Bài giảng phụ gia thực phẩm phụ gia chống vi sinh vật ths đặng bùi khuê

1.2 Một số tính chất • Acid béo dạng trans-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in trans không bão hòa • Ức chế hiệu quả đối với sự phát triển của nấm mốc • Hoạt tính kháng vi sinh

Phụ gia chống vi sinh vật

ThS Đặng Bùi Khuê

• Selecting a food antimicrobial agent

– antimicrobial spectrum of the compound to be used– chemical and physical properties of both the

antimicrobial and the food product

– conditions of storage of the product and interactions– food must be of the highest microbiological quality initially

– the toxicological safety and regulatory status

• Benzoic Acid and Benzoates

– Benzoic acid is found naturally in apples, cinnamon, cloves, cranberries, plums, prunes, strawberries, and other berries

• Benzoic Acid and Benzoates

– stable, odorless, white granular or crystalline powder that is soluble in water

– Benzoic acid less soluble in water than sodium

benzoate

– Antimycotic agents

– Most yeasts and molds are inhibited by 20–2000µg benzoic acid per mL at pH 5.0

• Benzoic Acid and Benzoates

– One yeast that it is particularly resistant is

Zygosaccharomyces bailii: up to 0.3% sodium

benzoate (salsa mayonnaise)

– Some bacteria associated with food poisoning are inhibited by1000–2000µg/mL undissociated acid

Zygosaccharomyces bailii salsa mayonnaise

• Benzoic Acid and Benzoates

– Benzoates are most effective at pH 2.5–4.0 and

significantly lose effectiveness at pH 4.5

– The undissociated from of benzoic acid (pKa4.19) is the most effective antimicrobial agent

• Benzoic Acid and Benzoates

– destroyed the proton motive force of the cytoplasmic membrane by continuous transport of protons into the cell causing disruption of the transport system

• Benzoic Acid and Benzoates

– inhibit enzymes in bacterial cells such as those

controlling acetic acid metabolism and oxidative phosphorylation

• α-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in ketoglutarate and succinate dehydrogenases in the citric acid cycle

• lipase production by Pseudomonas fluorescens

• trimethylamine-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in N-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in oxide reductase activity of

Escherichia coli

Pseudomonas fluorescens

• Benzoic Acid and Benzoates

Byssochlamys nivea

Pichia membranefaciens Cladosporium herbarum

• Benzoic Acid and Benzoates

– carbonated and still beverages (0.03–0.05%)

– pie and pastry fillings (0.1%)

– fruit salads (0.1%), and salad dressings (0.1%)

relishes jams

jellies pie and pastry fillings

cider

• Glycine

• Hippuric acid

• Glucuronic acid

• Dimethyl dicarbonate

– colorless liquid

– slightly soluble in water

– primary target microorganisms: Saccharomyces,

Zygosaccharomyces, Rhodotorula, Candida, Pichia, Torulopsis, Torula, Endomyces, Kloeckera, and

Hansenula

(CH3–O–O–C–O–C–O–O–CH3)

Torulopsis

• Dimethyl dicarbonate

– more effective than sorbate/benzoate in controlling

aerobic plate counts

– bactericidal at 30–400µg/mL: Acetobacter

pasteurianus, E coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, several Lactobacillus species, and Pediococcus cerevisiae

Staphylococcus aureus

E coli Pseudomonas aeruginosa

Acetobacter pasteurianus

• ready-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in to-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in drink teas (<500 yeast CFU/mL) at ≤ 250 ppm

• carbonated or noncarbonated, nonjuice-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in containing (≤ 1%), flavored or unflavored beverages containing added

electrolytes at ≤ 250 ppm

• carbonated, dilute beverages containing juice, fruit flavor, or both, with juice content ≤ 50% at ≤ 250 ppm

• Propionic Acid and Propionates

– Swiss cheese: Propioni-bacterium freudenreichii ssp shermanii.

– primarily against molds

– Some yeasts and bacteria, particularly gram negative

strains

– depends upon the pH

– bread dough that causes rope formation, Bacillus

subtilis (mesentericus), was inhibited at 0.19% at pH

5.8

Bacillus subtilis Propioni-bacterium

• Propionic Acid and Propionates

– retard the growth of S aureus, Sarcina lutea, Proteus vulgaris, Lactobacillus plantarum, Torula (Candida), and Saccharomyces cerevisiae var.ellipsoideus for up

to 5 days

Lactobacillus plantarum

• Propionic Acid and Propionates

– The minimum inhibitory concentration of

undissociated propionic acid against three Bacilluss

pecies, E coli, and Staphylococcus aureus ranged from

0.13% to 0.52%

– the yeast Candida albicans, 0.29%

Candida albicans

• Propionic Acid and Propionates

– the most effective inhibitor of Salmonella serotypes Anatum, Senftenberg, and Tennessee among acetic,

adipic, citric, lactic, propionic, and tartaric acids

– The activity of propionic acid against Aspergillus and Fusarium was enhanced by the presence of EDTA

• Propionic Acid and Propionates

– sodium propionate inhibition of E coli was overcome

by the addition of β-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in alanine

– Penicillium may grow in nutrient media containing

over 5% propionic acid

– mechanism of inhibition: acidification of the cytoplasm and inhibition of an unspecified function

β-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in alanine

Penicillium

• Propionic Acid and Propionates

– flour in white bread and rolls: 0.32%– whole wheat products: 0.38%

– cheese products: 0.3%

• Phosphates

– sodium acid

pyrophosphate (SAPP) – tetrasodium

pyrophosphate (TSPP) – sodium tripolyphosphate (STPP)

– Peptization – Emulsification – nutrient supplementation – Anticaking

– antimicrobial preservation – leavening

• Phosphates

– Gram positive bacteria appear to be generally more susceptible to phosphates than gram negative bacteria– SAPP, SHMP, or polyphosphates increase the

effectiveness of the curing system (nitrite–pH–salt)

against Clostridium botulinum

Clostridium botulinum

Gram positive bacteria Gram negative bacteria

• Phosphates

– The presence of magnesium has been shown to reverse inhibition of gram positive bacteria by antimicrobial

phosphates

– chelating ability of polyphosphates was responsible for

growth inhibition of Bacillus cereus, Listeria

monocytogenes, Staphylococcus aureus, Lactobacillus and Aspergillus flavus

Listeria monocytogenes Bacillus cereus Aspergillus flavus Lactobacillus

• Phosphates

– Orthophosphates had no inhibitory activity against any

of the microorganisms and have no chelating ability

– inhibition was reduced at lower pH due to protonation

of the chelating sites on the polyphosphates

Orthophosphates chelating ability

• Phosphates

– polyphosphates inhibited gram positive bacteria and fungi by removal of essential cations from binding

sites on the cell walls

– interfere with RNA function or metabolic activities of cells

1.1 Benzoic acid và benzoate

Man việt quất Dâu tây

Nguồn gốc phụ gia

1.1 Một số tính chất của benzoic acid

1.1 Phổ kháng vi sinh vật của benzoate và benzoic acid

Vi khuẩn pH Nồng độ ức chế VSV(μg/mlg/ml ) Gram (+)

Micrococcus 5,5 – 5,6 50 -ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 100

Streptococcus 5,2 – 5,6 200 – 400

Gram (-)

Escherichia coli 5,2 – 5,6 50 – 120

Pseudomonas 6 200 – 480

1.1 Cơ chế ức chế VSV của benzoate và benzoic acid

• Phá hủy và làm giảm động lực di chuyển proton của màng tế bào chất

1.1 Liều lượng sử dụng benzoate và

benzoic acid của một số SP

0,1%

1.1 Độc tính của benzoate và benzoic

acid

• Độc tính thấp  cơ chế khử độc

– Liên kết với glycine trong gan để hình thành

hippuric acid sau đó thải qua đường nước tiểu: 66–95%

– Liên kết với glucuronic acid: phần còn lại

• Không gây đột biến + không gây ung thư

(Branen, 2009)

1.1 Một số lưu ý khi sử dụng

– Giới hạn cho từng chất 300 mg/l (sorbic acid) và

1.2 Sorbic acid và sorbate

• Sorbate: sorbic acid và muối natri, caxium và muối kali

• Nguồn gốc

Thanh lương trà Tần bì núi

1.2 Một số tính chất

• Acid béo dạng trans-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in trans không bão hòa

• Ức chế hiệu quả đối với sự phát triển của nấm mốc

• Hoạt tính kháng vi sinh vật của sorbic là cao nhất ở dạng không phân li

• Sorbate kháng sự hư hỏng vi sinh vật hiệu quả hơn Propionate và Benzoate ở cùng giá trị pH

1.2 Một số loài VSV bị ức chế

• Nấm men: Brettanomyces, Byssochlamys, Candida,

Cryptococcus, Debaryomyces, Endomycopsis,

Hansenula, Oospora, Pichia, Rhodotorula,

Saccharomyces, Schizosaccharomyces,

Sporobolomyces, Torulaspora, Torulopsis, và

Zygosaccharomyces

• Nấm mốc: Alternaria, Ascochyto, Aspergillus,

Botrytis, Cephalosporium, Fusarium, Geotrichum, Gliocladium, Helminthosporium, Humicola, Mucor, Penicillium, Phoma, Pullularia (Auerobasidium), Rhizopus, Sporotrichum, và Trichoderma

1.2 Một số loài VSV kháng lại sobate

• Zygosaccharomyces bailii: loại thải sorbic

– Pitt (1974)

– Deak and Novak (1972)

– Warth (1977)

• Saccharomyces rouxii: thích nghi

• Pennicillium roquefoti: phản ứng decacboxyl 

1,3 pentadiene (mùi kerosene)

1.2 Một số lưu ý khi sử dụng sorbate

1.2 Một số lưu ý khi sử dụng sorbate

• Ảnh hưởng của sorbate là cao nhất khi có Natri

clorua ở nồng độ 3.5%, pH< 6 và ở nhiệt độ bảo

quản thấp

• Kali Sorbate ở nồng độ 0.1% được thêm vào sò

điệp ở pH từ 6.3-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 6.5 sẽ làm tăng nhanh ở tốc độ

sản sinh độc tố Clostridium butulinum

• Chỉ sử dụng acid sorbic ở nồng độ 0.2% cho những sản phẩm thịt có pH= 6.5 sẽ không ức chế một

cách hiệu quả tế bào sinh dưỡng C.Botulinum.

1.2 Một số lưu ý khi sử dụng sorbate

• Ảnh hưởng của sorbate lên các vi sinh vật có catalase (+)

– Phillips và Mundt, 1950: actic acid bacteria và

clostridia

– Emard and Vaughn (1952): S aureus (+) ↔

Lactobacillus (-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in )

1.2 Cơ chế ức chế

• Ức chế enzyme:

– Dehydrogenases: tích lũy β-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in unsaturated fatty acid

– Sulfhydryl enzymes: nhóm thiol của cysteine

– Hoạt động cạnh tranh với Acetate trong sự hình thành Acetyl CoA

– ức chế hoạt tính làm tan huyết của Listeriolysin O

• Can thiệp vào quá trình vận chuyển xuyên màng

tế

– động lực di chuyển proton

– thế năng xuyên màng

1.2 Liều lượng sử dụng

Những sản phẩm thực phẩm Nồng độ sử dụng (%)

Những dạng sirup dành cho đồ uống 0.1

Bánh cake và kem 0.05-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 0.1

Phô mai và những sản phẩm từ phô mai 0.2-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 0.3

Cider 0.05-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 0.1

Trái cây dạng sấy khô 0.02-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 0.05

Nước quả 0.025-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 0.075

Những hỗn hợp làm đầy 0.05-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 0.1

Thực phẩm cho động vật ở dạng bán ẩm 0.1-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 0.3

Salad trộn dầu dấm 0.05-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 0.1

Salad, rau chế biến sẵn 0.05-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 0.1

Rượu vang 0.02-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 0.04

1.3 Nitrite và nitrate

• Tạo màu đặc trưng cho sản phẩm

• Tạo hương vị cho sản phẩm

• Cải thiện cấu trúc

• Hiệu quả kháng vi sinh vật

• Nitrite dùng để kháng sự phát triển của bào tử vi

khuẩn Clostridium botulinum

• Tác dụng hỗ trợ của ascorbate và isoascorbate

1.3 Cơ chế ức chế

• Qúa trình phát triển và quá trình phân bào cuả

vi khuẩn

• Những enzyme liên quan đến quá trình hô hấp

• Pseudomonas aearuginosa: vận chuyển chủ

động, sự hấp thu oxi và quá trình phosphoryl

hóa oxi hóa.Ví dụ: cytochrome oxidase

1.3 Cơ chế ức chế

• Escherichia coli: sự vận chuyển chủ động của

proline  phosphoenol-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in pyruvate

• Clostridium sporogenes và Clostridium

botulinum: sự hoạt động của hệ thống

phosphoroclastic

• Clostridium botulinum và C Pasteurianum:

enzyme chứa S, Fe (ferredoxin)

1.3 Cơ chế ức chế

• Nitric oxide là thành phần kháng vi sinh vật

chính của nitrite  Mục tiêu: pyruvate

decarboxylase

• Clostridium botulinum: enzyme oxidoreductase

+ protein chứa Fe, S, (hydrogenase)

• Clostridium: ferridoxin + pyruvate-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in ferroxin

oxidoreductase

• Perigo inhibitor: sulfhydryl và sắt

• Streptococcus faecalis và Streptococcus lactis:

không bị ức chế bởi nitrite

• vi khuẩn ưa khí: liên kết nitrite + Fe (phi hem)  enzyme cytochrome oxidase

1.4 Luật và cách sử dụng

• Luật sử dụng nitrite trong thịt muối (9 CFR 318.7)

– Cách 1: 120 ppm natri nitrite hoặc 148 ppm kali nitrite + 550 ppm sodium erythorbate hoặc isoascorbate

– Cách 2: 100 ppm sodium nitrite hoặc 123 ppm kali

nitrite + 550 ppm sodium erythorbat hoặc isoascorbate – Cách 3: Sử dụng 40-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 80 ppm natri nitrite hoặc 49-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 99

ppm kali nitrite + 550 ppm sodium erythorbate hoặc

isoascorbate + 0.7% sucrose canh trường vi khuẩn lactic (Pediococcus)

1.4 Luật và cách sử dụng

• dư lượng cực đại 200 ppm

• Lượng nitrite đầu vào:

– 2 lb/100 gal đối với dưa chua

– 1oz/100 lb (625 ppm) đối với thịt được chế biến khô

– 0.25 oz/100 lb (156 ppm) đối với thịt cắt lát

550 ppm)

• Cá bống xông khói: 100-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in 120 ppm

1.4 Độc tính

• Liều lượng gây chết nitrite ở người là 32mg/kg thể trọng

• Chứng methemoglobinemia

• Nghiên cứu của Newberne: nitrosamine

– phản ứng nitrite với những amin bậc hai + các amit

có khả năng thay thế

– tác động trực tiếp nitrite lên tế bào bách huyết

1.5 Sulfite

• Các dạng sulfite:

– potassium sulfite (K2SO3; 250, 200C)

– sodium sulfite (Na2SO3; 280, 400C)

– potassium bisulfite (KHSO3; 1000, 200C)– sodium bisulfite (NaHSO3; 3000, 200C)

– potassium metabisulfite (K2S2O5; 250, 00C)– sodium metabisulfite (NaS2O5; 540, 200C)

1.5 Sulfite

• pH: SO2 H2O ↔ HSO3-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in + H+ ↔ SO32-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in + H+

• Hoạt tính: không phân ly  pH<4

• Dạng liên kết ít có hoạt tính chống vi sinh vật:

α – hydroxysulfornate, thiol (R-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in SH) và S-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in

substituted thiosulfate (R-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in SSO3)

• phức pyruvate-ketoglutarate and succinate dehydrogenases in sulfite

• nấm men và nấm mốc ít nhạy cảm với sulfure dioxide hơn so với vi khuẩn

1.5 Sulfite

• Nồng độ ức chế của sulfur dioxide trong việc kháng lại nấm men như sau tính bằng µg/mL:

Saccharomyces, 0.1 – 20.2; Zygosaccharomyces, 7.2 – 8.7, Pichia, 0.2; Hansenula, 0.6; Candida, 0.4 – 0.6

• Saccharomyces và Torulopsis

• Sulfur dioxide có hiệu quả kháng vi sinh vật tốt hơn khi nó sử dụng một mình so với việc kết hợp

benzoate và sorbate trong việc chống lại

Saccharomyces cerevisiae Montrachet 522

1.5 Sulfite

• kết hợp sulfur dioxide với kali sorbate và butylated hydroxyanisole

• Phosphates

– polyphosphates inhibited grampositive bacteria and fungi by removal of essential cations from binding

sites on the cell walls

– interfere with RNA function or metabolic activities of cells