Đặc trưng của muối Himalayan | Signature of the Himalayan salt

Muối được coi là một hàng hóa và thường được sử dụng như gia vị và chất bảo quản thực phẩm, có thể được tìm thấy ở các kích cỡ hạt khác nhau, từ bột mịn đến tinh thể nhỏ. Muối thông thường nhất là muối bàn, thường được tinh luyện qua các quá trình khác nhau. Những quá trình này thường bao gồm sự thêm vào của kali iodide (KI) cùng với một số chất chống đóng cặn như natri aluminosilicat (NaAlSi3O8) và carbonat magie (MgCO3). Các nguồn chính của muối là nước biển, dung dịch mỏ và muối đá từ mỏ.

Theo Sách địa chất Anh quốc, sản xuất muối toàn cầu đã đạt khoảng 280 tỷ kilogram vào năm 2016. Trung Quốc, Hoa Kỳ và Ấn Độ chiếm trách nhiệm khoảng một nửa sản lượng muối toàn cầu trong khi Brazil và Pakistan đóng góp chỉ lần lượt 2,7% và 1,4%. Sản xuất này được sử dụng theo cách khác nhau tùy theo các quốc gia. Ví dụ, tiêu thụ muối của Hoa Kỳ đã đạt hơn 53 tỷ kilogram vào năm 2008. Lúc đó, việc kiểm soát băng và ngành công nghiệp hóa chất là người dùng cuối chính của muối trong nước này.

Mặc dù sản xuất muối của Pakistan khá nhỏ, nhưng nước này đã được biết đến nhờ muối Himalaya. Muối Himalaya được khai thác từ các mỏ ở Khewra, Kalabagh và các mỏ khác nằm trong dãy núi Salt Range khoảng 300 km về phía tây nam của dãy núi Himalaya. Muối Himalaya còn được gọi là muối hồng và trở nên ngày càng phổ biến không chỉ trong ẩm thực cao cấp mà còn trong nhiều gia đình nhờ các tính năng được cho là có chứa nhiều khoáng chất. Ngoài Na và Cl, các vi lượng khác như Cr, Fe và Zn trong Khewra cũng được tìm thấy trong muối [1,4-6]. Theo một nghiên cứu cảm quan so sánh giữa các loại muối từ một số quốc gia khác nhau, muối Himalaya có hàm lượng Ca, K, Mg và Fe lớn hơn so với muối Brazil. Theo cùng một nghiên cứu, tác động của các vi lượng đối với hương vị là nhỏ. Tuy nhiên, hương vị khác biệt rõ ràng khi so sánh muối biển với muối bàn. Hơn nữa, một số vi lượng được tương quan với các cảm giác khác nhau như sự chát và đắng.

Muối Himalayan được bán trên thị trường Brasil là muối nhập khẩu và do đó đắt hơn so với muối biển được sản xuất trong nước. Vì gian lận thực phẩm đang diễn ra khắp nơi trên thế giới, câu hỏi đặt ra là liệu có thể làm giả loại muối này bằng bất kỳ loại xâm nhập nào. Vì vậy, chúng tôi đã bắt đầu đánh giá hồ sơ nguyên tố của một số loại muối Brasil để so sánh chúng với muối Himalayan. Để làm được điều này, kỹ thuật PIXE (Particle-Induced X-ray Emission) đã được sử dụng để lấy các nồng độ các nguyên tố chính và phụ.

2. Vật liệu và phương pháp

2.1. Mẫu

Để đánh giá sự biến động về nồng độ nguyên tố trong muối Brazil, chúng tôi đã mua bốn thương hiệu muối biển Brazil và ba thương hiệu muối Himalayan trên thị trường địa phương. Một trong số các thương hiệu Brazil được bán dưới dạng muối tinh luyện và muối tinh thô. Bảy mẫu của mỗi thương hiệu đã được phân tích, tổng cộng 56 mẫu. Cuối cùng, hai mẫu của mỗi thương hiệu Himalayan đã được chuẩn bị để so sánh: một mẫu với tinh thể trắng và một mẫu khác với tinh thể đỏ. Trong trường hợp này, các tinh thể đã được sắp xếp theo màu sắc của chúng. Để tiến hành thí nghiệm PIXE, các mẫu đã được nghiền nhỏ, đồng nhất và ép thành viên đĩa có độ dày 2 mm và đường kính 25 mm. Để tránh sự ô nhiễm bởi Fe từ bộ phận ép muối, chúng tôi sử dụng một đĩa polymer để ngăn cách piston với muối.

2.2. Thí nghiệm PIXE

Một máy gia tốc Tandetron 3 MV cung cấp ion H+ 2.0 MeV với dòng điện tương đối thấp (khoảng 0,4 nA) để giữ cho thời gian đo thí nghiệm ở mức chấp nhận được. Kích thước chấm tia là 4 mm2 tại mẫu. Buồng phản ứng được giữ ở áp suất khoảng 10-6 mbar. Điện tích tích lũy trong suốt các thí nghiệm được tích hợp trong phòng PIXE chính vì nó được hoàn toàn cách điện khỏi máy gia tốc và các thiết bị khác. Tổng số điện tích tích lũy trong mỗi lần bức xạ khoảng 0,7 μC. Cuối cùng, một khẩu súng phun điện tử được sử dụng trong tất cả các thí nghiệm để tránh tình trạng tích điện trên mẫu.

Hệ thống phát hiện bao gồm một cảm biến Si(Li) được đặt ở góc −135° so với tia proton. Độ phân giải năng lượng của cảm biến là khoảng 150 eV tại 5,9 keV. Đường cong hiệu suất của cảm biến đã được lấy ở nơi khác [9]. Độ dày của tinh thể là 4,5 mm. Tinh thể mỏng này cùng với proton 2 MeV giảm thiểu ảnh hưởng của nền phản xạ Compton do kích thích dòng gamma 440 keV của 23Na. Cuối cùng, cửa cảm biến được làm bằng Be có độ dày 12 μm. Không sử dụng bất kỳ bộ hấp thụ hay nam châm nào trong các thí nghiệm.

2.3. Phân tích dữ liệu

Các phổ PIXE được phân tích bằng phần mềm GUPIXWIN được phát triển tại Đại học Guelph. Tất cả các thông số thí nghiệm quan trọng và hiệu ứng vật lý như tự phát huỳnh quang và tự hấp thụ tia X trong mục tiêu được tính toán bởi phần mềm này. Hơn nữa, nó sử dụng cơ sở dữ liệu toàn diện bao gồm các tiêu chuẩn dừng và tiêu chuẩn ion hóa, và các thông số khác. Thông qua quy trình chuẩn hóa giá trị H, diện tích đỉnh được chuyển đổi thành nồng độ nguyên tố. Quy trình chuẩn hóa được thực hiện với muối NaCl, KCl có độ tinh khiết cao và tiêu chuẩn tia X mỏng. Cuối cùng, các kết quả cuối cùng được đại diện bởi giá trị trung bình và độ lệch chuẩn tương ứng.

3. Kết quả và thảo luận

Bảng 1 thể hiện kết quả đo nồng độ các nguyên tố trong các loại muối Brazil. Các phổ tia X đã được chuẩn hóa và cho thấy nồng độ chất lượng cao nhất là của natri và clo. Trong số các loại muối, chỉ có loại 4 có nồng độ sắt vượt qua giới hạn phát hiện được. Một số loại muối cũng có chứa lượng nhỏ các nguyên tố như magiê, nhôm, kali, brom và strontium. Kết quả đo nồng độ magiê trong nghiên cứu này cao hơn so với tài liệu tham khảo, nhưng nồng độ sắt được báo cáo trong tài liệu đó khớp với kết quả đo của loại muối 1 (tinh luyện) và tất cả các loại muối Brazil khác, và thấp hơn kết quả đo của loại muối 4. Nồng độ canxi và kali được đo trong các loại muối Brazil cao hơn hoặc thấp hơn so với tài liệu tham khảo. Muối tinh luyện được đo trong nghiên cứu này có nồng độ các nguyên tố lưu huỳnh, canxi và strontium thấp hơn so với muối tinh thể, trong khi silic đo được lại cao hơn. Một giải thích có thể cho lượng lớn silic trong muối tinh luyện là do thêm silicat trong quá trình chế biến để ngăn ngừa đông cục.

Hình 2 và Hình 3 trình bày phổ trung bình chuẩn hóa của muối Himalaya ở hai vùng năng lượng khác nhau: 

i) từ 0 đến 6 keV (Hình 2); 

ii) từ 6 đến 17 keV (Hình 3). 

Kết quả thu được cho các tinh thể đỏ và trắng của muối Himalaya cũng được trình bày. Rõ ràng, nồng độ của nhiều khoáng chất cao hơn nhiều trong các tinh thể đỏ so với các tinh thể trắng. Các kết quả này được tóm tắt trong Bảng 2. Các nồng độ nguyên tố thu được trong nghiên cứu này cho Mg, K, Ca và Fe đều cao hơn rất nhiều so với các kết quả được báo cáo trong tài liệu tham khảo (lần lượt là 1060 ppm, 2800 ppm, 1600 ppm và 36,9 ppm). Trong khi đó, kết quả của chúng tôi cho Fe nhỏ hơn nhiều so với các kết quả được tìm thấy trong tài liệu tham khảo (2400 ppm).

Kết quả của chúng tôi cho thấy nồng độ Fe trong tinh thể màu đỏ của đá muối Himalaya cao hơn khoảng 60 lần so với tinh thể màu trắng. Thực tế, sự hiện diện của Fe trong muối màu cao hơn nhiều so với muối trắng. Đá muối đỏ từ Khewra được phân tích bởi Sharif và đồng nghiệp cho thấy nồng độ 4600 ppm, gần giống với nồng độ tương tự được tìm thấy trong muối trắng từ cùng một địa điểm (4800 ppm). Cuối cùng, nồng độ Sr trong đá muối Himalaya của chúng tôi nhỏ hơn so với nồng độ được tìm thấy bởi Rahman và đồng nghiệp trong các mẫu đá muối Khewra. Một điểm khác biệt đáng chú ý giữa đá muối Himalaya màu trắng và đá muối màu đỏ là tinh thể màu đỏ chứa nồng độ khoáng chất cao hơn nhiều so với tinh thể màu trắng.

Kết luận

Nghiên cứu này tập trung vào phân tích các loại muối Brazil và muối Himalaya thông qua kỹ thuật PIXE. Tất cả các loại muối Brazil đều là muối biển trắng, trong khi muối Himalaya được cho là được khai thác từ đồi Salt Range ở Pakistan. Muối Brazil được đặc trưng bởi sự hiện diện của Mg, S và Ca. Ở mức độ vi lượng, cũng đã phát hiện các nguyên tố Al, Si, Br và Sr. Chỉ có một thương hiệu Brazil có nồng độ Fe đáng kể. Muối Himalaya có màu hồng đặc trưng. Nồng độ Mg và S của nó cao hơn so với muối Brazil, trong khi nồng độ Ca của cả hai loại muối đều tương tự. Nồng độ các nguyên tố Al, Si, K, Ti, Mn và Fe ở muối Himalaya cao hơn rất nhiều so với muối Brazil. Các nguyên tố này được tập trung ở các tinh thể màu đỏ của muối Himalaya. Ngược lại, muối Brazil có nồng độ Br và Sr cao hơn so với muối Himalaya. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự tương đồng cao giữa các tinh thể muối trắng Himalaya với các loại muối Brazil. Vì các hạt muối trắng từ các nhà sản xuất khác nhau gần như không thể phân biệt được, việc xác định xem liệu muối Himalaya đã được làm giả bằng các hạt muối trắng bổ sung sẽ rất khó khăn. Cuối cùng, PIXE đã được chứng minh là một công cụ thú vị cho phân tích muối. Ngoài tính không phá hủy, việc chuẩn bị mẫu rất đơn giản và không đòi hỏi bất kỳ loại xử lý nào trước khi đo lường.

Tài liệu tham khảo

[1] R.V. Titler, P. Curry, Chemical Analysis of Major Constituents and Trace Contaminants of Rock Salt, Pensylvania Department of environmental Protection, Bureau of Water Standards and Facility Regulation, 2011 Report 052711. 

[2] T.J. Brown, N.E. Idoine, E.R. Raycraft, R.A. Shaw, S.F. Hobbs, P. Everett, E.A. Deady, T. Bide, World Mineral Production 2012–16, British Geological Survey, 2018. 

[3] D.S. Kostick, Minerals Yearbook, United States Geological Survey, 2008. 

[4] Q.M. Sharif, M. Hussain, M.T. Hussain, J. Chem. Soc. Pak. 29 (2007) 569. 

[5] S.L. Drake, M.A. Drake, J. Sensory Stud. 26 (2011) 25. 

[6] A. Rahman, A. Islam, M.A. Farrukh, World Appl. Sci. J. 8 (2010) 61. 

[7] S.A.E. Johansson, J.L. Campbell, K.G. Malmqvist, Particle-Induced X-Ray Emission Spectrometry (PIXE), John Wiley & Sons Inc, New York, 1995. 

[8] S.M. Shubeita, C.E.I. dos Santos, J.L.R. Filho, R. Giulian, L. Meira, P.R. Silva, M.L. Yoneama, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 240 (2005) 297. 

[9] F. Fernandes, L. Niekraszewicz, L. Amaral, J.F. Dias, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 417 (2018) 56. 

[10] J.A. Maxwell, J.L. Campbell, W.J. Teesdale, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 43 (1989) 218. 

[11] J.L. Campbell, J.X. Wang, J.A. Maxwell, W.J. Teesdale, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 43 (1989) 539. 

[12] S. Murao, C. Kirdmanee, K. Sera, S. Goto, C. Takahashi, R. Limsuwan, Int. J. PIXE 22 (2012) 195. 

[13] J.J. Otten, J.P. Hellwig, L.D. Meyers, Dietary Reference Intakes: The Essential Guide to Nutrient Requirements, The National Academies Press, 2006.