BÀI TIỀU LUẬN MÔN VI SINH VẬT HỌC THỰC PHẨM Đề tài Các phương pháp ức chế sự sinh trưởng vi sinh trong thực phẩm bằng phương pháp hóa học và sinh học

Nguyên nhân gây hư hỏng - Sự phát triển của vi sinh vật: như vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, chúng tiết ra enzyme phân hủy các thành phần dinh dưỡng của thực phẩm - Hoạt động của enzyme: chí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÀI TIỀU LUẬN MÔN VI SINH VẬT HỌC THỰC PHẨM

Đề tài: Các phương pháp ức chế sự sinh trưởng vi

sinh trong thực phẩm bằng phương pháp hóa học và sinh học

Nhóm 14

Các thành viên trong nhóm:

Lương Thị Vân Anh – 2022218183

Nguyễn Ngọc Hiển – 2005181072

Trần Hoàng Kim – 2005190255

Ngô Thị Phương Liên – 2005200542

GVHD: Nguyễn Thị Kim Oanh

Thành Phố Hồ Chí Minh, 2022

Bảng phân công nhiệm vụ

Ngô Thị Phương

Liên 2005200542 Ức chế bằng phương pháp hóahọc(1,2,3) + tổng hợp word Trần Hoàng Kim 2005190255 Ức chế bằng phương pháp hóa học(4,5

+ cơ chế hoạt động của các chất đó) Lương Thị Vân Anh 2022218183 Cơ chế của các chất còn lại + làm ppt Nguyễn Ngọc Hiển 2005181072 Ức chế bằng phương pháp sinh học

Mục lục

I Ức chế vi sinh bằng phương pháp hóa học 3

1 Nguyên nhân gây hư hỏng 3

2 Các vi sinh vật trong thực phẩm 4

3 Đường lây nhiễm vi sinh vật vào thực phẩm 5

4 Ức chế hóa học trong thực phẩm là gì ? 6

5 Yêu cầu cơ bản đối với hóa chất bảo quản thực phẩm 6

6 Cơ chế tác dụng của các loại hóa chất trong thực phẩm 7

II Ức chế vi sinh vật bằng phương pháp sinh học 11

1 Phương pháp lên men (muối chua) 11

2 Phương pháp sử dụng Bacteriocin (sử dụng vi sinh đối kháng) 11

3 Phương pháp sử dụng enzyme 14

Tài liệu tham khảo 15

I Ức chế vi sinh bằng phương pháp hóa học

1 Nguyên nhân gây hư hỏng

- Sự phát triển của vi sinh vật: như vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, chúng tiết ra enzyme phân hủy các thành phần dinh dưỡng của thực phẩm

- Hoạt động của enzyme: chính các enzyme thủy phân có trong tế bào động, thực vật tiết ra phân hủy các tế bào sau khi chết làm giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm

- Thức phẩm cung cấp chất dinh dưỡng cho chúng ta, nhưng cũng đồng thời là môi trường thích hợp cho sự sinh trưởng vi sinh vật phát triển như: không khí, độ ẩm, ánh sáng, nhiệt độ, sự phát triển của bản thân

vi sinh vật, pH

- Hệ vi sinh vật được phát triển từ nhiều nguồn khác nhau như: thực phẩm bị nhiễm vi sinh vật từ môi trường bên ngoài, tay công nhân, dụng cụ, quá trình chuyên chở, bảo quản,

- Các thành phần cấu tạo nên thực phẩm là những nhân tố then chốt bên trong ảnh hưởng tới sự sinh trưởng của vi sinh vật

Ví dụ: Nếu như một thực phẩm về cơ bản có chứa carbohydrate thì sự phá hỏng ít dẫn tới việc sinh ra các mùi khó chịu Vì thế các thực phẩm như bánh mì, mứt, hay một số quả đầu tiên bị hỏng do sự phát triển của nấm Ngược lại, khi thực phẩm chứa một lượng lớn là

protein hay chất béo (như thịt hay bơ) thì sự phá hỏng có thể tạo ra một lượng lớn mùi khó chịu

- pH thấp cũng là nguyên nhân gây nên sự sinh trưởng của nấm mốc và nấm men

- Nhiệt độ và độ ẩm tương đối cũng là những tác nhân gây nên sự sinh trưởng của vi sinh vật Ở độ ẩm tương đối cao, sự sinh trưởng của vi sinh vật bắt đầu trở nên nhanh hơn, tuy nhiên thậm chí ngay cả nhiệt

độ thấp (trong tủ lạnh, kho lạnh) một số vi sinh vật vẫn có thể phát triển Ngoài ra, khi thực phẩm khô được bảo quản trong môi trường

ẩm ướt, sự hấp thụ hơi ẩm có thể xảy ra trên bề mặt thực phẩm, có thể cho phép vi sinh vật sinh trưởng

- Không khí bên trong thực phẩm được bảo quản cũng rất quan trọng Nồng độ CO2 thấp, nồng độ pH của dung dịch tăng cao, dẫn đến sự sinh trưởng của vi sinh vật

2 Các vi sinh vật trong thực phẩm

- Các vi sinh vật có trong thực phẩm như: vi khuẩn, tảo, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn và virus

Các vi khuẩn

Loại hình thành bào tử Loại không hình thành bao tử

Clostridium botulinum Salmonella Clostridium perfringens Shigella Bacillus cereus Esherichia coli

Staphylococcus Aureus

- Các virus:

+ Hepatitis A

+ Hepatitis E

+ Nhóm virus Norwalk

 Rotavirus

 Poliovirus

- Các ký sinh trùng và động vật nguyên sinh:

+ Entamoeba histolytica

+ Giun

+ Sán

+ Đơn bào

3 Đường lây nhiễm vi sinh vật vào thực phẩm

- Tự nhiên: Môi trường bị ô nhiễm, vi sinh vật từ đất nước, không khí, dụng cụ và các vật dụng khác nhiễm vào thực phẩm

- Thiếu vệ sinh trong quá trình chế biến, vệ sinh cá nhân không đảm bảo(tay người chế biến không sạch) làm nhiễm vi sin vật vào thực phẩm Thức ăn nấu không kĩ, ăn thức ăn sống… cũng bị nhiễm vi sinh vật gây ngộ độc

- Do bảo quản thực phẩm không đảm bảo vệ sinh, không che đậy để côn trùng, vật nuôi tiếp xúc vào thức ăn, làm lây nhiễm vi sinh vật gây bệnh

- Thực phẩm, gia súc, gia cầm đã bị bệnh trước khi giết mổ, khi chế biến, nấu nướng không đảm bảo giết chết được hết các mầm bệnh

- Ngoài ra, do quá trình giết mổ, vận chuyển, bảo quản, chế biến không đảm bảo vệ sinh an toàn, cũng có thể gây nhiễm vi sinh vật vào thực phẩm mặc dù gia súc, gia cầm trước khi giết mổ khỏe mạnh, không có bệnh tật

Sơ đồ các con đường lây nhiễm vi sinh vật vào thực phẩm

4 Ức chế hóa học trong thực phẩm là gì ?

- Sử dụng các chất hóa học để ức chế tác nhân làm biến đổi các thành phần hóa học trong thực phẩm

- Ức chế sự phát triển của vi sinh vật cũng như hệ enzyme do chúng tiết ra

- Cản trở quá trình tự biến đổi của thực phẩm Các chất bảo quản tham gia vào quá trình bất hoạt các enzyme có trong thực phẩm (các enzyme này gây biến đổi các chất có trong thực phẩm trong quá trình bảo quản)

5 Yêu cầu cơ bản đối với hóa chất bảo quản thực phẩm

- Phải có tính kháng khuẩn, kháng nấm mốc và kháng nấm men mạnh và phải

có tính chất chống oxy hoá xảy ra trong bảo quản và chế biến lương thực, thực phẩm

- Không gây độc cho người và gia súc

- Không làm thay đổi hay làm thay đổi rất ít tính chất hoá lý, cảm quan của thực phẩm

- Không tạo ra những phản ứng phụ, những sản phẩm độc hại trong thực phẩm

- Các chất bảo quản thường được sử dụng ở dạng hòa tan

6 Cơ chế tác dụng của các loại hóa chất trong thực phẩm

 SO2 ( Lưu huỳnh dioxide )

- Là loại chất sát trùng mạnh có tác dụng diệt các vi sinh vật làm hư hỏng rau quả

- Tác dụng bảo quản của SO2 ở nhiệt độ bình thường thể hiện khi nồng độ 0.05-0.20% tính theo khối lượng sản phẩm

- Một trong những điều kiện cơ bản để SO2 có tác dụng bảo quản là độ acid của môi trường Trong môi trường kiềm trung tính SO2 không có tác dụng, vì vậy không nên dùng SO2 để bảo quản nhiều loại rau không có acid Những loại quả trong thành phần chứa nhiều acid hữu cơ tự nhiên chính là đối tượng thích hợp nhất cho việc bảo quản bằng phương pháp sunfit hóa

 Nitrit ( NO2 )

- Được ứng dụng trong công nghiệp chế biến thịt Mục đích giữ màu đỏ cho thịt muối mặn, làm thuốc sát khuẩn trong bảo quản cá, thịt và các chế phẩm từ cá, thịt ( cá, thịt muối hoặc ướp lạnh )

- Liều lượng sử dụng Nitrit: không hạn chế 0-0,4mg/kg thể trọng, dùng trộn lẫn với muối ăn để muối thịt thì tỉ lệ không được lớn hơn 0,6%

- Không được dùng cho vào thức ăn của trẻ em

- Nitrit có tác dụng chuyển hemoglobin thành methemoglobin, gây hiện tượng tím tái xám

- Khi ăn phải thức ăn chứa nhiều NO2 có thể gây ngộ độc

 Carbonic ( CO2 )

- Khí CO2 tác động tới quá trình trao đổi chất của vi sinh vật, ức chế một vài quá trình biến dưỡng của vi sinh vật Nấm mốc nhạy cảm hơn đối với khí CO2, còn vi khuẩn thì ít nhạy cảm hơn

- Nồng độ khí CO2 cao ức chế sự phát triển của những vi khuẩn hiếu khí và

cả vi khuẩn yếm khí

- Khí CO2 kìm hãm sự oxy hóa chất béo ngay cả ở những nồng độ nhỏ

 Ozon ( O3 )

- Ozon có tính oxy hóa rất mạnh ( có khả năng xử lý độc tố, màu, mùi, ) Thay thế Clo trong khử trùng diệt khuẩn Khả năng diệt khuẩn của Ozon

là cao gấp 1,5 lần so với việc sử dụng Clo Tốc dộ khử trùng của Ozon cao gấp 600 lần so với Clo

- Có tính năng sát khuẩn, tiêu độc, phân hủy thuốc trừ sâu còn tồn dư trong rau quả thực phẩm, giữ cho rau quả luôn tươi xanh, tăng thời hạn bảo quản Diệt các loại vi khuẩn tả gây bệnh tiêu chảy

- Về bản chất, Ozon có tính oxy hóa mạnh nên có thể giết chết các mầm bệnh như Salmonella, Campylobacter, Botrytis, E.coli, chỉ trong vài giây Sau khi ozon được tạo ra, chúng nhanh chóng trở về dạng oxy mà không để dấu vết độc hại trên thực phẩm Ví dụ: sử dụng ozon để khử trùng quả khô, sử dụng ozon để bảo quản dưa hấu

 Acid Acetic (Ngâm dấm)

- Làm giảm pH của sản phẩm, làm cho quá trình trao đổi ion của vi sinh vật không thực hiện được Sự thay đổi quá lớn của nồng độ ion trong và ngoài màng tế bào làm rối loạn các quá trình trao đổi chất của vi sinh vật,

ức chế sự phát triển của vi sinh vật trong thực phẩm

- Nồng độ acid acetic thường dùng: 1,7-2% ( pH 2,3-2,5 )

- Phương pháp ngâm dấm thường dùng acid acetic, acid citric, tartric

 Acid sorbic (E200):

- Là hợp chất hữu cơ tự nhiên được dùng làm chất bảo quản thực phẩm

- Acid sorbic tác dụng lên hệ enzyme (dehydrogenase) trong tế bào vi sinh vật, loại enzyme này liên quan đến quá trình oxy hóa acid béo Sự bổ sung acid sorbic dẫn đến sự tích lũy các acid béo không no mà các acid này là sản phẩm trung gian của quá trình oxy hóa các acid béo bởi nấm men và nấm mốc

- Acid sorbic cũng kìm hãm các enzyme sulfhydryl Những enzyme này đóng vai trò rất quan trọng trong tế bào vi sinh vật bao gồm: fumarase, aspartase, succinic, dehydogenase và alcohol dehydrogenase của nấm men

- Acid sorbic còn can thiệp vào sự vận chuyển các chất qua màng tế bào chất

 Acid Benzoic (E210) - Muối Benzoat

- Là phụ gia chống vi sinh vật thuộc nhóm phụ gia bảo quản

- Tác dụng bảo quản của acid benzoic và natri benzoat chỉ xảy ra ở môi trường acid, pH = 2,5-3,5 Nồng độ acid benzoic sử dụng trong thực phẩm: 0,05-0,15%

- Ức chế mạnh nấm men và nấm mốc, có tác dụng yếu đối với vi khuẩn Tác động lên màng tế bào nấm, ức chế quá trình hô hấp của tế bào, ức chế quá trình oxy hóa glucose và pyruvate, ức chế quá trình biến dưỡng các hợp chất đa lượng ( N, P, ) cùa sinh vật

- Một số loài vi sinh vật có thể sử dụng acid benzoic trong quá trình trao đổi chất hay có các cơ chế đặc hiệu (các bơm màng) loại bỏ các chất độc

ra khỏi tế bào

- Acid benzoic được sử dụng nhiều trong bảo quản trái cây và rau quả Nếu

sử dụng ở nồng độ cao sẽ làm thay đổi mùi vị sản phẩm, ảnh hưởng tới thận của người sử dụng

- Dùng acid benzoic hoặc muối benzoat trong bảo quản sản phẩm có thể làm cho sản phẩm bị thâm đen, dễ nhận biết dư vị và làm giảm chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm

 Sodium benzoate (E211)

- Là một chất bảo quản thực phẩm và là chất kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn và nấm trong môi trường acid

- Được dùng thịnh hành nhất trong các thực phẩm có tính acid như rau trộn dầu giấm, đồ uống có ga (acid cacbonic), mứt và nước trái cây (acid xitric), dưa chua (giấm ăn) và các gia vị

- Acid benzoic có tác dụng bảo quản tốt hơn, nhưng sodium benzoate vẫn được dùng phổ biến như là chất phụ gia thực phẩm vì acid benzoic không tan nhiều trong nước

 Chất gia tăng áp suất thẩm thấu

- Sử dụng đường hay muối trong bảo quản thực phẩm làm gia tăng áp xuất thẩm thấu của môi trường, tạo áp suất thẩm thấu cao nước trong tế bào thấm ra khỏi màng tế bào chất và gây ra hiện tượng co nguyên sinh; đồng thời tế bào vi sinh vật không thể hấp thu được các chất dinh dưỡng, làm

ức chế hoạt động và sự phát triển của vi sinh vật

- Sử dụng nồng độ muối từ 5 -20% hoặc 30%, nồng độ đường 50-60%

- Sản phẩm điển hình: mứt trái cây, thịt muối, cá muối

 Kháng sinh được sản xuất theo phương pháp hóa học

- Trước năm 1960, kháng sinh được sử dụng rộng rãi trong bảo quản thực phẩm do những ưu điểm của kháng sinh: ức chế vi sinh vật một cách hiệu quả, dễ bị biến tính và phân huỷ ở nhiệt độ cao

- Từ sau năm 1969 người ta thấy những tồn tại trong việc sử dụng kháng sinh làm chất bảo quản thực phẩm:

+ Đối với các kháng sinh khó phân hủy, dư lượng trong thực phẩm sẽ ảnh hưởng tới sức khoẻ của người sử dụng

+ Làm thay đổi hệ vi khuẩn đường ruột và sự tổng hợp vitamin ở ruột + Sinh ra sự nhạy cảm đối với kháng sinh

+ Gây ra ngộ độc do các chất dạng chuyển hoá của kháng sinh

+ Có hiện tượng kháng sinh của vi sinh vật (lờn thuốc) làm cho việc điều trị bệnh không hiệu quả

Các chất kháng sinh có tác dụng chủ yếu với vi khuẩn, tác động yếu đối với nấm mốc, nấm men

- Làm ngưng tổng hợp thành tế bào vi khuẩn; phá vỡ tính thẩm thấu của màng tế bào

- Ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp protein của vi khuẩn

- Ảnh hướng đối với acid nucleic Các chất kháng sinh được phép dùng: biomixin (clotetraxyclin), teramixin, oreomixin, …

Nguyên tắc sử dụng kháng sinh làm chất bảo quản thực phẩm:

- Chỉ sử dụng những kháng sinh nào không dùng cho chữa bệnh quan trọng, không gây hiện tượng kháng sinh, không ảnh hưởng đến việc sử dụng những kháng sinh khác trong điều trị bệnh

- Không sử những kháng sinh gây hại cho sức khoẻ người tiêu dùng

- Cần xác minh loại kháng sinh sử dụng không gây hại cho hệ vi sinh vật đường ruột, bụng

- Khi sử dụng kháng sinh để bảo quản, phải đảm bảo không hạ thấp bất cứ chỉ tiêu vệ sinh nào khác

 Ethanol

- Ở nồng độ cao, ethanol có tác dụng biến tính protein màng tế bào, làm chết vi sinh vật

- Ứng dụng: Dùng để bảo quản các dạng bán chế phẩm

 H2O2

- Có khả năng oxy hóa mạnh

- Ứng dụng: Trong bảo quản sữa, phomat, sản phẩm từ cá

 Hợp chất của halogen

- Biến đổi protein, gây rối loạn các hoạt động sống của sinh vật, ức chế và tiêu diệt vi sinh vật

- Ứng dụng: Sát trùng các dụng cụ các hoạt động sống của sinh đựng thực phẩm của halogen vật, ức chế và tiêu diệt vi sinh vật

 Chất tạo mùi

- Chất tạo mùi là một hỗn hợp các chiết xuất hương hiện có thể là kết hợp của các chất tự nhiên và tổng hợp nhằm sao chép mùi của một thành phần nào đó, ví dụ như mùi dưa leo hoặc việt quất

 Phân loại chất tạo mùi

Có 3 món chất tạo mùi chính là:

- Nhóm I: bao gồm các chất có khả năng gây kích ứng từ ít nhất đến nhiều nhất bao gồm: Oak moss, isoeugenol, eugenol, cinnamic aldehyde, geraniol,

hydroxycitronellal, cinnamic alcohol,

- Nhóm II bao gồm: Lyral, citral, farnesol, coumarin, citronellol, and Alpha-hexyl cinnamal

- Các chất khác: bao gồm 26 loại chất tạo mùi (bao gồm cả những chất tìm thấy trong nhóm I và II) đã được phát hiện và phân tích, dẫn đến quy định về việc dán nhãn bao bì Trong danh sách này bao gồm một số chất phổ biến như: Benzoyl acohol, limonene

II Ức chế vi sinh vật bằng phương pháp sinh học

1 Phương pháp lên men (muối chua)

- Sử dụng các vi sinh vật lên men tạo ra acid làm thay đổi pH môi trường

ức chế sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm và kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm

- Vi khuẩn sinh acid lactic (LAB) là một nhóm vi khuẩn đa dạng có sản phẩm trao đổi chất cuối cùng là acid lactic

Phân loại:

- Dựa trên sản phẩm cuối: nhóm vi khuẩn lên men lactic đồng hình và

nhóm vi khuẩn lên men lactic dị hình

- Dựa trên khả năng chịu nhiệt: nhóm chịu nhiệt cao , nhóm chịu nhiệt trung tính, nhóm ưa lạnh

- Trong quá trình lên men các vi khuẩn này tiết ra acid lactic và acid acetic làm acid hóa môi trường góp phần kìm hãm và tiêu diệt vi khuẩn gây hư hỏng thực phẩm Ngoài ra các vi khuẩn sinh lactic còn tiết ra các

bacteriocin kháng khuẩn

2 Phương pháp sử dụng Bacteriocin (sử dụng vi sinh đối kháng)

 Định nghĩa

Bacteriocin là chất kháng khuẩn có bản chất là các peptide được tổng hợp

ở riboxom cả vi khuẩn Gram âm và vi khuẩn Gram dương để ức chế các

vi khuẩn cạnh tranh khác

 Đặc điểm tính chất

- Bacteriocin được tổng hợp khi vi khuẩn gặp các điều kiện ức chế - tác

động của môi trường sống, cạnh tranh về nguồn dinh dưỡng, không gian sống Bacteriocin có bản chất là peptid kháng khuẩn sinh ra bởi vi khuẩn

để chống lại vi khuẩn khác Như vậy, loại vi khuẩn tạo ra loại bacteriocin nào thì có khả năng kháng lại chính bacteriocin đó ( Các tế bào sản xuất thì miễn dịch với hoạt tính bacteriocin)

- Các bacteriocin có hoạt tính kháng khuẩn cao thậm chí ở nồng độ rất thấp

- Đặc tính diệt khuẩn cao hơn ở pH thấp, tương đối bền ở nhiệt độ cao và không bị ảnh hưởng bởi các dung môi hữu cơ

- Do có bản chất protein (thử nghiệm với các enzyme phân giải protein như trypsin, pepsin) nên bacteriocin không gây tác dụng phụ, không gây ra phản ứng dị ứng trong cơ thể con người và các vấn đề về sức khỏe do bị phân cắt nhanh chóng bởi protease, lipase trong đường tiêu hóa