Tiểu luận môn vi sinh vật thực phẩm HƯ HỎNG CÁ DO VI SINH VẬT VÀ CÁCH XỬ LÝ

Trên thực tế, do vi sinh vật thường là các sinh vậtđơn bào cho nên chúng rất mẫn cảm với sự biến hóa của nhiệt độ, và thường bị biếnhóa cùng với sự biến hóa về nhiệt độ của môi trường xu

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦUCũng giống như các sinh vật khác, nhiệt độ của môi trường cũng có ảnhhưởng rất lớn đối với vi sinh vật Trên thực tế, do vi sinh vật thường là các sinh vậtđơn bào cho nên chúng rất mẫn cảm với sự biến hóa của nhiệt độ, và thường bị biếnhóa cùng với sự biến hóa về nhiệt độ của môi trường xung quanh Chính vì vậy,nhiệt độ của tế bào vi sinh vật cũng phản ánh trực tiếp nhiệt độ của môi trường xungquanh Một nhân tố quyết định ảnh hưởng của nhiệt độ đối với sự sinh trưởng của visinh vật đó là tính mẫn cảm với nhiệt độ của các phản ứng xúc tác nhờ enzym.Trong phạm vi nhiệt độ thấp, khi nhiệt độ tăng lên sẽ làm tăng tốc độ sinh trưởngcủa vi sinh vật, vì phản ứng xúc tác nhờ enzyme cũng giống như các phản ứng hóahọc nói chung, khi nhiệt độ tăng lên 100C tốc độ phản ứng sẽ tăng gấp đôi Vì cácphản ứng trong tế bào đều tăng cho nên toàn bộ hoạt động trao đổi chất sẽ tăng lênkhi nhiệt độ cao hơn, và vi sinh vật sẽ sinh trưởng nhanh hơn Lúc nhiệt độ tăng lênđến một mức độ nhất định thì nhiệt độ càng tăng tốc độ sinh trưởng càng giảm Khinhiệt độ tăng quá cao vi sinh vật sẽ chết Khi nhiệt độ quá cao sẽ gây ra sự biến tínhcủa enzym, của các thể vận chuyển (transport carriers) và các protein khác Màngsinh chất sẽ bị tổn thương vì hai lớp lipid sẽ bị hòa tan Do đó mặc dầu ở nhiệt độcàng cao các phản ứng xúc tác tiến hành càng nhanh nhưng do các nguyên nhân nóitrên mà tế bào bị tổn thương đến mức khó hồi phục và dẫn đến việc ức chế sinhtrưởng Tại điều kiện nhiệt độ rất thấp màng sinh chất bị kết đông lại, enzyme cũngngừng hoạt động Nói chung, nếu vượt quá nhiệt độ tốt nhất đối với vi sinh vật,chức năng và kết cấu tế bào đều bị ảnh hưởng Nếu nhiệt độ rất thấp, tuy chức năngchịu ảnh hưởng nhưng thành phần hóa học và kết cấu không nhất thiết chịu ảnhhưởng

Do ảnh hưởng hai mặt, vừa có lợi vừa có hại của nhiệt độ đối với vi sinh vật

mà có thể xác định các loại nhiệt độ cơ bản (cardinal temperaturre) đối với sự sinhtrưởng của vi sinh vật Đó là nhiệt độ thấp nhất (minimum), nhiệt độ tốt nhất(optimum) và nhiệt độ cao nhất (maximum) đối với sự sinh trưởng

Độc tố của vi khuẩn là một trong những nguyên nhân gây ngộ độc thực phẩm

và ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của con người Nó liên quan mật thiết đến công

tác kiểm tra và vệ sinh an toàn toàn thực phẩm Vì vậy vấn đề vệ sinh và an toànthực phẩm càng phải được quan tâm ở các cấp, các ngành Và các quá trình gianhiệt để tiêu diệt vi sinh vật trong thực phẩm có ý nghĩa rất quan trọng, có như vậymới có thể đáp ứng nhu cầu thực phẩm ngày càng nhiều của người dân cùng vớingành công nghiệp sản xuất và chế biến thực phẩm cũng như các nhà hàng kháchsạn ngày càng phát triển mạnh.

1 DESCRIBING A HEAT PROCESS

Heating processes are neither uniform nor instantaneous To be able tocompare the lethal effect of different processes it is necessary for us to have somecommon currency to describe them For appertization processes this is known as the

F value; aparameter which expresses the integrated lethal effect of a heat process interms of minutes at a given temperature indicated by a subscript A process mayhave an F121 value of say 4, which means that its particular combination of times andtemperatures is equivalent to instantaneous heating to 1210C, holding at thattemperature for four minutes and then cooling in- stantly, it does not evennecessarily imply that the product ever reaches1210 C The F value will depend onthe z value of the organism of concern; if z=100C then 1 minute at 1110C has an F121

= 0.1, if z = 50 C then the F121 value will be 0.01 It is therefore necessary to specifyboth the z value and the temperature when stating F For spores z is commonlyabout 100C and the F121 determined using this value is designated F0

To determine the F0 value required in a particular process one needs to knowthe D121 of the target organism and the number of decimal reductions considerednecessary

If D121 of C.botulinum is 0.21 minutes then a botulinum cook will have an F0 of 12 *0.21 = 2.52 min The effect of applying a process with this F0 to a product in whichevery can contains one spore of C.botulinum (N0 =1) will be that a spore willsurvive in one can out of every 1012

The canner also has the objective of producing a product which will not spoil

at an unacceptably high rate Since spoilage is a more accept-able form of processfailure than survival of C botulinum, the process lethality requirements with respect

to spoilage organisms do not need to be so severe In deciding the heat process to beapplied, a number of factors have to be weighed up

(1) What would be the economic costs of a given rate of spoilage?

(2) What would be the cost of additional processing to reduce the rate ofspoilage?

(3) Would this additional processing result in significant losses in productquality?

Most canners would regard an acceptable spoilage rate due to processing as something around 1 in 105–106 cans and this is normally achievablethrough 5–6 decimal reductions in the number of spores with spoilage potential (the

under-USFDA use 6D as their yardstick) PA3679, Clostridium sporogenes is frequently

used as an indicator for process spoilage and typically has a D121 of about 1 min.This will translate into a process with an F0 value of 5–6; sufficient to produce about

24–30 decimal reductions in viable C botulinum spores – well in excess of the

minimal requirements of the botulinum cook Some typical F0 values used incommercial canning are presented in Table 4.4

Table 4.4 Typical F 0 values for some canned foods

do this, the thermal history of the product during processing is determined usingspecial cans fitted with thermocouples to monitor the product temperature Thesemust be situated at the slowest heating point in the pack where the F0 value will be

at a minimum The precise location of the slowest heating point and the rate atwhich its temperature increases depend on the physical characteristics of the cancontents Heat transfer in solid foods such as meats is largely by conduction which

is a slow process and the slowest heating point is the geometric centre of the can(Figure 4.5) When fluid movement is possible in the can, heating is more rapidbecause convection currents are set up which transfer heat more effectively In thisheating point lies on the can is central axis but nearer the base

The slowest heating point is not always easy to predict It may changeduring processing as in products which undergo a sol–gel transition during heating,producing a broken heating curve which shows a phase of convection heatingfollowed by one of conduction heating In most cases heating is by conduction butsome can contents show neither pure convection nor pure conduction heating andthe slowest heating point must be determined experimentally

Movement of material within the can improves heat transfer and willreduce the process time This is exploited in some types of canning retort whichagitate the cans during processing to promote turbulence in the product

The F value can be computed from the thermal history of a product byassigning a lethal rate to each temperature on the heating curve The lethal rate, LR,

at a particular temperature is the ratio of the microbial death rate at that temperature

to the death rate at the lethal rate reference temperature For example, using 1210C

as the reference tem-perature:

LR = D121/DTwhere LR is the lethal rate at 1210 C

Since

z = (T2 – T1) / (log D1 – log D2)and substituting T2 = 121 0C; T1 = T; D2 = D121 and D1 = DT

LR = 1/10(121 -T)/z

Lethal rates calculated in this way can be obtained from published tableswhere the LR can be read off for each temperature (from about 900 C and above) andfor a number of different z values (Table 4.5) Nowadays though this is unnecessarysince the whole process of F value calculation tends to be computerized.

Total lethality is the sum of the individual lethal rates over the wholeprocess; for example 2 minutes at a temperature whose LR is 0.1 contributes 0.2 tothe F0 value, 2 minutes at a LR of 0.2 contributes a further 0.4, and so on Anotherway of expressing this is that the area

Table 4.5 Selected lethal rate values (F 121.1 min -1 )

z value

100.0 0.001 0.002 0.005 0.008 0.012 0.017101.0 0.001 0.003 0.006 0.010 0.015 0.021102.0 0.002 0.004 0.008 0.012 0.018 0.026103.0 0.003 0.005 0.010 0.015 0.023 0.031104.0 0.004 0.007 0.013 0.019 0.028 0.038105.0 0.005 0.010 0.016 0.024 0.034 0.045110.0 0.026 0.041 0.058 0.077 0.098 0.119115.0 0.134 0.172 0.209 0.245 0.278 0.310120.0 0.694 0.727 0.753 0.774 0.793 0.808

under a curve describing a plot of lethal rate against time gives the overallprocess lethality, F0 (Figure 4.6)

F0 = LR dt

This procedure has safeguards built into it If the slowest heating pointreceives an appropriate treatment then the lethality of the process elsewhere in theproduct will be in excess of this A further safety margin is introduced by onlyconsidering the heating phase of the process; the cooling phase, although short, willalso have some lethal effect

Process confirmation can also be achieved by microbiological testing inwhich inoculated packs are put through the heat process and the spoilage/survivalrate determined Heat penetration studies though give much more precise anduseable information since inoculated packs are subject to culture variations whichcan affect resistance and also recovery patterns

A change in any aspect of the product or its preparation will require theheat process to be re-validated and failure to do this could have seriousconsequences An early example of this was the scandal in the mid-nineteenthcentury when huge quantities of canned meat supplied to the Royal Navy putrefiedleading to the accusation that the meat had been bad before canning It transpiredthat the problem arose because cans with a capacity of 9–14 lb were being usedinstead of the original 2–6 lb cans In these larger cans the centre of the pack tooklonger to heat and did not reach a temperature sufficient to kill all the bacteria Morerecently, replacement of sugar with an artificial sweetener in hazelnut puree meantthat spores of C botulinum surviving the mild heat process given to the productwere no longer prevented from growing by the reduced aw (see Section 7.5.5)

Quá trình gia nhiệt không phải là không tức thời hay thống nhất Để có thể sosánh hiệu quả gây chết của tế bào của các quá trình khác nhau đó là cần thiết đểchúng ta có một số phương thức chung để mô tả chúng Đối với appertization quátrình này được biết đến như giá trị F; ; một tham số thể hiện sự tác động tích hợpgây chết của một quá trình nhiệt trong khoảng thời gian tính bằng phút ở một nhiệt

độ xác định Một quá trình có thể có một giá trị F121 là 4, có nghĩa là sự kết hợp đặc

biệt của thời gian và nhiệt độ tương đương với nhiệt tức thời đến 1210C, giữ tạinhiệt độ đó trong bốn phút và sau đó làm lạnh ngay lập tức, nó thậm chí không nhấtthiết có nghĩa rằng sản phẩm bao giờ cũng đạt đến 121 0C Giá trị F sẽ phụ thuộcvào giá trị z của các sinh vật quan tâm, nếu z = 100 C sau đó 1 phút ở 1110 C có F121

= 0.1, nếu z = 50 C sau đó F121 sẽ có giá trị là 0.01 Do đó, cần thiết để xác định cảhai giá trị z và nhiệt độ khi nói tới giá trị F Đối với các bào tử z thường khoảng 100

và F121 được xác định bằng cách sử dụng giá trị này được chỉ định là F0

Để xác định giá trị F0 cần thiết trong một quá trình cụ thể ta cần phải biết D121của sinh vật mục tiêu và số lượng thập phân cần thiết

F121 = D121 (log N0 – log N)

Trong đó:

D là thời gian cần thiết tại một nhiệt độ xác định để tiêu diệt 90% lượng vi sinh vật ban đầu Được gọi là “thời gian tiêu diệt thập phân”

No: lượng vi sinh vật ban đầu (cfu/ml)

N : lượng vi sinh vật trong sản phẩm ở thời điểm t (cfu/ml)

F : thời gian cần thiết (tính bằng phút) để tiêu diệt vi sinh vật, tại một nhiệt độ nhất định

Trong thí nghiệm này, các sản phẩm sẽ có hai mục tiêu, một sản phẩm an toàn

và ổn định Từ quan điểm an toàn trong thực phẩm đóng hộp acid thấp (định nghĩa

là những người có một pH>4.5) Clostridium botulinum là một yếu tố cơ bản để

quan tâm Các tác nhân gây chết tối thiểu chấp nhận rộng rãi cho một quá trìnhnhiệt áp dụng cho thực phẩm đóng hộp có độ acid thấp là nó sẽ giảm 12 số thậpphân trong số các bào tử C botulinum còn sống sót (log N0 - log N = 12) Điều nàyđược gọi là đun nóng 12D hoặc nấu botulinum Nếu D121 của C.botulinum là 0,21phút sau đó nấu botulium sẽ có một giá trị F0 của 12* 0,21 = 2.52 phút Hiệu quảcủa việc áp dụng một quá trình F0 trong đó tới mỗi sản phẩm có thể chứa một bào tửcủa C Botulium ( N0 = 1) sẽ là một bào tử sẽ tồn tại trong mỗi 1012

Sản phẩm nào cũng có mục tiêu là không hỏng với một tỷ lệ quá cao Khi hưhỏng là một sự chấp nhận thất bại so với sự sống C botulinum, yêu cầu đối với hưhỏng liên quan không cần phải quá nghiêm trọng Trong quyết định quá trình nhiệtđược áp dụng, một số yếu tố phải được cân nhắc.

(1) Chi phí kinh tế của một tỷ lệ nhất định hư hỏng ?(2) Chi phí xử lý bổ sung để giảm tỷ lệ hư hỏng ? (3) Sự bổ sung chế biến này có dẫn đến thiệt hại đáng kể chất lượng sản phẩm ?

Hầu hết các công ty đóng hộp có tỷ lệ hư hỏng chấp nhận được trong quá trìnhchế biến là trong 1năm khoảng 105 -106 và điều này là bình thường đạt được thôngqua 5-6 lần giảm số lượng bào tử có nguy cơ bị hư hỏng (các USFDA sử dụng như

là thước đo 6D của họ) PA3679, Clostridium sporogenes thường được sử dụng như

là một dự báo cho quá trình hư hỏng và thường có một D121 trong khoảng 1 phút.Điều này sẽ chuyển thành một quá trình với một giá trị F0 của 5-6, đủ để sản xuấtkhoảng 24-30 lần giảm số bào tử C botulinum khả thi - cũng vượt yêu cầu tối thiểucủa các quá trình nấu botulinum Một số F0 giá trị tiêu biểu được sử dụng trong đồhộp thương mại được trình bày trong bảng 4.4

vị trí chính xác của nhiệt độ thấp nhất và tốc độ chậm nhất của việc tăng nhiệt độphụ thuộc vào các đặc tính vật lý Truyền nhiệt trong thức ăn rắn như các loại thịtchủ yếu là do dẫn nhiệt, là quá trình chậm và làm nóng các điểm chậm nhất là trungtâm của các thể (Hình 4.5) Khi chất lỏng chuyển động ở thể này, sẽ làm nóngnhanh hơn bởi vì các dòng đối lưu được thiết lập và truyền nhiệt hiệu quả hơn.Trong trường hợp này, điểm nóng thấp nhất nằm trên trục trung tâm ion nhưng gần

cá điểm nóng Các điểm làm nóng thấp nhất không phải luôn luôn dễ dàng để dựđoán Nó có thể thay đổi trong quá trình chế biến sản phẩm, trong đó trải qua mộtquá trình chuyển đổi rắn_ lỏng trong quá trình làm nóng, tạo ra một đường conglàm nóng bị hỏng trong đó cho thấy một pha, của sự đối lưu làm nóng tiếp theo làmột trong những dẫn nhiệt Trong hầu hết các trường hợp làm nóng là do dẫn truyềnnhưng một số có đối lưu không dẫn truyền nhiệt tinh khiết và làm nóng các điểmthấp nhất phải bằng cách xác định thực nghiệm

Chuyển động của vật chất trong có thể cải thiện trao đổi nhiệt và sẽ giảm thờigian xử lý Điều này được khai thác trong một số loại nồi chưng đóng hộp màkhuấy trộn các hộp trong khi chế biến để thúc đẩy sự xáo trộn trong sản phẩm Giá

Bảng 4.4 Giá trị F 0 tiêu biểu của một số thực phẩm đóng hộp

trị F có thể được tính từ quá trình sử dụng nhiệt của một sản phẩm bằng cách chỉđịnh một tỷ lệ gây tử vong cho mỗi nhiệt độ trên đường cong nhiệt Tỷ lệ tử vong,

LR, ở nhiệt độ cụ thể là tỷ số giữa tỷ lệ tử vong của vi sinh vật ở đó nhiệt độ đến tỷ

lệ tử vong ở nhiệt độ gây tử vong Ví dụ, sử dụng 121oC như là nhiệt độ tham khảo:

Tỷ lệ gây chết tính theo cách này có thể được lấy từ bảng công bố nơi LR cóthể được đọc ra cho mỗi nhiệt độ (từ khoảng trên 90 oC ) và đối với một số giá trị z

Nhiệt độ

(0C)

100.0 0.001 0.002 0.005 0.008 0.012 0.017101.0 0.001 0.003 0.006 0.010 0.015 0.021102.0 0.002 0.004 0.008 0.012 0.018 0.026103.0 0.003 0.005 0.010 0.015 0.023 0.031104.0 0.004 0.007 0.013 0.019 0.028 0.038105.0 0.005 0.010 0.016 0.024 0.034 0.045110.0 0.026 0.041 0.058 0.077 0.098 0.119115.0 0.134 0.172 0.209 0.245 0.278 0.310120.0 0.694 0.727 0.753 0.774 0.793 0.808

Giá trị z