Nấu ăn ở nhiệt độ cao với đường trắng tạo ra độc chất gì?

Thắng đường làm nước màu kho thịt cá, nướng bánh hay làm sốt caramen là thói quen nấu nướng quen thuộc trong nhiều gian bếp gia đình. Mùi thơm ngậy cùng sắc nâu óng ả khiến món ăn hấp dẫn hơn, nhưng việc đun đường trắng ở nhiệt độ cao liệu có thực sự an toàn?

Câu trả lời là khi bị gia nhiệt quá mức, đường trắng (sucrose) bị phân hủy nhiệt tạo ra hàng loạt hợp chất mới, trong đó có những chất tiềm ẩn độc tính như furfural, 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) và các phân tử có khả năng gây đột biến gen ^{[1] [2] [3]}.

Chuyện gì xảy ra khi đường trắng gặp nhiệt độ cao?

Đường kính trắng sử dụng hàng ngày có thành phần hóa học chính là đường sucrose. Khi chịu tác động của nhiệt độ cao, sucrose bị phá vỡ cấu trúc tinh thể tự nhiên qua quá trình phân hủy nhiệt chứ không đơn thuần chỉ là nóng chảy ^[3]. Quá trình biến đổi phức tạp này tạo ra phản ứng caramen hóa, sinh ra hàng trăm hợp chất hóa học mới không có sẵn trong tự nhiên ^[4].

Ở giai đoạn đầu khi đun nóng với điều kiện nhiệt vừa phải, các phân tử đường lớn bị bẻ gãy nhanh chóng thành các phân tử nhỏ hơn ^[5]. Đun nhanh hay đun chậm đều khiến đường sucrose phân giải bước đầu thành glucose tự do và các dẫn xuất furan ^[3].

Nếu tiếp tục đun kéo dài hoặc đẩy nhiệt độ lên quá cao, các phản ứng trùng hợp bắt đầu chiếm ưu thế, liên kết các mảnh phân tử nhỏ thành các đại phân tử phức tạp sẫm màu ^[5]. Khi đường bắt đầu chuyển sang màu nâu đen và có mùi khét, đây là dấu hiệu rõ ràng cho thấy các chất độc hại bắt đầu hình thành và tích tụ với hàm lượng đáng kể ^[1].

Các hợp chất độc hại hình thành từ caramen hóa quá mức

Một trong những hợp chất bay hơi nguy hại phát sinh từ sự suy thoái và caramen hóa đường saccharide là furfural ^[1]. Chất này tạo nên mùi hương quen thuộc của caramen, cà phê rang hay bánh mì nướng nhưng lại có độc tính rõ rệt nếu vượt quá ngưỡng cho phép ^[1]. Các thử nghiệm độc tính trên động vật ghi nhận liều gây chết trung bình (LD50) của furfural ở chuột cống là 50–149 mg/kg và ở chuột nhắt là 400–500 mg/kg ^[1].

Bên cạnh furfural, quá trình phân hủy đường khi đun nóng còn tạo ra 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde (còn gọi là 5-HMF) ^{[3] [6]}. Ngay ở giai đoạn đầu của quá trình mất cấu trúc tinh thể, 5-HMF đã bắt đầu xuất hiện với tỷ lệ khoảng 0,003% ^[3]. Khi nhiệt độ xử lý càng tăng cao và môi trường càng có tính axit, hàm lượng chất trung gian 5-HMF càng tăng vọt đi kèm với độ sẫm màu của đường cháy ^[6].

Ngoài ra, nhiệt độ cực hạn kết hợp với các điều kiện phản ứng đặc biệt từ dung dịch đường sucrose nồng độ 20% còn có thể dẫn đến sự hình thành của các chấm lượng tử carbon (carbon quantum dots - CQD) ^[7]. Dù caramen và các hạt CQD này ghi nhận khả năng làm giảm quá trình peroxy hóa lipid in vitro, chúng lại tác động tiêu cực đến quá trình glycat hóa protein và ảnh hưởng xấu đến tính toàn vẹn của màng tế bào hồng cầu ^[7].

Bằng chứng khoa học về độc tính gây biến đổi gen

Các nghiên cứu sâu về sinh học tế bào đã chỉ ra nguy cơ trực tiếp từ nước đường caramen hóa đối với vật liệu di truyền ^[2]. Những phân tích trong phòng thí nghiệm chứng minh sự biến đổi độc tính diễn ra rõ rệt theo thời gian và nhiệt độ gia nhiệt ^[2].

Một nghiên cứu công bố năm 2006 đã kiểm tra dung dịch sucrose 1% được caramen hóa ở 180 độ C trong 40–60 phút, hoặc ở 150 độ C kéo dài 150–240 phút ^[2]. Sau các mốc thời gian này, dung dịch có sự thay đổi đặc trưng về độ pH, độ hấp thụ tia cực tím và tăng hoạt tính khử ^[2].

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm hoạt tính gây đột biến bằng nhiều mô hình sinh học: chủng vi khuẩn Salmonella typhimurium (TA-98 và TA-100), chủng nấm men Saccharomyces D7 và tế bào buồng trứng chuột lang Trung Quốc (CHO) để đánh giá khả năng làm đứt gãy nhiễm sắc thể ^[2]. Kết quả cho thấy đường caramen hóa dương tính (p < 0,05) với chủng TA-100 gây đột biến thay thế cặp base ^[2]. Đồng thời, hiện tượng tái tổ hợp giảm phân ở nấm men D7 và tác động gây đứt gãy nhiễm sắc thể trên tế bào CHO cũng bị kích hoạt ^[2].

Đặc biệt, khi phân tách caramen thành phần bay hơi và không bay hơi, nhóm phân tử không bay hơi có trọng lượng phân tử tương đối thấp lại là thủ phạm chính gây ra hoạt tính làm đứt gãy nhiễm sắc thể cao nhất (p < 0,05) ^[2]. Các thành phần bay hơi chỉ đóng góp khoảng 10% tổng hoạt tính gây hại này ^[2]. Các chất màu caramen có trọng lượng phân tử cao hơn thì tương đối an toàn hơn trước đặc tính gây tổn hại nhiễm sắc thể ^[2].

Nghiên cứu cũng ghi nhận việc xử lý trước với phân đoạn enzym gan S-9 làm giảm hoạt tính gây đột biến chung của caramen sucrose (p < 0,05), phản ánh khả năng chuyển hóa giải độc của cơ thể nhưng không triệt tiêu hoàn toàn rủi ro ^[2].

Mặt tích cực và những giới hạn của bằng chứng

Caramen hóa không hoàn toàn chỉ mang lại rủi ro sức khỏe tiêu cực nếu được kiểm soát tốt. Quá trình tạo màu caramen từ đường sucrose có thể tạo ra các hoạt chất mang tính chống oxy hóa ^[7]. Ở thử nghiệm mô mỡ trong ống nghiệm, caramen từ sucrose giúp giảm quá trình peroxy hóa lipid và thể hiện tính khử đối với Fe (III) tốt hơn so với đường tự do như glucose hay fructose ^[7]. Đồng thời, chế phẩm này ít có khả năng kích hoạt phản ứng ngưng tập tiểu cầu máu ^[7].

Tuy vậy, hầu hết các cảnh báo độc chất hay biến đổi gen hiện nay mới dừng lại ở các thử nghiệm in vitro trên tế bào động vật, vi khuẩn hoặc nấm men ^{[2] [7]}. Cơ thể người có các hàng rào enzym chuyển hóa và thải trừ tại gan và ruột ^[2]. Dù vậy, việc nạp thường xuyên các hợp chất trung gian như furfural hay 5-HMF từ thực phẩm cháy khét vẫn đặt ra gánh nặng đào thải lớn cho các cơ quan nội tạng ^{[1] [3]}.

Những hiểu lầm thường gặp khi dùng đường nấu ăn

Nhiều người nội trợ cho rằng đường chỉ bắt đầu bị biến đổi và sinh độc tính khi bốc khói đen hoặc cháy khét thành than. Đây là một quan niệm sai lầm phổ biến. Nghiên cứu động học cho thấy sucrose bị phân hủy nhiệt và tạo ra các chất như 5-HMF ngay ở nền nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy thông thường nếu thời gian đun kéo dài ^[3]. Ngay cả trước khi cấu trúc tinh thể của đường biến mất hoàn toàn, các thành phần phân hủy vô danh đã bắt đầu xuất hiện ^[3].

Một hiểu lầm khác là dùng chất tạo ngọt nhân tạo để kho nấu nhiệt độ cao sẽ an toàn hơn đường trắng. Các bằng chứng tổng quan công bố năm 2020 cho thấy chất tạo ngọt sucralose khi bị đun nóng ở nhiệt độ cao trong nấu nướng hoặc nướng bánh cũng bị phân hủy nhiệt ^[8]. Quá trình này có nguy cơ sinh ra các hợp chất clo hóa độc hại như chloropropanol và dioxin ^[8]. Do đó, thay thế đường trắng bằng đường hóa học chịu nhiệt kém không phải là giải pháp bảo vệ sức khỏe khi nấu nướng nhiệt độ cao ^[8].

Ai nên thận trọng với món ăn chứa đường đun nhiệt độ cao?

Người mắc các hội chứng chuyển hóa, bệnh lý đái tháo đường hoặc gan nhiễm mỡ cần hạn chế tối đa việc sử dụng các loại thực phẩm chứa sốt caramen cháy ^[7]. Đồ ăn cháy ngọt không chỉ làm tăng gánh nặng đường huyết mà các sản phẩm glycat hóa còn tác động tiêu cực đến màng tế bào hồng cầu ^[7].

Người có tiền sử viêm loét dạ dày, bệnh đường ruột cũng nên tránh các món kho cạn cháy cạnh hoặc nước hàng đun quá lửa. Các mảnh phân tử phân hủy nhiệt và hợp chất bay hơi như furfural có thể gây kích ứng niêm mạc tiêu hóa ^[1]. Người có bệnh lý nền mạn tính nên tham khảo ý kiến bác sĩ chuyên khoa hoặc chuyên gia dinh dưỡng về chế độ ăn an toàn thay vì tự ý dùng các phụ gia tạo màu công nghiệp.

Mẹo chế biến an toàn trong gian bếp gia đình

Để hạn chế tối đa sự hình thành của furfural, 5-HMF và các hợp chất gây đột biến, bạn có thể áp dụng các bước nấu nướng khoa học sau:

• Kiểm soát nhiệt độ và thời gian: Chỉ thắng đường ở mức lửa nhỏ vừa phải. Nhiệt độ gia nhiệt và thời gian đun càng dài, lượng chất độc hại tích tụ càng lớn ^{[2] [3]}.
• Dừng lại ở màu cánh gián nhạt: Ngay khi đường tan chảy và chuyển sang màu vàng nâu cánh gián với hương thơm nhẹ, hãy hạ nhiệt và thêm một lượng nước nóng vừa đủ để chặn đứng chuỗi phản ứng caramen hóa quá mức ^[5]. Tránh đun đến khi đường bốc khói, chuyển màu đen sẫm hoặc có vị đắng gắt ^[1].
• Tận dụng chất tạo màu tự nhiên: Thay vì lạm dụng nước màu thắng từ đường đun nhiệt độ cao, bạn có thể sử dụng nước dừa tươi đun nhẹ, mật mía tự nhiên, bột hạt điều hoặc củ dền để tạo sắc nâu đỏ an toàn cho món kho.
• Kết hợp thực phẩm thông minh: Tránh ướp đường trực tiếp lên bề mặt thịt cá rồi đem nướng hoặc chiên trực tiếp trên lửa lớn vì nhiệt độ cao sẽ đẩy nhanh tốc độ phân hủy đường và tạo phức chất độc hại ^[3]. Nên làm chín thực phẩm trước rồi mới phủ sốt ở giai đoạn cuối.

Hiểu rõ bản chất biến đổi hóa học của đường trắng giúp người nội trợ chủ động kiểm soát ngọn lửa trong gian bếp. Hãy giữ thói quen nấu nướng ở nhiệt độ vừa phải, không ăn các phần thức ăn hay nước sốt đường bị cháy khét để bảo vệ sức khỏe cho cả gia đình.