Nghiên cứu khảo sát hàm lượng kim loại nặng pb và cd trong một số mẫu khoai sắn ở một số huyện trên địa bàn tỉnh quảng nam bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM H H  LÊ THỊ THANH NGÂN NGHIÊN CỨU KHẢ SÁT HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG Pb VÀ Cd TRONG MỘT SỐ MẪU KHOAI SẮN Ở MỘT SỐ HUYỆN THUỘC TỈNH QUẢNG N

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

H H



LÊ THỊ THANH NGÂN

NGHIÊN CỨU KHẢ SÁT HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG Pb VÀ Cd TRONG MỘT SỐ MẪU KHOAI SẮN Ở MỘT SỐ HUYỆN THUỘC TỈNH QUẢNG NAM BẰNG PHƯƠNG PHÁP QU NG

PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

HÓA HỌC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA H



LÊ THỊ THANH NGÂN

NGHIÊN CỨU KHẢ SÁT HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG Pb VÀ Cd TRONG MỘT SỐ MẪU KHOAI SẮN Ở MỘT SỐ HUYỆN THUỘC TỈNH QUẢNG NAM BẰNG PHƯƠNG PHÁP QU NG

PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS)

Chuyên ngành: SƯ PHẠM HÓA HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

HÓA HỌC

Gi ng Viên Hư ng D n:

Th S Ng Th M nh

ĐÀ NẴNG, NĂM 2020

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, các anh chị trong Khoa Hóa học và Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng đã tạo điều kiện thuận lợi và chia sẻ những kinh nghiệm bổ ích nhất để em thực hiện luận văn này

Tiếp đến em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến cô Ngô Thị Mỹ Bình, là cô hướng dẫn khóa luận tốt nghiệp và cũng là giáo viên chủ nhiệm của em, đã tạo mọi điều kiện, động viên và giúp đỡ em hoàn thành bài luận văn này Trong suốt quá trình nghiên cứu, cô đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu về khoa học cũng như kinh nghiệm của cô, nhờ đó mà em có thể hoàn hành tốt bài luận văn của mình

Em cũng xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã luôn ở bên cạnh và động viên em trong những lúc khó khăn để có thể vượt qua và hoàn thành tốt luận văn này

Trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những khiếm khuyết em rất mong thầy cô và các bạn thông cảm và góp ý để luận văn hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Vai trò của khoai và sắn 3

1.1.1 Vai trò của sắn 3

1.1.2 Vai trò của khoai 5

1.2 Giới thiệu tổng quan về cây sắn và khoai 6

1.2.1 Giới thiệu về cây sắn 6

1.2.1.1 Nguồn gốc phân bố 7

1.2.1.2 Đặc điểm thực vật học, mô tả sơ bộ cây sắn 7

1.2.1.3 Thành phần dinh dưỡng của cây sắn 10

1.2.2 Giới thiệu về cây khoai 10

1.2.2.1 Nguồn gốc phân bố 10

1.2.2.2 Đặc điểm thực vật học, mô tả sơ bộ cây khoai 11

1.2.2.3 Phân loại cây khoai, các giống khoai 13

1.2.2.4 Giá trị kinh tế của cây khoai 14

1.2.2.5 Thành phần dinh dưỡng của cây khoai 14

1.3 Giới thiệu về kim loại nặng 15

1.3.1 Nguồn gốc xuất hiện và sự di chuyển các kim loại nặng 15

1.3.1.1 Trong nước 16

1.3.1.2 Trong đất 16

1.3.1.3 Trong không khí 16

1.3.2 Tác hại của kim loại nặng 16

1.3.3 Sự xâm nhập của kim loại nặng vào cơ thể sinh vật 16

1.3.4 Kim loại nặng đối với con người và cây trồng 17

1.3.4.1 Vai trò của kim loại với cây trồng 17

1.3.4.2 Cơ chế hấp thụ kim loại nặng vào thực vật 18

1.3.4.3 Quá trình xâm nhập kim loại nặng vào trong cây 18

1.4 Đại cương về Chì (Pb) và Cadimi (Cd) 19

1.4.1 Trạng thái tự nhiên của các kim loại Pb và Cd 19

1.4.2 Một số tính chất vật lí của các kim loại Pb và Cd 19

1.4.3 Một số tính chất hóa học của các kim loại Pb và Cd 20

1.4.3.1 Tính chất hóa học của chì (Pb) 20

1.4.3.2 Tính chất hóa học của Cadimi (Cd) 21

1.4.4 Độc tính của Chì (Pb) và Cadimi (Cd) 22

1.5 Các phương pháp phân tích lượng vết của kim loại nặng 24

1.5.1 Các phương pháp phân tích điện hóa 24

1.5.1.1 Phương pháp cực phổ 24

1.5.1.2 Phương pháp Von-Ampe hòa tan 25

1.5.2 Các phương pháp phân tích quang học 25

1.5.2.1 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS 25

1.5.2.2 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) 25

1.5.2.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS (F-AAS) 26

1.6 Các kĩ thuật phân tích cụ thể trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 27

1.6.1 Phương pháp đồ thị chuẩn (đường chuẩn) 27

1.6.2 Phương pháp thêm chuẩn 28

1.7 Phương pháp xử lí mẫu phân tích xác định Pb và Cd 29

1.7.1 Phương pháp xử lí ướt 29

1.7.2 Phương pháp xử lí khô 29

1.7.3 Phương pháp xử lí khô - ướt kết hợp 30

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 31

2.1.1 Dụng cụ 31

2.1.3 Hóa chất 32

2.2 Chuẩn bị hóa chất 32

2.3 Lấy mẫu và bảo quản mẫu 33

2.4 Thực nghiệm nghiên cứu điều kiện phân tích hàm lượng kim loại Pb và Cd 34

2.4.1 Các thông số tối ưu của máy AAS và cách tiến hành đo phổ 34

2.4.2 Khảo sát dung môi hòa tan mẫu và tiến hành xử lí 35

2.5 Xây dựng đường chuẩn 35

2.6 Phân tích mẫu giả 36

2.7 Xác định hiệu suất thu hồi 36

2.8 Sai số của phương pháp phân tích 36

2.9 Quy trình phân tích 37

2.10 Phân tích mẫu thực 37

2.10.1 Xử lí mẫu 37

2.10.2 Đối tượng nghiên cứu 38

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

3.1 Xây dựng đường chuẩn 39

3.2 Kết quả khảo phân tích mẫu giả 40

3.3 Kết quả xác định hiệu suất thu hồi của phương pháp 40

3.4 Kết quả đánh giá sai số của phương pháp 41

3.5 Kết quả đưa ra quy trình phân tích hàm lượng Pb và Cd trong củ 41

3.6 Kết quả phân tích mẫu thực tế 42

3.7 Xử lí số liệu 42

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 So sánh đặc điểm khoai lang ngọt và khoai lang nhiều nước 14

Bảng 1.2 Bảng hằng số vật lí của Pb và Cd 20

Bảng 2.1 Quy trình pha dãy chuẩn từ Cd2+ 10ppm 32

Bảng 2.2 Quy trình pha dãy chuẩn từ Pb2+ 10ppm 33

Bảng 2.3 Thông tin lấy mẫu 33

Bảng 2.4 Khối lượng cũ sau khi nung 37

Bảng 3.1 Xác định Chì trong mẫu giả 40

Bảng 3.2 Xác định Cadimi trong mẫu giả 40

Bảng 3.3 Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi phương pháp của Chì 40

Bảng 3.4 Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi phương pháp của Cadimi 41

Bảng 3.5 Kết quả đánh giá sai số phương pháp phân tích Chì và Cadimi 41

Bảng 3.6 Kết quả phân tích mẫu khô 42

Bảng 3.7 Kết quả phân tích mẫu củ tươi 43

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hình ảnh cây sắn 7

Hình 1.2 Hình ảnh rễ củ và củ sắn 8

Hình 1.3 Thân sắn 9

Hình 1.4 Lá sắn 9

Hình 1.5 Hoa và hạt sắn 10

Hình 1.6 Cây khoai lang 11

Hình 1.7 Lá khoai 12

Hình 1.8 Hoa cây khoai 12

Hình 1.9 Hình thái cây khoai lang 13

Hình 1.10 Một số giống khoai lang 14

Hình 1.11 Mối quan hệ giữa độ hấp thụ A và nồng độ C 27

Hình 1.12 Đồ thị đường chuẩn của phương pháp thêm chuẩn 28

Hình 2.1 Máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 31

Hình 2.2 Lò nung 32

Hình 3.1 Kết quả xây dựng đường chuẩn của Cd và Pb 40

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Xã hội ngày càng hiện đại, phát triển đất nước ở các lĩnh vực là cần thiết để đưa đất nước đi lên xã hội chủ nghĩa với những thành tựu to lớn, nhưng bên cạnh đó, cũng có nhiều vấn đề nảy sinh gây ảnh hưởng đến sự phát triển của của đất nước Và môi trường

là vấn đề được nhiều quốc gia quan tâm, và đặc biệt vấn đề ô nhiễm môi trường ở Việt Nam đang trong tình trạng báo động đem lại nhiều hậu quả xấu, cần phải có các giải pháp

và chính sách kịp thời trong chiến lược phát triển chung về kinh tế xã hội trong giai đoạn công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước

Ô nhiễm môi trường là mối quan tâm rất lớn của không ít các quốc gia trên thế giới, đặc biệt ở Việt Nam, khi xã hội hiện đại, tình trạng ô nhiễm môi trường càng là câu chuyện được bàn nhiều nhất đối với cấp quản lý và người dân sinh sống Hậu quả ô nhiễm môi trường mang lại rất nghiệm trọng, sự nghiêm trọng nhất kể đến là sức khỏe của người dân Thực tế, cho thấy hậu quả mà ô nhiễm môi trường nước tác động tới cho sức khỏe con người thông qua ăn uống phải nguồn nước ô nhiễm hoặc sử dụng động thực vật được nuôi trồng trong môi trường bị ô nhiễm Các chất thải công nghiệp ( khai thác

mỏ, luyện kim, sản xuất hóa chất ), chất thải sinh hoạt, và chất thải từ nông nghiệp ( thuốc trừ sâu, phân bón ) sẽ ngấm vào nguồn nước và đất, sau đó khi chúng ta sử dụng các loại thực phẩm được nuôi trồng trên chính môi trường đó thì các chất đó sẽ đi ngược lại vào trong cơ thể chúng ta và tích lũy lâu ngày gây nên các tác hại khôn lường

Theo thống kê trong những năm qua, tình hình vệ sinh an toàn thực phẩm trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đang diễn biến phức tạp và đứng trước nhiều thách thức Nhiều vụ ngộ độc cấp tính xảy ra trong các bữa ăn gia đình và tập thể làm xôn xao dư luận Rất nhiều loại thực phẩm không đảm bảo vệ sinh, không an toàn đang được lưu hành trên thị trường, ảnh hưởng không tốt đến người tiêu dùng như sữa nhiễm melamine, rượu chứa nhiều metanol, ô mai xí muội nhiễm chì, thịt đông lạnh nhập khẩu không rõ nguồn gốc,

Tuy nhiên, những phát hiện đó chỉ mới là phần nổi của vấn đề ngộ độc thực phẩm, còn phần chìm chính là tình trạng ngộ độc mãn tính do thức ăn bị nhiễm các hóa chất, các kim loại nặng tích lũy, gây hai trong cơ thể mà chưa ai lường hết được hậu quả của nó

Nó âm ỉ, hủy hoại dần con người chúng ta mà chúng ta không hề hay biết, đó mới là vấn

đề đáng lo ngại nhất

Hiện tại có nhiều nguyên tố kim loại nặng có thể là nguồn gây ô nhiễm thực phẩm, nhưng những nguyên tố hay được nhắc đến nhất là: chì (Pb), thủy ngân (Hg), cadimi (Cd), kẽm (Zn), arsen (As) Do đó, việc kiểm soát, đánh giá sự tích tụ kim loại nặng trong rau củ nói riêng và trong thực phẩm nói chung trở thành một vấn đề cấp bách được toàn thể xã hội quan tâm Nắm bắt được nhu cầu đóem quyết định lựa chọn đề tài nghiên

cứu cho khóa luận của mình là: “Nghiên cứu khảo sát hàm lượng kim loại nặng Pb và

Cd trong một số mẫu khoai sắn ở một số huyện trên địa bàn tỉnh Quảng Nam bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)”, em muốn thông qua kết quả thực

nghiệm của bài báo cáo này để đánh giá được mức độ an toàn của khoai và sắn ở quê mình cũng như là đưa ra giải pháp nếu như nồng độ kim loại nặng trong chúng vượt quá

mức cho phép, từ đó đảm bảo an toàn thực phẩm cho người dùng và góp phần đưa ngành nông nghiệp ở địa phương mình phát triển hơn vì ở Quảng Nam quê em, người dân sống chủ yếu bằng nghề nông, mà khoai và sắn là những loại lương thực được trồng phổ biến ở vùng đất này Ở đây người nông dân trồng khoai sắn theo cách cổ truyền từ bao đời và tuy không còn là nguồn lương thực chính, nhưng sắn và khoai vẫn là thức ăn yêu thích của rất nhiều gia đình

2 Ý nghĩa của đề tài

- Về lý thuyết: đề tài góp phần nghiên cứu lý thuyết cho việc phân tích xác định hàm lượng ngyên tố Pb và Cd trên các mẫu củ khác nhau bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử bằng ngọn lửa (F-AAS)

- Về mặt thực tiễn: ứng dụng quy trình phân tích đã nghiên cứu để đánh giá mức độ

ô nhiễm kim loại nặng mà cụ thể là Pb và Cd có trong một số loại củ phổ biến tại một số huyện trên địa bàn tỉnh Quảng Nam

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Khảo sát các điều kiện thực nghiệm tối ưu xác định hàm lượng Pb và Cd bằng

phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử bằng ngọn lửa (F-AAS)

- Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng Pb và Cd theo các điều kiện tối ưu đã chọn, từ đó đánh giá sai số, độ lặp lại, khoảng tin cậy của phép đo

- Tiến hành lấy mẫu thực tế, xác định hàm lượng Pb và Cd có trong một số mẫu củ

- So sánh hàm lượng Cd có trong một số mẫu củ đã phân tích với quy chuẩn Việt Nam

về rau củ

Sắn (Manihot esculenta) là cây thuộc họ Euphorbiaceae có nguồn gốc từ Nam Mỹ Có một số phần trong sắn có thể được sử dụng trong tiêu dùng Trước đây, người ta cho rằng sắn là thực phẩm “người nghèo” nhưng sau khi nghiên cứu và người ta tìm thấy những lợi ích to lớn của sắn thì mô hình biến đổi sắn sang thức ăn dành cho giới “người giàu”

Sắn có nhiều lợi ích cho sức khoẻ Dưới đây là những ích lợi tuyệt vời của củ và lá sắn:

* Cung cấp đầy đủ năng lượng cho cơ thể

Mỗi 100 gram sắn chứa tới 38 gram carbohydrate, cung cấp khoảng 160 kcal Điều này khiến sắn trở thành nguồn năng lượng tuyệt vời cho cơ thể, nhất là người hoạt động thể lực vất vả Sau khi ăn, carbohydrate trong sắn sẽ được chia thành glucose, hoạt động như nguồn năng lượng cho các tế bào trong cơ thể Glucose sẽ được giữ lại và chuyển thành glycogen trong cơ bắp như nguồn năng lượng dự trữ Trong khi đó, lá sắn cũng chứa carbohydrate nhiều tương đương trong hạt đậu và đậu nành

* o vệ và sửa m cơ thể

Củ sắn chứa protein có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ và sửa chữa mô cơ thể

Lá sắn cũnggồm nhiều loại protein khác nhau như lysine, isoleucine, leucine, valine và rất nhiều arginine không thường thấy trong cây lá xanh Sắn hầu như chứa tất cả amino acyd, tương đương trong trứng và đậu nành như nguồn protein dồi dào

* Gi m Cholesterol trong máu

Philipin (một trong những quốc gia mà cây sắn là một trong những cây trồng quan trọng) đã tiến hành một nghiên cứu nhằm xem xét tác động của cây lấy củ, đặc biệt là sắn trong việc làm giảm mức cholesterol trong cơ thể con người Nghiên cứu cho thấy rằng cây sắn có tác dụng đáng kể trong việc giảm mức cholesterol toàn phần, nó cũng làm giảm lipoprotein mật độ lipoprotein (LDL) được xem là cholesterol “xấu” và có thể giúp giảm mức triglyceride do hàm lượng chất xơ trong khẩu phần cao Sắn cũng được biết đến như là nguồn saponin tốt Các chất hoá học thực vật có thể giúp cơ thể hạ thấp mức cholesterol không lành mạnh trong máu của bạn Saponin hoạt động bằng cách gắn các axit mật và cholesterol, ngăn ngừa chúng không bị hấp thu bởi ruột non

* Gi m nguy cơ mắc bệnh tim mạch

Như đã giải thích ở trên, sắn có thể làm giảm cholesterol là thủ phạm của bệnh tim bằng chất xơ của nó và duy trì sức khoẻ của các động mạch và tuần hoàn máu

* hiến cho xương và răng chắc khỏe

Khoai mì chứa canxi là cần thiết để giúp xương và răng chắc khỏe Vitamin-K được tìm thấy trong lá sắn cũng có vai trò tiềm năng trong việc xây dựng khối xương bằng cách thúc đẩy hoạt động osteotrophic trong xương và ngăn ngừa việc mất khoáng chất, đặc biệt là canxi

* Duy tr sự trao đổi chất đều đặn

Sắn là nguồn cung cấp một lượng ít các nhóm vitamin nhóm B có giá trị như folate, pyridoxin, thiamin, riboflavin, và acid pantothenic, rất quan trọng trong sản xuất hoóc môn trao đổi chất và duy trì sự trao đổi chất thường nhật diễn ra trong cơ thể

* Giúp điều chỉnh nh p tim và huyết áp

Nồng độ kali trong sắn (271 mg / 100g hoặc 6% RDA) đóng vai trò quan trọng trong tế bào và dịch cơ thể giúp điều chỉnh nhịp tim và huyết áp Một nghiên cứu cho thấy kali mà những người bị cao huyết áp tiêu thụ có thể giúp giảm huyết áp tâm thu Kali cũng là một khoáng chất quan trọng giúp tim bạn đập Những người có vấn đề với nhịp tim được khuyến khích tiêu thụ nhiều kali và sắn có thể là sự lựa chọn lý tưởng

* Ngăn ngừa táo bón và gi m cân

Amyloza (16-17%) trong sắn là một nguồn carbohydrate phức tạp phân tách chậm trong cơ thể và khiến bạn no lâu Sắn cũng chứa nhiều chất xơ, giúp ngăn ngừa táo bón Theo website Mayo Clinic, các chất xơ cũng rất hữu ích cho việc giảm cân bằng cách duy trì cảm giác no lâu Lá sắn nấu chín chứa ít calo, 37kcal trong 100grams, rất tốt cho ai muốn giảm cân và được ghi nhận không hề có chất béo

* h ng chứa Gluten và dinh dưỡng phù hợp cho người có bệnh celiac

Không giống như các phẩm thực vật khác, sắn không chứa gluten Gluten là chất đạm thường tìm thấy trong lúa mì, lúa mạch, yến mạch và lúa mạch đen và có thể gây dị ứng một số người Người bị bệnh celiac (bất thường hoặc tổn thương ruột non không hấp thu được gluten) có thể ăn tinh bột hoặc bột sắn vì không chứa gluten Bằng cách này, họ vẫn có thể thưởng thức một số bánh làm từ sắn và các món ăn khác cần bột làm đặc nước sốt

* Ngăn ngừa ung thư

Sắn có chứa một số chất chống oxy hoá đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa các gốc tự do xâm nhập vào cơ thể và thúc đẩy ung thư Chất chống oxy hoá mạnh

mẽ bao gồm Vitamin C, beta carotene và Saponins Những chất chống oxy hoá này giúp

cơ thể bảo vệ tế bào khỏi bị tổn thương bởi các gốc tự do và sửa chữa DNA bị hỏng Một nghiên cứu về Fitoterapia của các nhà khoa học từ Đại học Thiên Tân cho thấy saponin chứa trong thực vật có thể giúp ngăn ngừa ung thư Nghiên cứu này được công bố vào tháng 10 năm 2010

* Tăng cường Probiotics tăng trưởng và tăng cường hệ miễn d ch

Một lần chất xơ trong sắn đặc biệt là lá cây có thể thúc đẩy sự phát triển của probiotic hoặc vi khuẩn tốt trong ruột và các probiotic tự nó nổi tiếng được biết đến như một phần của hệ thống miễn dịch Sự phát triển của vi khuẩn tốt trong ruột của con người

có thể làm tăng khả năng miễn dịch bằng cách hạn chế số lượng vi sinh vật gây bệnh trong cơ thể

* Hạn chế tổn thương thần kinh và ngăn ngừa bệnh lzheimer

Vitamin K có trong lá sắn non cũng đã được chứng minh đã giúp xác định vai trò điều trị bệnh Alzheimer bằng cách hạn chế tổn thương thần kinh trong não Việc bổ sung đầy đủ lượng Vitamin K cũng giúp bảo vệ não khỏi mất chức năng của tế bào

* Ngăn ngừa bệnh thiếu máu và giúp máu mang xigen

Khoáng chất sắt trong sắn có thể giúp cơ thể tạo thành hai protein quan trọng là hemoglobin (phân tử protein trong hồng cầu) và myoglobin (protein tìm thấy trong cơ tim

và cơ) – nhân tố vận chuyển oxy đến các mô cơ thể Ăn lá hoặc củ giúp ngăn ngừa cơ thể

bị thiếu sắt dẫn đến thiếu máu và giúp quá trình đổi mới hồng cầu

* Giúp gi m căng thẳng và lo lắng

Các vitamin và khoáng chất trong củ và lá sắn giúp cơ thể giảm bớt căng thẳng và

lo lắng bằng cách thúc đẩy tâm trạng thoải mái Magiê trong sắn cũng được biết như là thuốc giảm căng thẳng và đóng vai trò làm dịu hệ thần kinh

1.1.2 Vai trò của khoai [15]

Khoai lang có nguồn dinh dưỡn n d n n h nh i h

th i ti t và thu c hàng nguyên liệ nh d n kh i n ã ồn t i m h i, b n

bỉ ã hổ bi n r ng rãi khắ nơi ên h giới bởi những tác d ng củ kh i n i với s c khỏe

* Cải thiện bệnh tiểu đường

Tác d ng của khoai lang phải k n ầu tiên là cải thiện bệnh ti ư ng Khoai lang có chỉ s glycemic th hơn ới khoai tây Nó còn ch a nhi u ch xơ (kh ảng 5g trong 3/4 mỗi chén kh i) i ơ h tiêu hóa chậ e i cả i n hơn

Do vậy, b n có th k t h p vào ch ăn ng trong i u trị bệnh ti ư ng và giảm cân

* Tốt cho người mắc bệnh tăng huyết áp

Đ h huy t áp, việ d ư ng natri th n ơ h là r t cần thi t Tuy nhiên, b n ừng quên h p th nhi k i h ơ h n t quan trọng N u cung c p

ủ ư ng kali thi t y u cho ơ h , b n sẽ giả ư n ơ ắc bệnh ăn h t áp Trung bình m t củ khoai ch 542 k i h ơ h d kh i n t t h n ư i mắc bệnh ăn h t áp

* Chất chống ung thư

Khoa họ ã h ng minh trong những củ khoai nhi u màu sắc ch a m t lo i protein giúp c ch protease Theo nghiên c u, khi ch t c ch protease gặp t bào ung

hư ẽ làm chậm s phát tri n của các t n hư

Các chuyên gia ti n hành nghiên c u trên loài heo – m i ng vật có hệ

th ng tiêu hóa r t gi n n n ư i, cho th y khoai lang tím có tác d n n ăn hặn s lây lan của các t bào g n hư t già

Hơn th n ăn hần kỳ n n i iảm m ư ng protein gọi là IL-6 gây tổn h i cho kh i u tới sáu lần Bên c nh iệ ăn kh i h làm giả n ơ phát tri n n hư i tràng

M t nghiên c kh n h h y khi b n ăn h c ph m với màu sắ

d n như nh ỏ, khoai tây tím, bông cải x nh … h a nhi u các lo i protein, ho t tính sinh họ n h nin xi hen i n như i h dinh dưỡng bao gồm vitamin, carotenoid và flavonoid giúp phá hủy các t bào g n hư

* Tốt cho hệ tiêu hóa

M t trong những tác d ng củ kh i n i với s c khỏe là ch năn ải thiện

hệ tiêu hóa Với ư ng lớn ch xơ d ng n ăn n ừa ch ng táo bón ồng th i thúc

ư ng tiêu hóa ho ng t hơn

Vitamin C và các axit amin chính là thành phần i k h h h nh ng ru t, làm quá trình tiêu hóa th ăn ở nên nh nh hơn h ng tình tr n ầy b ng, khó tiêu và

n ăn n ừa táo bón

Vì vậ ăn kh i n h n ặn khoảng 100g/ngày r t có l i cho hệ tiêu

h ặc biệt là chữa táo bón r t hiệu quả

* Giảm viêm

Tác d ng của khoai lang phải k n ti p theo là giảm viêm Trong khoai lang

ch a choline – ch dinh dưỡng quan trọn e i nhi u công d n như giúp ngủ ngon

gi c, giả ơ ăn ư ng trí nhớ

Ch ine n hần duy trì c u trúc màng t bào, hỗ tr dẫn truy n xung thần kinh Đồng th i h ine i ơ h h p th ch t béo và làm dịu các ch ng viêm kinh niên

Trong m t nghiên c ăn ên h c ph m cận dư c (t Journal of Medicinal Food), chi t xu t khoai lang tím có ch a ch t ch ng viêm lành tính và có khả năn n ăn n ừa s hình thành ch é n như h ọn các g c t d Thê

lo i th c ph m này còn có nồn h p ch t ch ng viêm, ch n x h hơn nhi u

so với lo i củ trắng

1.2 Giới thiệu tổng quan về cây sắn và khoai

1.2.1 Giới thiệu về cây sắn

1.2.1.1 Nguồn gốc phân bố [13]

Hình 1.1 Hình ảnh cây sắn

Cây khoai mì (sắn) có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ La tinh (Crantz, 1976) và được trồng cách đây khoảng 5.000 năm (CIAT, 1993) Trung tâm phát sinh cây khoai mì được giả thiết tại vùng đông bắc của nước Brasil thuộc lưu vực sông Amazon, nơi có nhiều chủng loại khoai mì trồng và hoang dại (De Candolle 1886; Rogers, 1965) Trung tâm phân hóa phụ có thể tại México và vùng ven biển phía bắc của Nam Mỹ Bằng chứng về nguồn gốc khoai mì trồng là những di tích khảo cổ ở Venezuela niên đại 2.700 năm trước Công nguyên, di vật thể hiện củ khoai mì ở cùng ven biển Peru khoảng 2000 năm trước Công nguyên, những lò nướng bánh khoai mì trong phức hệ Malabo ở phía Bắc Colombia niên đại khoảng 1.200 năm trước Công nguyên, những hạt tinh bột trong phân hóa thạch được phát hiện tại Mexico có tuổi từ năm 900 đến năm 200 trước Công nguyên (Rogers 1963, 1965)

Cây khoai mì được người Bồ Đào Nha đưa đến Congo của châu Phi vào thế kỷ XVI Tài liệu nói tới khoai mì ở vùng này là của Barre và Thevet viết năm 1558 Ở châu

Á, khoai mì được du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ XVII (P.G Rajendran et al, 1995)

và Sri Lanka đầu thế kỷ XVIII (W.M.S.M Bandara và M Sikurajapathy, 1992) Sau đó, khoai mì được trồng ở Trung Quốc, Myanma và các nước châu Á khác ở cuối thế kỷ XVIII, đầu thế kỷ XIX (Fang Baiping 1992 U Thun Than 1992) Cây khoai mì được du nhập vào Việt Nam khoảng giữa thế kỷ XVIII, (Phạm Văn Biên, Hoàng Kim, 1991) Hiện chưa có tài liệu chắc chắn về nơi trồng và năm trồng đầu tiên

1.2.1 2 Đặc điểm thực vật học, mô t sơ bộ cây sắn [14]

a Rễ sắn:

Căn cứ vào chức năng hình thái bên ngoài rễ sắn được chia làm 2 loại:

- Rễ hút: rễ nhỏ, dài, thường phát triển ở mắt của hom, và trên vỏ ngoài của củ cho đến khi củ phình to – chín, rễ hút tự rụng Nhiệm vụ: hút nước và muối khoáng Rễ có thể phát triển sâu xuống 4m

- Rễ củ: là những rễ xuất hiện đầu tiên trên mặt cắt và trên các mắt của hom sắn (khoảng 5-15 rễ ra đầu tiên) Tùy vào đặc tính di truyền của giống mà có giống củ phát triển ngay từ mặt cắt hoặc mắt hom hoặc phát triển xa cổ rễ

* Cấu tạo của rễ củ:

 Biểu bì: Tùy theo giống mà có thể nhẵn hoặc xù xì, màu sắc khác nhau (nâu vàng, nâu tối ) Vỏ gỗ thường mỏng 0.2-0.3mm Có những vân thô bọc dài theo củ, cấu tạo chủ yếu là xenlulo có tác dụng bảo vệ vỏ trong củ sắn

 Chu bì tầng vỏ (vỏ trong củ sắn): Tùy đặc điểm của giống mà chu bì có màu vàng, trắng, hồng, đỏ Chu bì tầng vỏ dày 1.5-6mm, chứa tương đối đầy đủ các chất dinh dưỡng: tinh bột, protein, pentozan và đặc biệt là HCN rất cao Tinh bột: 13.1-14.2%, đạm: 2.9-3.2%

 Tầng chất bột (thịt sắn): Chiếm khoảng 90% khối lượng toàn củ, gồm nhiều tế bào nhu mô chứa tinh bột, ngoài ra có một số tế bào chứa lipid, protid, vitamin và các khoáng chất N, P, K đặc biệt nồng độ axit HCN chứa rất cao so với các bộ phận khác của cây Quy luật phân bố tinh bột: càng vào rong lõi tinh bột càng ít, lượng nước càng cao

 Lõi sắn: là sợi dây nối giữa gốc sắn và củ sắn, phần từ thân sắn đến củ sắn gọi là cuống sắn Cấu tạo của cuống, lõi chủ yếu là xenlulo rất ít tinh bột và nhiều HCN, thường chiếm 0.5% khối lượng toàn củ

H nh 1 3 Th n ắn

c Lá:

- Lá sắn là lá đơn, mọc xe kẽ trên thân, mặt trên lá thường có màu xanh xẫm, mặt dưới lá màu xanh nhạt Phiến lá có biểu bì, mặt trên có tầng cutin rất rõ, tiếp đó là mô dậu, mô xốp và màng biểu bì dưới lá Khoảng 700 khí khổng/1mm2

- Hoa: hoa mọc thành chùm có cuống dài, là hoa đơn tính Hoa đực không có cánh, gồm

10 nhị đực xếp thành 2 vòng Hạt phấn mềm 3 ngăn Hoa cái gồm 5 lá dài, 6 cánh Có một bầu hoa có 3 ngăn, trên đầu có vòi chẻ 3, nở trước hoa đực 3-7 ngày

- Quả và hạt: quả là loại quả nang, màu nâu nhạt hoặc đỏ tía, đường kính 1-1,5 cm quả

có 6 cánh chia làm 3 ngăn, mỗi ngăn có 1 hạt Vỏ gồm 3 lớp: vỏ ngoài, vỏ giữa và vỏ trong Hạt sắn có màu nâu sẫm trên nền xám nhạt, hình trứng, tiết diện hơi giống tam giác Vỏ hạt cứng, khó thấm nước, đỉnh hạt có núm nhỏ

H nh 1 5 H h ắn

1.2.1.3 Thành phần dinh dưỡng của cây sắn [13]

Củ sắn tươi có tỷ lệ chất khô 38-40%, tinh bột 16-32%; chất protein (0,8-2,5%), béo (0,2-0,3), chất xơ (1,1-1,7%), chất tro (0,6-0,9%), muối khoáng và vitamin (18,8-22,5 mg%), canxi (50 mg/100g), phốt pho (40 mg/100g) và vitamin C (25mg/100g) Tuy nhiên sắn nghèo protein và các chất dinh dưỡng khác

Trong củ sắn, hàm lượng các acid amin không được cân đối, thừa arginin nhưng lại thiếu các acid amin chứa lưu huỳnh Thành phần dinh dưỡng khác biệt tuỳ giống, vụ trồng, số tháng thu hoạch sau khi trồng và kỹ thuật phân tích

Lá sắn trong nguyên liệu khô 100% chứa đựng đường + tinh bột 24,2%, protein 24%, chất béo 6%, xơ 11%, chất khoáng 6,7%, xanhthophylles 350 ppm Chất đạm của lá sắn có khá đầy đủ các acid amin cần thiết, giàu lysin nhưng thiếu amin methionin và tryptophan

Tinh bột sắn có chứa 70% amylopectin và 20% amylose Nấu chín tinh bột sắn có khả năng tiêu hóa của hơn 75%

Trong tất cả các bộ phận của cây sắn đều có chứa các chất phản dinh dưỡng (antinutritional) và độc tố Do đó khi ăn lá hoặc củ sắn phải có cách chế biến phù hợp để làm giảm các độc tố và cũng không nên ăn nhiều lá và củ sắn

Các tiền độc tố trong cây sắn là các cyanogenic glucosides gồm hai chất là linamarin và lotaustralin Hai chất này khi bị thủy phân tạo ra cyanhytric axit (HCN) là chất gây độc cho cơ thể Sự hiện diện của xyanua trong sắn là mối quan tâm đối với con người và động vật tiêu thụ sắn

1.2.2 Giới thiệu về cây khoai

1.2.2.1 Nguồn gốc phân bố [13]

Khoai lang (Ipomea Batatas) thuộc chi

Ipomoea, họ Convolvulaceae có nguồn gốc

nguyên thủy từ vùng nhiệt đới Châu Mỹ Hầu

hết các bằng chứng về khảo cổ học, ngôn ngữ

học và sử học đều cho thấy Châu Mỹ là khởi

nguyên của cây khoai lang (Trung hoặc Nam

Mỹ) Theo Engel (1970) từ những mẫu khoai

lang khô thu được tại hang động Chilca

Canyon (Peru) sau khi phân tích phóng xạ cho

thấy có độ tuổi từ 8.000 đến 10.000 năm Một

bằng chứng nữa của các nhà khảo cổ học về

Hình 1.6 Cây khoai lang

cây khoai lang đã được phát hiện tại thung lũng Casma của Peru có độ tuổi xấp xỉ 2000 năm trước công nguyên (Ugent và Poroski 1983) Bằng chứng về ngôn ngữ học cho thấy

sự xuất hiện của cây khoai lang tại vùng Mayan của Trung Mỹ khoảng giữa 2600 đến

1000 năm trước công nguyên (Austin, 1977) Vì vậy khoai lang được coi là nguồn lương thực quan trọng của người Mayan ở Trung Mỹ và người Péruvian ở vùng núi Andet (Nam Mỹ) Theo quan điểm của OBrien (1972) và ý kiến của Yen (1982) trung tâm chính xác khởi nguyên của khoai lang là Trung hoặc Nam Mỹ Nhưng cây khoai lang thực sự lan rộng ở Châu Mỹ khi người Châu Âu đầu tiên đặt chân tới

1 2 2 2 Đặc điểm thực vật học, mô t sơ bộ cây khoai lang [15]

Cây Khoai lang thuộc họ bìm bìm (Convolvulaceae) Là cây thân thảo, sống hằng năm, thân mềm bò hoặc leo, hoa lưỡng tính, quả sóc, lá đơn mọc cách, lá đều đặn hoặc có khía

Khoai lang thuộc loại thực vật lớp 2 lá mầm Vì vậy khoai lang có những đặc điểm

cơ bản sau đây:

+ Thân: Cây thân thảo bò, dài 2-3m, có thể dài 4-5m cho đến 7m nếu cho mọc tự

nhiên, thân phát triển thành nhiều nhánh

+ Rể: Rể phình thành củ tròn dài, màu đỏ, trắng, vàng hay tím Lớp cùi thịt có màu từ

trắng, vàng, cam hay tím Trên đốt thân có rể khí sinh, khi chạm đất các rể này phát triển thành rể dinh dưỡng

+ Lá: Lá có nhiều dạng, các lá mọc so le, thường là hình tim xẻ 3 thùy sâu hay cạn, có

cuống dài

Hình 1.7 Lá khoai

+ Hoa: Cụm hoa xim ít hoa ở đầu cành hay nách lá Hoa hình phễu màu tím nhạt,

trắng hay vàng Khoai lang ít khi ra hoa nếu khoảng thời gian ban ngày vượt quá 11 giờ

Hình 1.8 Hoa cây khoai

Cây khoai lang được nhân giống chủ yếu bằng các đoạn thân (dây khoai lang) hay

rễ hoặc bằng các rễ bất định mọc ra từ các rễ củ trong khi lưu giữ bảo quản Các hạt hầu như chỉ dành cho mục đích gây giống mà thôi

Khoai lang là một trong những cây lương thực quan trọng, được dùng làm nhiều loại thức ăn quen thuộc như bánh, cháo, chè, mứt… Lá khoai lang là loại rau dân dã vừa ngon, vừa mát và bổ Củ và rau khoai lang là vị thuốc phòng chữa bệnh đã được dùng từ lâu trong dân gian, có nơi gọi nó là “Sâm Nam”

Hình 1.9 Hình thái cây khoai lang

1.2.2.3 Phân loại cây khoai lang, các giống khoai lang [15]

a Phân loại theo năng suất và phẩm chất

Dựa vào năng suất và phẩm chất, có thể phân loại khoai lang thành 4 nhóm sau:

Đặc điểm: Thời gian sinh trưởng (TGST) dài 5 - 6 tháng, năng suất đạt 15 tấn/ha, hệ số kinh tế: 0,65 - 0,8; hàm lượng tinh bột 21,6 - 26,4%; hàm lượng nước 51,4 - 68,4%; protein 1,63 - 1,87% Sử dụng làm lương thực là chính

Đại diện là các giống: Khoai Lim, khoai Bông, khoai Xộp, Chiêm Lương,

Đặc điểm: TGST từ 5 - 6 tháng, năng suất trên dưới 20 tấn/ha; hàm lượng nước 76,3 - 80%; hàm lượng tinh bột 18,2%; protein thấp 0,98% được sử dụng trong chăn nuôi là chính

Đại diện là các giống Bất Luận Xuân, Học Viện 1, Hồng Quảng,

Đặc điểm: TGST từ 3 - 4 tháng, năng suất khoảng 6 - 8 tấn/ha; hàm lượng nước 61 - 67%; hàm lượng tinh bột 21 - 30%; hàm lượng protein 0,89 - 0,95%; sử dụng làm vật liệu lai tạo và công nghiệp thực phẩm

Đại diện là các giống: 3 tháng Nam Đàn, khoai Nghệ, Cực Nhanh,

Đặc điểm: TGST từ 3 - 4 tháng, năng suất khoảng 5 - 7 tấn/ha, phẩm chất kém, hàm lượng nước trong củ nhiều

Đại diện là các giống: khoai Tím, khoai Chiêm Ngàn,

b Phân loại theo hàm lượng nư c trong củ

Việc phân loại này do các nhà khoa học Trung Quốc đề xướng Theo cách phân loại này khoai lang có hai biến chủng lớn:

+ Khoai ngọt

+ Khoai nhiều nước

Bảng 1.1: So sánh đặc điểm khoai lang ngọt và khoai lang nhiều nước

ộ phận Giống khoai ngọt Giống khoai nhiều nư c

Lá Hình tim, có gân màu vàng hoặc

tím Lá màu xanh Thân Thô, ngắn, có lông Thân dài (Cũng có giống

ngắn)

Vỏ củ Thô dày Mỏng, lá trơn, có hình lồi

lõm Màu ruột củ Trắng hoặc vàng, nước ít, phẩm

giữ Khó Dễ, về sau đường tăng lên

Công dụng Làm bột Ăn tươi hoặc dùng làm rau

Hình 1.10 H nh M i n kh i n

1.2.2.4 Giá tr kinh tế của cây khoai lang [15]

Gần đây nhiều ý kiến cho rằng khoai lang sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết vấn đề lương thực toàn cầu của thế kỷ 21 - Khoai lang sẽ là một cây lương thực đặc biệt quan trọng ở các nước Châu Á và Châu Phi, những nơi mà dân số sẽ tăng mạnh trong tương lai Một số giống khoai lang củ có chứa lượng vitamin, chất khoáng và protein cao hơn nhiều loại rau khác Mặc dù có những thuận lợi về dinh dưỡng và đặc điểm nông sinh học, nhưng việc sản xuất và tiêu thụ khoai lang trên thế giới có xu hướng giảm trong những thập kỷ qua Nguyên nhân chủ yếu là do chưa giải quyết được vấn đề bảo quản sau thu hoạch cũng như chế biến thành lương thực, thực phẩm phù hợp với thị hiếu của người tiêu dùng

1.2.2.5 Thành phần dinh dưỡng trong củ khoai lang [15]

Củ khoai lang là sản phẩm thu hoạch chính Khoai lang được xem như nguồn cung cấp calo là chủ yếu, nó cho lượng calo cao hơn khoai tây (113 calo so với 75calo/100g) Thành phần dinh dưỡng chính của khoai lang là đường và tinh bột; ngoài ra còn các thành

chất khoáng (P, Fe ) góp phần quan trọng trong dinh dưỡng của con người, nhất là ở các nước nghèo, đang phát triển

Các thành phần dinh dưỡng như: Protein và các axitamin, gluxit (đường và tinh bột), độc tố, caroten, calo, enzym của khoai lang có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người đã được tiến hành nghiên cứu

Khoai lang có hàm lượng protein thấp, song do năng suất cao nên sản lượng protein trên một đơn vị diện tích không thua kém các loại hạt ngũ cốc khác

Protein trong củ khoai lang có thành phần axit amin cân đối và có đầy đủ các axit amin không thay thế cần thiết cho con người

- Tinh bột: Theo Woolfe J.A (1992): Tinh bột là thành phần quan trọng của gluxit, chiếm

60 - 70% chất khô

Giống là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hàm lượng tinh bột trong củ khoai lang

- Đường: Hàm lượng đường tổng số trong củ khoai lang biến động phụ thuộc vào giống, thời gian thu hoạch, bảo quản

Trong củ khoai lang tươi có những loại đường chủ yếu là saccaroza, glucoza và Fructoza; đường Mantoza cũng có nhưng với một lượng nhỏ (Trương V.D và C.S, 1986)

- Xơ tiêu hoá: Có khả năng làm giảm các bệnh ung thư, các bệnh đường tiêu hoá, tim mạch, đái tháo đường (Collins W.W, 1985)

Chứa nhiều trong các giống khoai ruột vàng, các giống ruột trắng hầu như không có caroten

Ý nghĩa trong khẩu phần ăn là hoạt tính tiền Vitamin A

1.3 Giới thiệu về kim loại nặng [8],[3]

Một số kim loại nặng rất cần thiết cho cơ thể sống và con người Chúng là các nguyên tố vi lượng không thể thiếu, sự mất cân bằng các kim loại này có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của con người Sắt giúp ngừa bệnh thiếu máu, kẽm là tác nhân quan trọng trong hơn 100 loại enzyme Trên nhãn của các lọ thuốc vitamin, thuốc bổ xung khoáng chất thường có Cr, Cu, Fe, Zn, Mn, Mg chúng có hàm lượng thấp và được biết đến như lượng vết Lượng nhỏ các kim loại này có trong khẩu phần ăn của con người vì chúng là thành phần quan trọng trong các phân tử sinh học như hemoglobin, hợp chất sinh hóa cần thiết khác Nhưng nếu cơ thể hấp thu một lượng lớn các kim loại này, chúng

có thể gây rối loạn quá trình sinh lí, gây độc cho cơ thể hoặc làm mất tính năng của các kim loại khác Kim loại nặng có độc tính là các kim loại có tỷ trọng ít nhất lớn gấp 5 lần

tỷ trọng của nước Chúng là các kim loại bền (không tham gia vào quá trình sinh hóa trong cơ thể) và có tính tích tụ sinh học (chuyển tiếp trong chuỗi thức ăn và đi vào cơ thể người) Các kim loại này bao gồm: Hg, Ni, Pb, As, Cd, Pt, Cu, Cr, Mn… Các kim loại nặng khi xâm nhập vào cơ thể sinh vật gây độc tính

1.3.1 Nguồn gốc xuất hiện và sự di chuyển các kim loại nặng

1 3 1 1 Trong nư c

Kim loại nặng tồn tại trong môi trường nước từ nhiều nguồn khác nhau như: Nước thải từ các khu công nghiệp và nước thải sinh hoạt, giao thông, y tế, sản xuất nông nghiệp

(phân bón, thuốc trừ sâu), khai thác khoáng sản, công nghệ mạ kim loại Nguồn nước mặt

bị ô nhiễm kim loại nặng sẽ kéo theo ô nhiễm môi trường đất, ô nhiễm nguồn nước ngầm,

ô nhiễm không khí

1 3 1 2 Trong đất

Nguồn gốc xuất hiện các kim loại nặng trong đất là do: chất thải công nghiệp, kỹ nghệ pin, hoạt động khai thác khoáng sản, cơ khí, giao thông, chất thải sinh hoạt và phân bón, các hoá chất dùng trong các ngành công nghiệp Ở Việt Nam tình hình ô nhiễm đất bởi kim loại nặng nhìn chung không phổ biến Tuy nhiên trường hợp cục bộ gần khu công nghiệp, đặc biệt ở những làng nghề tái chế kim loại, tình trạng ô nhiễm kim loại nặng diễn ra khá trầm trọng

1.3.1.3 Trong không khí

Kim loại nặng tồn dư trong không khí do các nguồn sau:

* Công nghiệp luyện kim, cơ khí thải ra nhiều khói bụi kim loại, khói thải do dùng nhiên liệu hoá thạch, hoá chất độc hại trong quá trình luyện gang, thép, nhiệt luyện kim loại

* Khí thải ở các nhà máy luyện kim thường có nhiệt độ cao 300 – 4000C nên dễ dàng được phân tán ra nếu kết hợp được với ống khói cao

1.3.2 Tác hại của kim loại nặng

Kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể một phần bị đào thải, một phần được giữ lại trong cơ thể Các kim loại nặng là nguồn chất độc nguy hiểm đối với hệ sinh thái đất, chuỗi thức ăn và con người Những kim loại nặng có tính độc cao nguy hiểm là thuỷ ngân (Hg), cadimi (Cd), chì (Pb), niken (Ni) Các kim loại nặng có tính độc mạnh là Asen (as), Crôm (cr), kẽm (Zn), thiếc (Sn), đồng (Cu) Các kim loại nặng nếu tồn tại dư trong thực phẩm với hàm lượng quá cao sẽ gây tác hại cho sức khoẻ người tiêu dùng Biểu hiện trước hết là ngộ độc mãn tính

- Đối với người:

 Gây độc hại cấp tính, thí dụ thuỷ ngân (Hg) hay asen (As) với liều cao có thể gây ngộ độc chết người ngay

 Gây độc hại mãn tính hoặc tích luỹ, thí dụ chì (Pb) với liều lượng nhỏ hàng ngày, liên tục, sau một thời gian sẽ gây nhiễm độc chì, rất khó chữa, các kim loại khác gây sỏi thận

- Đối với thức ăn:

 Làm hư hỏng thức ăn, thí dụ chỉ cần cho lượng vết đồng sẽ kích thích quá trình oxi hoá và tự oxi hoá của dầu mỡ

 Làm giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm, thí dụ chỉ cần cho lượng vết kim loại nặng cũng đủ để kích thích sự phân huỷ vitamin C, vitamin B1…

1.3.3 Sự xâm nhập của kim loại nặng vào cơ thể sinh vật

Kim loại nặng có thể xâm nhập vào cơ thể người và sinh vật thông qua ba con đường sau:

- Hô hấp

Không khí được cơ thể sống hít vào có những chất ô nhiễm không chỉ ở dạng khí

mà còn ở dạng lỏng, bụi rắn có khả năng bay hơi Các chất độc sau khi được hấp thụ qua

Các chất độc ở dạng rắn hay lỏng, lơ lửng trong không khí như sương mù, khói… với hạt nhỏ hơn 1 micron có thể vào phổi Bụi khí độc có kích thước phân tử từ 1- 5 micron đi vào các phế quản hay phế nang Toàn bộ phế nang có diện tích rất lớn với một mạng lưới mao mạch dày đặc giúp chất độc khuếch tán nhanh vào máu, không qua gan

và không được giải độc như theo đường tiêu hoá mà đi ngay qua tim để đi đến các phủ tạng, đặc biệt hệ thần kinh trung ương Do đó, chất độc xâm nhập qua đường hô hấp tác động gây độc nhanh và rất nguy hiểm

- Tiêu hoá

Thức ăn và nước uống bị nhiễm bẩn không đảm bảo qui tắc an toàn vệ sinh thực phẩm hay bản thân thức ăn và nước uống có chứa kim loại nên kim loại nặng dễ xâm nhập vào cơ thể sinh vật và gây bệnh Chỉ có một số độc chất đi vào não, còn lại độc chất chủ yếu đi qua gan, thận, qua sữa mẹ, tuyến mồ hôi và tuyến sinh dục

- Tiếp xúc

Da có vai trò bảo vệ chống tác động của yếu tố hoá học, vật lý và sinh học Do một số yếu tố nhạy cảm với lớp mỡ dưới da nên kim loại nặng có thể đi qua da, vào hệ tuần hoàn chung của cơ thể Nhiễm độc qua da càng xảy ra dễ dàng nếu da bị tổn thương

về mặt cơ học (chấn thương), lý học (bỏng), các chất hoá học (các chất kích thích và ăn

da, gây bỏng) Nếu nhiễm qua niêm mạc càng nguy hiểm hơn vì niêm mạc có mật độ mao mạch dày

Khi các chất độc hoặc chất lạ đi vào cơ thể thông qua một hoặc nhiều đường trên, chúng sẽ đi vào máu Sau đó chúng có thể bị đào thải ra khỏi cơ thể bằng một sự chuyển hoá sang một thể khác hoặc bài tiết qua gan, thận (các chất độc tan được trong nước), qua phổi (các chất độc có tính bay hơi cao) Các chất độc không bài tiết ra có thể tồn lưu, tích luỹ trong các mô, các cơ quan nội tạng rồi gây các bệnh nguy hiểm như ung thư hoặc các bệnh đột biến về gan hoặc di truyền

1.3.4 Kim loại nặng đối v i con người và cây trồng

1.3.4.1 Vai trò của kim loại và cây trồng

Nhiều nguyên tố kim loại có ý nghĩa quan trọng trong đời sống của sinh vật, trung bình hàm lượng kim loại nặng trong sinh khối khô của sinh vật khoảng từ 1 đến 100ppm

Ở hàm lượng cao hơn thường gây độc hại cho sinh vật Khoảng cách từ đủ đến dư thừa là rất hẹp Một vài kim loại như: Ca, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni và Zn là những nguyên tố cần trong thực vật, được sử dụng cho các quá trình oxy hóa khử, ổn định phân

tử, là thành phần của rất nhiều loại enzyme, điều chỉnh áp lực thẩm thấu Còn một số kim loại không có vai trò sinh học, không cần thiết như: Ag, Al, Au, Pb, Hg, Cd… sẽ gây độc lâu dài đối với sinh vật Các kim loại không cần thiết này sẽ thay thế vào vị trí của các kim loại cần thiết Ở nồng độ cao, cả hai nguyên tố kim loại cần thiết và không cần thiết đều có thể làm tổn hại đến màng tế bào, thay đổi đặc tính của enzyme, phá vỡ cấu trúc và chức năng của tế bào

Thực vật hấp thu tất cả các nguyên tố nằm ở xung quanh vùng rễ Để xem kim loại (Men+) cần thiết hay không cần thiết cho cây thì phải loại bỏ kim loại đó ra khỏi môi trường để tìm hiểu:

(1) Khả năng hoàn chỉnh chu trình sống của thực vật ?

(2) Men+ có thể thay thế kim loại cần thiết (vi, đa lượng) ?

(3) Sự liên quan trực tiếp của Men+ đến quá trình trao đổi chất ? Thực vật hấp thụ kim loại ở cả 3 dạng: cation (Ca2+), anion (MoO42-) và dạng khí (Hg, Se) qua khí khổng của lá Dạng hóa học của kim loại rất quan trọng bởi vì có liên quan tới khả năng hấp thụ của thực vật Ví dụ: Cd tạo phức với clorua làm cho cây khó hấp thụ

1.3.4.2 Cơ chế hấp thụ kim loại nặng vào thực vật

Các nguyên tố trong dung dịch đất được chuyển từ các lỗ khí trong đất tới bề mặt

rễ cây bằng hai con đường chính: sự khuếch tán và dòng chảy khối Sự khuếch tán xảy ra nhằm chống lại sự gia tăng gradient nồng độ bình thường đối với rễ cây bằng cách: hấp thụ các kim loại nặng trong dung dịch đất tại bề mặt tiếp giáp rễ cây – đất Dòng chảy khối được tạo ra do sự di chuyển của dung dịch đất tới bề mặt rễ cây như là kết quả của quá trình thở của lá Cả hai quá trình này xảy ra không đồng đều nhưng theo các tốc độ khác nhau tùy thuộc vào nồng độ dung dịch đất

Các kim loại tồn tại trong đất thường tồn tại ở trạng thái hòa tan, phân ly thành các ion mang điện tích dương (cation) và ion mang điện tích âm (anion) Các muối kim loại hòa tan trong nước được hấp thụ vào cây dưới dạng ion thông qua hệ thống rễ

Có hai cách hấp thu ion vào rễ: hấp thụ chủ động và hấp thụ thụ động

 Hấp thụ thụ động

- Các ion của kim loại nặng khuếch tán theo sự chênh lệch nồng độ

- Các độc chất này hòa tan trong nước và vào rễ theo dòng nước

- Các kim loại này hút bám trên các bề mặt keo đất và trên bề mặt rễ trao đổi

với nhau khi có tiếp xúc giữa rễ và dung dịch đất, cách này được gọi là hút bám trao đổi

 Hấp thụ chủ động

Phần lớn các nguyên tố kim loại được hấp thụ vào cây theo cách chủ động Tính chủ động được thể hiện ở tính thấm chọn lọc của màng sinh chất và các kim loại nặng được vận chuyển vào rễ ngược với quy luật khuếch tán, vì cách hấp thụ này ngược gradient nồng độ nên cần thiết phải cung cấp năng lượng, tức là phải có sự tham gia của ATP và của một số chất trung gian, được gọi là chất mang ATP và chất mang được cung cấp từ quá trình chuyển hóa vật chất (chủ yếu là từ quá trình

hô hấp)

1.3.4.3 Quá trình xâm nhập kim loại nặng vào trong cây: Quá trình xâm nhập kim

loại nặng vào trong cây trải qua 4 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Kim loại nặng đi vào vùng tự do của rễ cây

Sự di chuyển của các ion kim loại không bị giới hạn tại bề mặt rễ cây Vùng màng của tế bào có khả năng dễ dàng cho dung dịch xâm nhập, tại đây các ion dương có thể bị khuếch tán tự do hoặc bị bẫy vào những tế bào mang điện âm Kim loại được vận chuyển vào khối hình cầu thân rễ- vùng rộng khoảng 1-2mm giữa rễ và vùng đất xung quanh Cơ chế hấp thụ có thể biến đổi với các ion khác nhau, nhưng những ion được hấp thụ vào trong

rễ bởi cùng một cơ chế sẽ cạnh tranh với nhau, ví dụ như sự hấp thụ của Zn được hạn chế bởi Cu và H+ nhưng không bị hạn chế bởi Fe và Mn

 Giai đoạn 2: Các kim loại nặng bị hấp thụ trong tế bào có thể bị mất tính linh động hay tính độc trong tế bào chất, thông qua quá trình kết hợp tạo phức với các phân tử hữu

 Giai đoạn 3: Các kim loại ở trong tế bào có thể được chuyển từ tế bào này sang tế bào khác thông qua con đường hợp sẽ đi vào mao dẫn rễ và đưa tới mầm non Sự di chuyển của các dung dịch trong mao dẫn rễ là nguyên nhân gây ra các dòng thở (sự di chuyển khối- dòng chảy khối) Các cation tự do có thể phản ứng với các nhóm mang điện

âm của thành tế bào mao dẫn rễ, đây chính là lý do làm cản trở sự vận chuyển của kim loại nặng hay làm quá trình trao đổi bị chậm lại Ngoài ra, các nhóm tạo phức với kim loại tự do như các axit hữu cơ, aminoacid trong mao dẫn rễ sẽ làm giảm mức độ linh động của của kim loại nặng và cho phép chúng di chuyển vào các mầm non

 Giai đoạn 4: Với sự góp mặt của kim loại trong cây làm biến đổi gen và làm mất tính linh động của kim loại trong rễ Kim loại nặng tích lũy trong rễ chiếm 80- 90% tổng lượng kim loại hấp thụ Hầu hết các kim loại được tích lũy trong rễ cây đều ở trong không bào và được liên kết vào các hợp chất pectin và protein của thành tế bào Ngoài ra một số loài cây có khả năng tích lũy kim loại nặng ở phần trên của cây

1.4 Đại cương về chì (Pb) và cadimi (Cd) [8],[11]

1.4.1.Trạng thái tự nhiên của các kim loại Pb và Cd

Chì đã được con người biết đến từ thời thượng cổ, Chì là nguyên tố phân bố khá rộng trong tự nhiên ở dạng kết hợp với các kim loại khác đặc biệt là với Ag và Zn Chì trong vỏ trái đất ứng với thành phần thạch quyển chiếm 1,6.10-3% về khối lượng Galen (PbS) là quặng chì quan trọng nhất trong công nghiệp, ngoài ra còn gặp chì trong quặng xeruzit (PbCO3), anglebit (PbSO4)

Cadimi là một kim loại chuyển tiếp tương đối hiếm và các quặng chứa cadimi khi phát hiện thấy thì chúng chỉ có một lượng rất nhỏ Greenockit (CdS), là khoáng chất duy nhất của cadimi có tầm quan trọng, gần như thường xuyên liên kết với sphalerit (ZnS)

Do vậy, cadimi được sản xuất chủ yếu như là phụ phẩm từ việc khai thác, nấu chảy và tinh luyện các quặng sulfua kẽm, và ở mức độ thấp hơn là từ quặng chì và đồng Một lượng nhỏ cadimi, khoảng 10% mức tiêu thụ, được sản xuất từ các nguồn thứ cấp, chủ

yếu từ bụi sinh ra khi tái chế phế thải sắt và thép

1.4.2 Một số tính chất vật lí của các kim loại Pb và Cd:

Chì là kim loại có mầu xám thẫm và mềm, có khối lượng riêng lớn nhất Chì có 18 đồng vị, trong đó có 4 đồng vị thiên nhiên là 204

Pb (1,48%), 206Pb (23,6%), 207Pb (22,6%)

và 208Pb (52,3%) Đồng vị phóng xạ bền nhất của chì là 202Pb có chu kỳ bán hủy là 3.105năm

Cadimi là các kim loại màu trắng bạc nhưng trong không khí ẩm chúng dần

bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim Cadimi có 8 đồng vị, trong đó 112Cd chiếm 24,2% Đặc biệt 113

Cd có thiết diện bắt notron rất lớn nên được dùng làm thanh điều chỉnh dòng notron trong lò phản ứng hạt nhân