Lịch Sử, Ứng Dụng và Những Phương Pháp Phân Tích Vitamin C (ascorbic acid)
3 thg 4, 2023
Bài viết
Chia sẻ bài viết
«Uống nước cam ép rất tốt cho bạn vì chúng có chứa vitamin C!» Chắc hẳn hầu hết mọi người đều đã nghe qua điều này hoặc một yêu cầu tương tự trong thời niên thiếu của họ. Vitamin C, còn được gọi là acid ascorbic hay acid L-ascorbic, là một thành phần dinh dưỡng thiết yếu mà cơ thể con người không thể tự tổng hợp được. Chúng ta thu nhận chúng từ những nguồn bên ngoài như trái cây và rau củ tươi. Vì vitamin C có tính chất chống oxy hóa, nó còn được dùng làm chất bảo quản thực phẩm. Bài viết này sẽ khái quát về lịch sử của vitamin C và một số phương pháp phân tích dùng để xác định vitamin C trong một vài sản phẩm.
Bài viết gồm những nội dung sau và nhấn vào mục điều hướng dưới đây để đi đến từng mục cụ thể:
Lịch sử của vitamin C có mối liên hệ chặt chẽ với căn bệnh đáng sợ scorbut, căn bệnh từng là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong cho các thủy thủ. Vasco da Gama đã nhận thấy tác dụng chữa bệnh của các loại quả có múi và các nhà chức trách đã khuyến nghị sử dụng nước chanh ép hoặc các thực phẩm có nguồn gốc thực vật khác để ngăn ngừa bệnh scorbut.
Tuy nhiên, vào năm 1747, chính bác sĩ hải quân người Anh Jame Lind đã xác nhận trong một thí nghiệm có kiểm soát rằng trái cây họ cam quýt có thể ngăn ngừa bệnh scorbut. Trong thí nghiệm này, Lind đã nhóm 12 thủy thủ có mức độ bệnh scorbut nghiêm trọng như nhau thành từng cặp một và xử lý từng cặp theo cách khác nhau. Trong hai tuần, những người tham gia trong nghiên cứu nhận được rượu táo, đan dược vitriol (hỗn hợp acid sulfuric và alcohol), giấm, nước biển, hỗn hợp sệt làm từ tỏi, hạt mù tạt và các loại gia vị khác cùng với nước lúa mạch hoặc hai quả cam và một quả chanh. Chỉ những cặp nhận cam hoặc chanh là được khỏi bệnh [1]. Do đó, Hải quân Anh đã ra lệnh cho tất cả các tàu của mình phải mang theo một nguồn cung ổn định nước ép làm từ chanh châu Âu. Điều mà Lind không biết là đặc tính chữa bệnh của các quả có múi là do hàm lượng cao vitamin C của chúng.
Trong những thế kỉ sau này, các loại thực phẩm được biết đến giúp ngăn chặn bệnh scorbut được gọi là antiscorbutic, bắt nguồn từ tiếng Latin thời trung cổ về bệnh scorbut: «scorbutus». Ngoài các loại quả có múi, các loại thực phẩm này bao gồm dưa cải bắp, thứ mà Jame Cook đã dùng trong chuyến hành trình dài của mình đến Hawaii.
Năm 1912, Casimir Funk đưa ra khái niệm vitamin là các thành phần dịnh dưỡng thiết yếu. Cái được gọi là yếu tố chống scorbutic sớm đã được coi là «C hòa tan trong nước». Vitamin C lần đầu tiên được phân lập từ tuyến thượng thận động vật vào năm 1928 bởi nhà khoa học Hungary Albert Szent- Györgyi. Ông ta đặt tên cho hợp chất này là acid hexuronic và nghi ngờ nó là yếu tố chống scorbutic giúp ngăn ngừa bệnh scorbut.
Vào năm 1932, Szent-Györgyi và Joseph Svirbely đã kết luận rằng acid hexuronic là vitamin C. Điều tương tự đã được xác nhận chỉ vài tuần trước đó bởi Charles G. King tại Hoa Kỳ. Điều này là hoàn toàn có thể vì Svirbely đã gửi một lá thư cho người cố vấn cũ của mình, King, thông báo về khám phá này. Một cuộc tranh chấp gay gắt về quyền ưu tiên đã xảy ra trong những năm tiếp theo [2].
Walter N. Haworth đã xác định cấu trúc hóa học của vitamin C vào năm 1933. Ông và Szent-Györgyi đã đề xuất rằng acid L-hexuronic được đặt tên là acid a-ascorbic («a» có nghĩa là không trong tiếng Latin và «scorbutus» đề cập đến bệnh scorbut) bởi vì chức năng antiscorbutic. Một phần nhờ khám phá này, Albert Szent-Györgyi và Walter Norman Haworth đã được trao giải Nobel về Sinh lý học, Y học và Hóa học năm 1937.
2. Ứng dụng ngày nay của vitamin C
Ngày nay, lượng vitamin C cần thiết của chúng ta thường được cung cấp bằng các loại trái cây và rau quả tươi mà chúng ta tiêu thụ. Hơn nữa, vitamin C còn có ở những thực phẩm chức năng và thuốc không kê đơn không đắc tiền. Nó còn được dùng làm chất bảo quản trong các sản phẩm như bánh mì, mứt, rượu hoặc thậm chí là thịt vì đặc tính chống oxy hóa của nó giúp ngăn chặn sự hư hỏng của thực phẩm. Vitamin C được chỉ định với mã số E300-E305 cho chính dạng acid của nó cũng như các loại muối và ester ascorbate khác.
Muối ascorbate cũng được dùng trong mỹ phẩm và các sản phẩm chăm sóc cá nhân, trong đó những muối này hoạt động như chất chống oxy hóa và làm chậm quá trình phân hủy của sản phẩm. Acid ascorbic còn được dùng trong việc sản xuất ảnh, lọc nước, sản xuất nhựa và kính hiển vi huỳnh quang [3].
Để đảm bảo chất lượng của dược phẩm và tuân thủ luật ghi nhãn ngành thực phẩm, cần thực hiện xác định hàm lượng vitamin C trong thực phẩm và dược phẩm. Phần tiếp theo sẽ trình bày một số cách xác định vitamin C trong các nền mẫu khác nhau.
3. Phân tích vitamin C bằng chuẩn độ
Vitamin C thường được phân tích bằng phương pháp chuẩn độ, với 2,6- dichlorophenolindophenol (DCPIP) hoặc iod thường được dùng làm dung dịch chuẩn độ. Cả hai dung dịch này đều trải qua phản ứng oxy hóa khử với acid ascorbic. Acid ascorbic (C6H8O6) được oxy hóa thành acid dehydroascorbic (C6H6O6), trong khi DCPIP hoặc iod bị khử lần lượt thành DCPIPH2 hoặc iodide. Hình 1 cho thấy cân bằng phản ứng của phương pháp chuẩn độ acid ascorbic với DCPIP.
Đối với nước ép trái cây không có bã, việc xác định có thể được thực hiện trực tiếp mà không cần chuẩn bị mẫu. Đối với nước ép có bã, thực phẩm rắn và các sản phẩm từ trái cây và rau quả khác, trước tiên phải chiết xuất acid ascorbic.
Để ngăn chặn sự oxy hóa của acid ascorbic trước khi chuẩn độ, acid metaphosphoric thường được thêm vào mẫu. Điểm kết thúc chuẩn độ có thể được xác định bằng trắc quang hoặc phương pháp đo thế phân cực.
Chuẩn độ quang với DCPIP tận dụng lợi thế thực tế là DCPIP có màu hồng của cá hồi, còn DCPIPH2 thì không màu. Chuẩn độ iod sử dụng tinh bột làm chất chỉ thị, chúng sẽ chuyển sang màu xanh đen khi iod dư. Khi dùng điện cực quang như Optrode, điểm kết thúc có thể được xác định một cách đáng tin cậy với cả hai dung dịch chuẩn độ trên.
Hình 2 cho thấy một ví dụ về đường cong chuẩn độ của phép chuẩn độ acid ascorbic trong nước cam ép màu đỏ máu với DCPIP.
Với chuẩn độ đo thế phân cực, một dòng điện được áp vào giữa hai điện cực phân cực trong cốc chuẩn độ và đo điện thế sinh ra. Khi acid ascorbic trong mẫu được oxy hóa hoàn toàn, điện thế sẽ nhảy đột nghột, cho biết điểm kết thúc chuẩn độ. Bảng 1 dưới đây liệt kê các tài liệu ứng dụng hiện có cho các loại mẫu khác nhau.
Bảng 1. Các tài liệu ứng dụng hiện có dùng cho phân tích acid ascorbic bằng phương pháp chuẩn độ trong nhiều loại mẫu sử dụng các loại chất chuẩn độ khác nhau.
| Mẫu | Tiêu Chuẩn | Dung Dịch Chuẩn Độ | Tài Liệu Ứng Dụng |
|---|---|---|---|
| Nước ép và các chế phẩm vitamin | AOAC 967.21 | DCPIP | |
| Các sản phẩm từ trái cây và rau quả | ISO 6557-2 | DCPIP | |
| Viên nang, viên nén và dung dịch uống chứa vitamin và multivitamin | USP<580> | DCPIP | |
| Nước ép và các chế phẩm vitamin | – | Iodine (I2) | AN-T-162 |
| Sữa bột | – | DCPIP | AN-T-171 |
| Rượu | – | Potassium iodate (KIO3) | AB-225 |
4. Xác định vitamin C bằng phương pháp cực phổ
Ngoài ra, vitamin C còn được phân tích với độ nhạy cao bằng phương pháp cực phổ. Cực phổ là một loại của phương pháp vôn-ampe sử dụng điện cực làm việc dạng lỏng, như điện cực giọt thủy ngân (DME). Trong quá trình phân tích, dòng điện chạy giữa hai điện cực trong dung dịch được đo khi điện thế áp vào được tăng dần đều.
Trong phép đo cực phổ, acid ascorbic bị oxy hóa để hình thành acid dehydroascorbic. Nước ép trái cây và rau quả có thể được phân tích trực tiếp, trong khi viên nén và các chế phẩm vitamin cần phải được pha loãng để tạo một lượng mẫu thích hợp với phép đo cực phổ. Thực phẩm và các mẫu dạng rắn yêu cầu cần phải chiết xuất acid ascorbic trước khi phân tích.
Hàm lượng acid ascorbic được xác định bằng phương pháp thêm chuẩn, trong đó mẫu ban đầu được thêm chuẩn bằng một dung dịch chuẩn acid ascorbic. Hình 3 cho thấy một giản đồ cực phổ và đường hiệu chuẩn của phép xác định acid ascorbic trong nước cam ép. Bảng 2 bên dưới liệt kê các tài liệu ứng dụng có sẵn cho các loại mẫu khác nhau.
Bảng 2. Các tài liệu ứng dụng hiện có dùng cho phân tích acid ascorbic bằng cực phổ.
| Mẫu | Tài Liệu Ứng Dụng |
|---|---|
| Nước ép trái cây và rau quả | |
| Viên nang, viên nén và dung dịch uống vitamin | |
| Thực phẩm, chất kích thích và thức ăn chăn nuôi |
5. Xác định vitamin C bằng sắc ký ion
Sắc ký ion (IC) là một phương pháp phân tích hợp lệ khác dùng để đo acid ascorbic trong mẫu, đặc biệt khi cần phân tích đồng thời với các acid hữu cơ khác (acid malic, acetic hoặc citric). Vitamin C được xác định dưới dạng ascorbate khi sử dụng IC. Phương pháp sắc ký loại trừ ion (IEC) được sử dụng để tách ascorbate khỏi các anion của các acid yếu khác, như citrate hoặc acetate.
Viên nén, thực phẩm bổ sung vitamin và phụ gia thực phẩm có thể được phân tích trực tiếp sau khi pha loãng. Đối với nước ép có chứa bã, nên dùng phương pháp lọc khuếch tán nội tuyếnn để loại bỏ các phần tử lơ lửng có trong mẫu. Kỹ thuật chuẩn bị mẫu nội tuyến này được áp dụng để bảo vệ cột phân tách và hệ thống IC.
Hình 4 cho thấy một sắc ký đồ phân tích ascorbate cũng như maleate trong nước ép trái cây sử dụng cột cột Metrosep Organic Acids – 250/7.8, đầu dò độ dẫn điện với phương pháp triệt nền nghịch đảo (LiCl) và kỹ thuật Lọc khuếch tán nội tuyến Metrohm dùng để chuẩn bị mẫu. Bảng 3 bên dưới liệt kê các tài liệu ứng dụng hiện có cho các loại mẫu khác nhau.
Bảng 3. Các tài liệu ứng dụng hiện có dùng cho phân tích acid ascorbic bằng sắc ký ion.
| Mẫu | Tài Liệu Ứng Dụng |
|---|---|
| Nước ép trái cây và rau quả | AN-O-032 |
| Viên nén vitamin | AN-O-007 |
| Phụ gia thực phẩm | AN-O-024 |
Tóm tắt
Lịch sử của vitamin C có liên quan đến thời đại của thủy thủ và khám phá cũng như căn bệnh đáng sợ là bệnh scorbut. Khám phá của Lind về lợi ích của trái cây họ cam quýt đã thiết lập một phương pháp điều trị khả thi. Công việc của Szent-Györgyi vào những năm 1920 và 1930 đã dẫn đến việc định danh acid ascorbic là vitamin C. Ngày nay, bệnh scorbut chủ yếu được coi là một căn bệnh của quá khứ xa xôi vì vitamin C đã trở nên phổ biến và dễ dàng có được từ trái cây và rau quả. Nó cũng được dùng như một chất dinh dưỡng hỗ trợ sức khỏe và như một chất bảo quản thực phẩm nhờ vào tính chất chống oxy hóa của nó.
Phương pháp chuẩn độ, vôn-ampe và sắc ký ion là ba phương pháp hiệu quả dùng để phân tích vitamin C trong nhiều loại thực phẩm và chế phẩm dược. Còn có nhiều chất phân tích trong nước ép, thực phẩm hoặc dược phẩm có thể được phân tích bằng những kỹ thuật này. Hãy tìm hiểu công cụ Tìm kiếm Ứng dụng của chúng tôi để tìm ra phương pháp phân tích phù hợp với các nhu cầu trong phòng thí nghiệm của bạn.
References
[1] Hughes, R. E. James Lind and the Cure of Scurvy: An Experimental Approach. Med Hist 1975, 19 (4), 342–351.
[2] Albert Szent-Gyorgyi. Profiles in Science. https://profiles.nlm.nih.gov/spotlight/wg (accessed 2023-02-09).
[3] Ascorbic Acid. Chemical Safety Facts. https://www.chemicalsafetyfacts.org/chemicals/ascorbic-acid/ (accessed 2023-03-01).
Your knowledge take-aways
Application Bulletin: Determination of ascorbic acid (Vitamin C) and its compounds
Blog: Frequently asked questions for beverage analysis with ion chromatography
