong thực phẩm

Các loại thực phẩm khác nhau và tương tác giữa chúng khi chế biến, tiêu hóa ảnh hưởng đến hấp thụ hợp chất Asen trong cơ thể. Ngoài ra, hợp chất Asen tan trong nước dễ hấp thụ hơn hợp chất Asen tan trong dầu ^[2].

Các nghiên cứu ban đầu về hấp thụ và đào thải hợp chất Asen trong hải sản (chủ yếu là AB), cho thấy  các chất này dễ hấp thụ và đào thải nhanh chóng ^{[6, 27, 28]:}

• Gần đây, một nghiên cứu về đồng vị của AB cho thấy quá trình đào thải chất này nhanh và gần như hoàn toàn, chỉ 1% còn lại trong cơ thể 24 ngày sau khi tiêu hóa [29].
• Một nghiên cứu thực nghiệm trên người tình nguyện cho thấy cả hai hợp chất Asen hữu cơ là MA (methylarsenate) và DMA dễ dàng hấp thụ qua đường tiêu hóa và được đào thải 75% qua nước tiểu sau 4 ngày [30].
• Tại một nghiên cứu trên khác, arsenosugar hầu như được hấp thụ hoàn toàn (>80 %) ^[31], tuy nhiên thay đổi tùy từng người ^[32].
• Một nghiên cứu chuyển hóa arsenolipid ở những người tình nguyện viên cho thấy chất này dễ dàng hấp thu và chuyển thành hợp chất Asen tan trong nước; 90% được đào thải qua nước tiểu trong 66 giờ ^[33].

Cơ chế và độc tính của hợp chất Asen

Mặc dù qua nhiều năm nghiên cứu, cơ chế chính xác về độc tính của Asen vẫn chưa được làm rõ, lý do chính vì Asen phải trải qua các chuyển hóa trao đổi chất phức tạp trong cơ thể và chúng tương tác với các đại phân tử trong và ngoài tế bào.

Asen vô cơ, MA (methylarsenate) và DMA (dimethylarsenate) đều ức chế hô hấp của ty lạp thể dẫn đến hình thành các chất oxy phản ứng (ROS) có thể dẫn đến đột biến AND, vì vậy góp phần tiến triển ung thư và làm chết tế bào ^[34]. Hấp thụ Asen vô  cơ với liều cấp tính có thể dẫn đến suy đa cơ quan và tử vong. Tiêu hóa Asen vô cơ mãn tính trong thời gian dài (ví dụ nước uống nhiễm Asen) có liên quan đến rất nhiều vấn đề sức khỏe chẳng hạn tổn thương da, ung thư phổi, bàng quang, thận và da, có hại trong quá trình phát triển ở trẻ, độc thần kinh, bệnh tim mạch, chuyển hóa glucose bất thường và tiểu đường ^[2]. 

Trong khi đó, AB (Arsenobetaine), một Asen hữu cơ phổ biến, được xem như chất không độc tính. Bên cạnh đó, các hợp chất Asen hữu cơ như TMAO, TETRA và AC (arsenocholine) được coi như không có độc tính mặc dù hợp chất TETRA có tính độc cao hơn AB ^{[4, 36]}. 

Ảnh hưởng từ việc lưu trữ và chế biến thực phẩm

Khâu chuẩn bị thức ăn có thể ảnh hưởng đến nồng độ và sự biến đổi các hợp chất Asen.

Đối với Asen vô cơ: Vo gạo, rửa thức ăn trước khi nấu và nấu với nhiều nước (nước không nhiễm Asen) sẽ làm giảm lượng Asen vô cơ ^[38-40]. 

Đối với Asen hữu cơ: Khi đun nấu hải sản ở nhiệt độ cao  (trên 150°C), như nướng vỉ hay nướng lò, AB trong thịt sống biến đổi và sản xuất một lượng nhỏ TETRA. ^[42-45]. Tuy nhiên, nấu với nước (hầm, luộc hay hấp) không làm giảm lượng AB ^[154]. Một nghiên cứu khác cũng chỉ ra AB có thể bị phân hủy trong môi trường oxy hóa ^[46].

Những kết luận được tham khảo cho đến thời điểm hiện nay

Asen hữu cơ được đào thải ra khỏi cơ thể nhanh và ít độc tính hơn nhiều so với Asen vô cơ. Asen hữu cơ được xem là không có nguy cơ đối với sức khoẻ. 

Phần lớn các kết luận về ảnh hưởng đến sức khoẻ được cho là từ phơi nhiễm Asen vô cơ. Theo báo cáo của Ủy ban liên hợp các chuyên gia của WHO/FAO về phụ gia thực phẩm, (JECFA – 2010), phơi nhiễm dinh dưỡng đối với Asen vô cơ ở Mỹ và nhiều nước châu Âu và châu Á dao động từ 0,1 đến 3.0 μg/kg trọng lượng cơ thể mỗi ngày và thực trạng phơi nhiễm đối với Asen vô cơ trong thực phẩm nhìn chung cũng ở mức thấp. ^[47]

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]  Borak  J,  Hosgood  HD.  Seafood  arsenic:  Implications  for  human  risk  assessment. Regul Toxicol Pharmacol 2007; 47 (2):204-212.

[2]  EFSA.  Scientific  Opinion  on  Arsenic  in  Food.  EFSA  Panel  on  Contaminants  in  the Food Chain (CONTAM), 2009.

[3] WHO. Arsenic and arsenic compounds. World Health Organization, Geneva, 2001.

[4]  Hughes  M,  Beck  BD,  Chen  Y,  Lewis  AS,  Thomas  DJ.  Arsenic  Exposure  and Toxicology: A Historical Perspective. Toxicol Sci 2011; 123 (2):305-332.

[5] Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Toxicological profile for arsenic. U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service, Atlanta, GA, 2007.

[6]  Chapman  A.  On  the  presence  of  compounds  of  arsenic  in  marine  crustaceans  and shellfish. Analyst 1926; 51:548-563.

[7] Kuehnelt D, Goessler W. Organoarsenic compounds in the terrestrial environment, in:  Craig  P  J  (Ed.)  Organometallic  compounds  in  the  environme nt,  Wiley,  Chichester, 2003, pp. 223-275.

[8]  Abedin  MJ,  Cresser  MS,  Meharg  AA,  Feldmann  J,  Cotter-Howells  J.  Arsenic accumulation  and  metabolism  in  rice  (Oryza  sativa  L.).  Environ  Sci  Technol  2002; 36:962-968.

[9]  Yuan  C,  Gao  E,  He  B,  Jiang  G.  Arsenic  species  and  leaching  characters  in  tea (Camellia sinensis). Food Chem Toxicol 2007; 45 (12):2381-2389.

[10] Sun GX, Williams PN, Carey AM, Zhu YG, Deacon C, Raab A, Feldmann J, Islam RM, Meharg  AA.  Inorganic  arsenic  in  rice bran  and  its  products  are  an  order  of  magnitude higher than in bulk grain. Environ Sci Tech 2008; 42 (19):7542-7546.

[11] Meharg AA, Williams PN, Adomako E, Lawgali YY, Deacon C, Villada A, Cambell RCJ, Sun  G,  Zhu  YG,  Feldmann  J,  Raab  A,  Zhao  FJ,  Islam  R,  Hossain  S,  Yanai  J.  Geographical variation  in  total  and  inorganic  arsenic  content  of  polished  (white)  rice.  Environ  Sci Technol 2009; 43 (5):1612-1617.

[12]  Torres-Escribano  S,  Leal  M,  Velez  D,  Montoro  R.  Total  and  inorganic  arsenic concentrations in rice sold in Spain, effect of cooking,and risk assessments. Environ Sci Tech 2008; 42:3867-3872.

[13] Meharg AA, Lombi E, Williams PN, Scheckel KG, Feldmann J, Raab A, Zhu Y, Islam R. Speciation  and  localization  of  arsenic  in  white  and  brown  rice  grains.  Environ  Sci Technol 2008; 42:1051-1057.

 [14] Alava P, Du Laing  G, Tack F, De Ryck T, VanDe Wiele T. Westernized diets lower arsenic  astrointestinal  bioaccessibility  but  increase  microbial  arsenic  speciation changes in the colon. Chemosphere 2014; 119C:757-762.

[15]  Rahman  MA,  Rahman  MM,  Reichman  SM,  Lim  RP,  Naidu  R.  Arsenic  speciation  in Australian-grown and imported rice on sale in Australia: implications for human health risk. J Agric Food Chem 2014; 62:6016-6024.

[16]  Uneyama  C,  Toda  M,  Yamamoto  M,  Morikawa  K.  Arsenic  in  various  foods: cumulative data. Food Addit Contam 2007; 24:447-534.

[17] Sloth JJ, Julshamn K. Survey of total and inorganic arsenic content in blue mussels (Mytilus edulis L.) from Norwegian fiords: revelation of unusual high levels of inorganic arsenic. J Agric Food Chem 2008; 56:1269-1273.

[18] Edmonds JS, Francesconi KA. Methylated arsenic from marine fauna. Nature 1977;265:436.

[19] Smith PG, Koch I, Reimer KJ. Arsenic speciation analysis of cultivated white button mushrooms  (Agaricus  bisporus)  using  high-performance  liquid  chromatographyinductively  coupled  plasma  mass  spectrometry,  and  X-ray  absorption  spectroscopy.Environ Sci Technol 2007; 41:6947-6954.

[20]  Lindberg  A-L,  Goessler  W,  Gurzau  E,  Koppova  K,  Rudnai  P,  Kumar  R,  Fletcher  T, Leonardi  G,  Slotova  K,  Gheorghiu  E,  Vahter  M.  Arsenic  exposure  in  Hungary,  Romania and Slovakia. J Environ Monit 2006; 8:203-208.

[21] Silbergeld E, Nachman K. The environmental and public health risks associated with arsenical use in animal feeds. Environmental Challenges in the Pacific Basin. Ann New York Acad Sci 2008;

[22]  Gueguen M,  Amiard  J-C,  Arnich  N,  Badot  P-M,  Claisse  D,  Guerin  T,  Vernoux  J-P.Shellfish  and  residual  chemical  contaminants:  hazards,  monitoring,  and  health  risk assessment along French coasts. Rev Environ Contam Toxicol 2011; 213:55-111.

[23]  Taleshi  MS,  Edmonds JS,  Goessler  W,  Ruiz-Chancho  MJ,  Raber  G,  Jensen  KB,Francesconi  KA.  Arsenic-containing  lipids  are  natural  constituents  of  sashimi  tuna. Environ Sci Tech 2010; 44:1478-1483.

[24]  Taleshi  MS,  Jensen  KB,  Raber  G,  Edmonds  JS,  Gunnlaugsdottir  H,  Francesconi  KA .Arsenic-containing  hydrocarbons:  natural  compounds  in  oil  from  the  fish  capelin, Mallotus villosus. Chem Comm 2008; 4706-4707.

[25] Rumpler A, Edmonds JS, Katsu M, Jensen KB, Goessler W, Raber G, Gunnlaugsdottir H, Francesconi KA. Arsenic-containing long-chain fatty acids in cod-liver oil: a result of biosynthetic infidelity? Angew Chem Int Ed Eng 2008; 47:2665-2667

[26] Schmeisser E, Rumpler A, Kollroser M, Rechberger G, Goessler W, Francesconi KA.Arsenic fatty acids are human urinary metabolites of arsenolipids present in cod liver.Angew Chem Int Ed Engl 2005; 45:150-154.

[27]  Freeman  HC,  Uthe  JF,  Fleming  RB,  Odense  PH,  Ackman  RG,  Landry  G,  Musial  C. Clearance  of  arsenic  ingested  by  man  from  arsenic  contaminated  fish.  Bull  Environ Contam Toxicol 1979; 22:224-229.

[28] Tam GK, Charbonneau SM, Bryce F, Sandi E. Excretion of a single oral dose of fish arsenic in man. Bull Environ Contam Toxicol 1982; 28:669-673.

[29] Brown RM, Newton D, Pickford CJ, Sherlock JC. Human metabolism of arsenobetaine ingested with fish. Hum Exp Toxicol 1990; 9:41-46.

[30]  Buchet  JP,  Lauwerys  R,  Roels  H.  Comparison  of  the  urinary  excretion  of  arsenic metabolites  after  a  single  oral  dose  of  sodium  arsenite,  monomethylarsonate,  or dimethylarsinate in man. Int Arch Occup Environ Health 1981; 48:71-79.

[31]  Francesconi  KA,  Tanggaar  R,  McKenzie  CJ,  Goessler  W.  Arsenic  metabolites  in human urine after ingestion of an arsenosugar. Clin Chem 2002; 48:92-101.

[32] Raml R, Raber G, Rumpler A, Bauernhofer T, Goessler W, Francesconi KA. Individual variability  in  the  human  metabolism  of  an  arsenic-containing  carbohydrate,  2',3'-dihydroxypropyl  5-deoxy-5-dimethylarsinoyl-beta-D-riboside,  a  naturally  occurring arsenical in seafood. Chem Res Toxicol 2009; 22:1534-1540.

[33]  Schmeisser  E,  Goessler  W,  Francesconi  KA.  Human  metabolism  of  arsenolipids present in cod liver. Anal Bioanal Chem 2006; 385:367-376.

[34]  Fowler  BA,  Chou  CSJ,  Jones  RL,  Sullivan  DW,  Chen  C-J.  Arsenic,  in:  Nordberg  G, Fowler  B,  Nordberg  M  (Eds.)  Handbook  of  the  Toxicology  of  Metals,  Academic  Press, Burlington, USA, 2014, pp. 581-624.

[35] International  Agency  for  Research  on  Cancer (IARC).  A  review  of human carcinogens.  Part  C:  Arsenic,  metals,  fibres  and  dusts/  IARC  Working  Group  on  the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans (2009: Lyon, France). Lyon, France, 2012.

[36]  Shiomi  K,  Horiguchi  Y,  Kaise  T.  Acute  toxicity  and  rapid  excretion  in  urine of tetramethylarsonium salts found in some marine animals. Appl Organomet Chem 1988; 385-389.

[37] Sele V, Sloth JJ, Lundebye A-K, Larsen EH, Berntssen MHG, Amlund H. Arsenolipids in  marine  oils  and  fats:  a  review  of  occurrence,  chemistry  and  future  resea rch  needs. Food Chem 2012; 133:618-630.

[38]  Diaz  OP,  Leyton  I,  Munoz  O,  Nunez N,  Devesa  V,  Suner  MA,  Velez  D,  Montoro  R. Contribution  of  water,  bread,  and  vegetables  (raw  and  cooked)  to  dietary  intake  of inorganic arsenic in a rural village of Northern Chile. J Agric Food Chem 2004; 52:1773 -1779.

[39] Raab A, Baskaran C, Feldmann J, Meharg AA. Cooking rice in a high water to rice ratio reduces inorganic arsenic content. J Environ Monit 2009; 11:41-44.

[40]  Sengupta  M,  Hossain  M,  Mukherjee  A,  Ahamed  S,  Das  B,  Nayak  B,  Pal  A, Chakraborti  D.  Arsenic  burden  of  cooked  rice:  Traditional  and  modern  methods.  Food Chem Toxicol 2006; 44:1823-1829.

[41]  Devesa  V,  Velez  D,  Montoro  R.  Effect  of  thermal  treatments  on  arsenic  species contents in food. Food Chem Toxicol 2008; 46:1-8.

[42] Dahl L, Molin M, Amlund H, Meltzer HM, Julshamn K, Alexander J, Sloth JJ. Stability of  arsenic  compounds  in  seafood  samples  during  processing  and  storage  by  freezing. Food Chemistry 2010; 123 (3):720-727.

[43]  Devesa  V,  Suner  MA,  Algora  S,  Velez  D,  Montoro  R,  Jalon M,  Urieta  I,  Macho ML. Organoarsenical species contents in cooked seafood. J Agric Food Chem 2005; 53:8813-8819.

[44] Devesa V, Martinez A, Suner MA, Velez D, Almela C, Montoro R. Effect of cooking temperatures on chemical changes in species of organic arsenic in seafood. J Agric Food Chem 2001; 49:2272-2276.

[45] Hanaoka K, Goessler W, Ohno H, Irgolic KJ, Kaise T. Formation of toxic arsenical in roasted muscles of marine animals. Appl Organomet Chem 2001; 61–66.

[46] Murer AJ, Abildtrup A, Poulsen OM, Christensen JM. Effect of seafood consumption on  the  urinary  level  of  total  hydride-generating  arsenic  compounds.  Instability  of arsenobetaine and arsenocholine. Analyst 1992; 117:677-680.

[47] FAO/WHO. Joint FAO/WHO Expert Commitee on Food Additives. Seventy-second meeting, Rome, 16–25 February 2010. Rome, 2010.

 

Tham khảo thêm thông tin tại bài viết: Tìm hiểu về ngưỡng của Asen trong thực phẩm