Công nghệ đồ hộp thực phẩm

Công nghệ đồ hộp thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ ĐỒ HỘP THỰC PHẨM



-Bài báo cáo:

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình Lớp DHTP7A

TP Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ ĐỒ HỘP THỰC PHẨM



-Bài báo cáo:

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình Lớp DHTP7A

TP Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2015

FOOD CANNIN

G

TECHNO LOGY CHAPTE

R 4

THERM OBACTE RIOLOG

Y

4 4



4.4 Đánh giá về dữ liệu kháng nhiệt

Dựa trên quan điểm thực tiễn, khái niệm về cái chết của một vi khuẩn theo như cácnhà vi khuẩn học đã tỏ ra xác đáng, đó là một con vi khuẩn sẽ chết nếu nó mất đi khảnăng sinh sản (Stumbo, 1973) Thực sự tất cả các nghiên cứu về cái chết của vi khuẩnđều dựa trên tiêu chuẩn là sự thất bại trong việc sinh sản vô tính, và với một độ ẩm haynhiệt độ nhất định, việc vi khuẩn bị giảm về số lượng như là 1 dấu hiệu cho cái chếtcủa chúng Tuy nhiên, có 1 điều quan trọng trong một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng cómột số lượng lớn các tế bào sống có thể hồi sinh các tế bào đã chết vì ảnh hưởng nhiệt

độ, và do đó các tế bào này vẫn chưa thể bị tiêu diệt Theo một số trường hợp, ta có thểphân biệt được các tế bào hay bào tử có bị hủy hoại hay không Điều này dựa trên việcđánh giá số lượng của chúng trước và sau khi chúng tái sinh

Vậy làm sao để thu được các kết quả chính xác bằng những phương pháp thông dụng.Nếu số lượng tồn tại của vi khuẩn dựa trên trạng thái thời gian hoặc nhiệt độ nhất định

là N, và tổng số lượng vi khuẩn ban đầu khi thực nghiệm là N0, nếu N nhỏ hơn N0, đã

có sự suy giảm số lượng Còn trong một số trường hợp, sau 1 khoảng thời gian ngắn,

N lại lớn hơn N0, biểu hiện cho sự tăng lên về số lượng Sự suy giảm dựa trên so sánhgiữa N và N0 thông thường sẽ thể hiện số lượng vi khuẩn bị chết hoặc bị tiêu diệt.Nhưng nó không hoàn toàn chính xác Số lượng những con tồn tại được phát hiện cònphải phụ thuộc vào cách đếm số lượng, dung môi khi đếm, thời gian và nhiệt độ sinhsản của chúng

Cho đến khi N không phải bằng 0, kết quả có thể được thể hiện qua N/N0 hoặc tỉ lệphần trăm tồn tại là N /N0 x 100 Sẽ dễ hơn nếu ta tính số lượng dựa trên nồng độ hoặccác chất không được sử dụng Nếu C và C0 là nồng độ ban đầu và nồng độ cuối, thì N/N0 hoặc C/C0 sẽ biểu hiện cho sự kháng nhiệt Ngoài ra, ta cũng có thể biết được hiệusuất của quá trình thí nghiệm Nếu coi hiệu suất là E, nó sẽ được tính dựa trên logaritcủa chênh lệch tỉ lệ tồn tại như sau:

E=log(N0

N )=log N0−log N (4.1)

C )=logC0−logC (4.2)

Số lượng tồn tại của vi khuẩn càng lớn, hiệu suất càng thấp, và ngược lại Ví dụN0=106 và N=104 thì E=6-4=2 Nếu N = 102 thì E=6-2=4 Cần chú ý đến dung môi,trong đó bào tử và vi khuẩn được xử lý nhiệt, ảnh hưởng đến kết quả và vì thế phải lựachọn cẩn thận

Tuy nhiên, 20 năm nữa sẽ trôi qua trước thời gian giảm thiểu thập phân (trị số value), đó là một tham số có nguồn gốc từ các đồ thị sống của vi sinh vật và bây giờ làmột công cụ phổ biến cho các đặc tính kháng nhiệt của vi sinh vật đối với các quá trình

D-xử lý nhiệt, hoặc có thể, của bất kỳ quá trình tiêu diệt vi khuẩn nào (ví dụ, thuốc khửtrùng, bức xạ ion hóa, vv)

Mở rộng các trục tung theo cách này đều dựa trên cơ sở lý thuyết là đồ thị sống sẽ kếtthúc ở các điểm thử nghiệm cuối cùng, mặc dù nó có thể được mở rộng bằng cách

khác như ngoại suy hoặc thậm chí nếu dữ liệu có phức tạp hơn, chẳng hạn như, bằngcách tăng N0, liệt kê một số lượng rất thấp các phần tử sống sót (N) (ie., <30).

Hình 4.2 Đố thị sống của vi khuẩn

Nên nhớ rằng những phương pháp đếm số lượng đều có yêu cầu là đếm các khối vikhuẩn hình thành trên các chất rắn, nếu số lượng này nhỏ hơn 300, độ chính xác khithống kê sẽ không được cao Dựa vào các dung môi hoặc ống được sử dụng, phươngpháp MPN có thể xác định số phần tử sống với sai số <1 đối với mỗi dung dịch

4.4.1.2 Thời gian giảm thiểu thập phân

Vì sự tiêu hủy của vi sinh vật là hàm logarit, do đó ta có thể xem xét số liệu 1 cáchchuẩn xác hoặc dự đoán được sai số nếu có Đến đây nó có thể được mô tả bằng toánhọc theo cách tương tự như một phản ứng hóa học bậc một của đơn phân tử hoặclưỡng phân tử trong đó một chất sẽ có tỷ lệ phân hủy tỷ lệ thuận với nồng độ của nó.Trong phản ứng hóa học bậc một giữa hai phân tử, một chất phản ứng ở trong điềukiện lí tưởng, sự thay đổi trong nồng độ của nó là không đáng kể, và tỷ lệ phân hủycủa các chất phản ứng thứ hai là tỷ lệ thuận với nồng độ của nó Nó được thể hiện quaphép tính

Bằng cách nội kết hợp, nồng độ C1 ở thời gian t1 và nồng độ C2 ở thời gian t2 sẽ nhưsau:

đồ thị tuyến tính được tính như sau:

và thay thế vào phương trình tổng quát cho một đường thẳng :

D đặc trưng cho khả năng chịu nhiệt của vi sinh vật ở một nhiệt độ cụ thể nào đó vàthời gian là biến số duy nhất Giá trị của D càng cao độ chịu nhiệt của vi sinh vật càngcao, vậy ta cũng có thể so sánh dc độ chịu nhiệt của cùng hoặc nhiều loại vi sinh vậttrong cùng hoặc nhiều khoảng thời gian khác nhau

đã được đề xuất (Cerf et al, 1988) cho việc phát triển một phương trình cho đồ thị sốngphi tuyến trong đó chỉ có phần tương ứng với số lượng thấp nhất của những phần tửsống sót mới được đưa vào xem xét Các phương trình thu được có dạng như sau:

trong đó a là hoành độ xuất phát từ phần tuyến tính cuối cùng của đồ thị

Chừng nào mà các phương pháp thí nghiệm vẫn còn hiệu quả, thì kết quả thu được vẫn

có thể được tính lại Và với sự đồng bộ của nhiều loại vi sinh vật, ta có thể giả địnhcho sự tuyến tính Nếu đồ thị phi tuyến gặp phải sự xung đột, có thể đã có một sự dịchchuyển trong quá trình thí nghiệm, và nên tìm hiểu nó ngay trước có kết luận cuốicùng

Đồ thị phi tuyến có hai hoặc nhiều phân đoạn tuyến tính với phần lõm của đồ thị, nóthể hiện cho những nhóm vi sinh phân biệt lẫn nhau qua thời gian giảm thiểu thậpphân, sự hình thành các nhóm nhỏ trong quá trình xử lý nhiệt, môi trường không thíchnghi với vi sinh vật bị tổn hại, hoặc có thể thay đổi sức chịu nhiệt của chúng trong quátrình thực nghiệm Khi độ lệch thấp hơn so với số lượng bào tử dự kiến lúc đầu hoặckhi có một sự tăng lên bất thường trong suốt quá trình xử lý nhiệt đầu tiên, rất có thể

sự kích hoạt nhiệt độ vẫn chưa đủ Sự hiện diện của phần lồi (tương ứng với sự khôngsuy giảm) trong suốt thời gian gia nhiệt ban đầu có thể chỉ ra sự kích hoạt nhiệt không

đủ (trong trường hợp của các bào tử), sự xuất hiện các nhóm vi sinh nhỏ ngay từ lúcđầu, hoặc một sự thay đổi nhiệt kháng trong quá trình xử lý nhiệt

Có những báo cáo cho rằng các đồ thị sống của tế bào vi khuẩn thực vật có thể đượcthay đổi đáng kể khi các tế bào đó chịu ứng suất nhiệt trước khi xử lý nhiệt Trongtrường hợp như vậy, có khả năng lớn là sự tổng hợp protein đã bị thay đổi (Archer,1988) Do đó, đồ thị sẽ hiển thị một điểm lồi ngay lúc đầu cũng như trị số D sẽ tăngđáng kể

Bởi vì độ lệch tuyến tính có thể dẫn đến sai sót trong tính toán của một quá trình xử lýnhiệt, nhiều công nhân và kĩ sư đã cố gắng để xác định số lượng suy giảm bằng toánhọc sao cho phù hợp với tính chất của đồ thị Sai lệch thường gặp với các tế bào thựcvật hơn là các bào tử Một cách tiếp cận mới mẻ và có hiệu quả đã được đề xuất bởiCasadei và Gaze (1994), trong đó thì phương trình Gompertz cộng với một số phéplogic học có thể tạo ra những đồ thị với độ suy giảm tuyến tính gần giống với đồ thị

của vi khuẩn Listeria monocytogenes ở trong những điều kiện nhất định Một vấn đề

với cách tiếp cận này đó là nó có xu hướng ứng dụng từng trường hợp cụ thể Cần cókhối lượng công việc nhiều hơn một cách đáng kế để xác định nguyên nhân của những

độ sai lệch và làm thế nào họ có thể dự đoán để các mối liên hệ toán học thích hợp cóthể được thiết lập và đảm bảo rằng nó có thể được áp dụng trong những điều kiện sảnxuất thông thường

4.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Thời gian giảm thiểu thập phân là một phần của quá trình xử lý nhiệt ở một nhiệt độnhất định Quan sát bằng thực nghiệm cho thấy rằng trị số D lệ nghịch với nhiệt độ vàmối quan hệ giữa chúng là tuyến tính Trong trường hợp này, việc giảm thiểu thậpphân xuất phát từ tương quan đối nghịch trong độ chênh lệch của đường thẳng tốt nhất

và được thể hiện bởi kí hiệu z mối quan hệ này sẽ được thảo luận chi tiết ở mục “đồthị TDT”

Trong đó D1 và D2 là trị số D thu được từ những khoảng thời gian T1 và T2 tương ứngVậy nếu Dref tương ứng với Tref thì ta có:

Và dưới đây là hình minh họa, trong đó D là trị số thể hiện thời gian giảm thập phân, z

là nhiệt độ tương ứng với sự thay đổi trong thời gian giảm thập phân

4.4.3 Ảnh hưởng của các yếu tố khác ngoài nhiệt độ

Ảnh hưởng của dung môi làm nóng đến vấn đề động học của quá trình tiêu diệt vi sinhbằng nhiệt vẫn chưa chỉ ra được sự tổng hợp liệu có tác động nhiều tới thời gian giảmthiểu thập phân hay không Trong thực tế chỉ có hoạt động của nước và độ chua (pH)mới có tác động đáng kể Khả năng chịu nhiệt của vi sinh vật có thể đạt mức tối ưutrong môi trường PH trung bình

4.4.4 Ứng dụng của thông số đồ thị sống đối với các phản ứng hóa học

Gia tốc xử lý nhiệt và tiến hành phản ứng hóa học để tiêu diệt vi khuẩn là điều cầnthiết đối với các enzym, nhưng lại có thể tác động không tốt tới các vitamin Để sosánh hiệu suất xử lý nhiệt trong việc tiêu diệt các vi sinh vật, thì các trị số D và z cầnphải được sử dụng

Bảng 4.2 Sức kháng nhiệt của enzymes ảnh hưởng đến chất lượng của đồ hộp

Log của (C/C0) thể hiện tỷ lệ của nồng độ sau quá trình xử lý nhiệt so với nồng độ banđầu, nó được vẽ trong biểu đồ cùng với các trị số thời gian, tạo nên đồ thị hủy diệt (đồthị thể hiện cho quá trình tiêu diệt vi khuẩn) Đối với sự bất hoạt nhiệt của enzyme(Svensson, 1977), thực tế cho rằng, trong một điều kiện thực nghiệm nhất định, tốc độcủa một phản ứng xúc tác tỷ lệ thuận với nồng độ của các phân tử enzyme chức năngđược sử dụng Nhiệt độ ở một mức nhất định có thể làm biến tính enzymes và làm chochúng không hoạt động được, do đó tỉ lệ A/A0 (với A0 là hoạt tính lúc đầu khi chuẩn bị

enzymes, và A là hoạt tính trong thời gian nhiệt phân) về một mặt nào đó sẽ tươngđương với tỉ lệ C/C0 và cùng theo một quy luật logarithm chung Khi đồ thị trở nêntuyến tính, nó có thể được đặc trưng bởi tham số D, đó là thời gian gia nhiệt cần thiết

để tiêu diệt 90% nồng độ ban đầu (hoặc hoạt tính, trong trường hợp của các enzym) ởmột nhiệt độ nhất định Nếu có một mối liên hệ tuyến tính tồn tại giữa log D và nhiệt

độ, thì tác dụng của nhiệt độ có thể được đặc trưng bởi thông số z

Tuy nhiên, điều trên chỉ đúng trong khoảng nhiệt độ từ 200 – 3000C khi mối liên hệtuyến tính gần giống với đồ thị trên lý thuyết (tức là, có tính đến độ chính xác của kếtquả thử nghiệm, đặc biệt là trong trường hợp các enzyme) và cho phép sử dụng tham

số z Do đó, chỉ trong những điều kiện nhất định, sức kháng nhiệt của các phân tử hóachất (đặc biệt là vitamin và enzyme) đối với quá trình nhiệt tiêu có thể được thể hiệnqua 2 trị số D và z (Bảng 4.2), ngoài ra điều này còn cho phép dự đoán về tác động củaquá trình khử trùng bằng nhiệt Công trình tham khảo trong lĩnh vực này đó là về sựhủy diệt thiamine trong thịt (Stumbo, 1973)

4.4.5 Thời gian nhiệt tiêu (TDT)

Thời gian nhiệt tiêu (TDT-hay nói cách khác là thời gian tiêu diệt một loại vi khuẩn nào đó trong một nhiệt độ nhất định nào đó) tạo ra một khái niệm quan

trọng cho yêu cầu mô tả định lượng về tác động của nhiệt độ đối với hiệu suất của quátrình xử lý nhiệt và khả năng ứng dụng trong công nghiệp của nó để đóng hộp thựcphẩm

Các đồ thị TDT, có thể thấy, ngoài tầm quan trọng lịch sử của nó, ngày nay vẫn đượccoi một phương pháp tiện lợi để mô tả sự kháng nhiệt của các chủng vi sinh vật mớihoặc xác minh tính hợp lệ của các tính toán xuất phát từ những đồ thị sống Theo mộtcách truyền thống, TDT được đặc trưng bởi biến số z, tương ứng với nhiệt độ (độ Fhoặc C) để cho các đồ thị TDT đi qua một chu kỳ log, với các biện pháp thay đổi trongthời gian nhiệt tiêu hoặc tỷ lệ tiêu diệt vi khuẩn theo thay đổi của nhiệt độ Nếu hàmlogarit thể hiện cho quá trình tiêu diệt vi khuẩn bằng nhiệt độ, thì rõ rang là không thểtồn tại giá trị zero được, ta chỉ có thể cố gắng tiệm cận được tới giá trị đó

Hình 4.4 Hình trên chỉ ra 1 trường hợp lí tưởng, đó là có 1 đường chéo vắt ngang chia không gian làm 2 vùng, 1 vùng chỉ có dấu + và 1 vùng chỉ có dấu -; dấu + thể hiện cho việc có thêm một hoặc nhiều phần tử sống; dấu – thể hiện cho việc không có phần tử nào tồn tại; z là khoảng nhiệt độ thay đổi của đồ thị TDT nhân lên theo hệ 10

Dữ liệu cấu trúc của đồ thị TDT xuất phát từ 2 phương pháp Một được sử dụng để tạo

ra các đồ thị sống trong đó số lượng thực tế của các vi sinh vật còn sống sót được xácđịnh cho từng nhiệt độ / thời gian theo trình tự Trong trường hợp này tập hợp các giá

trị D thu được cho mỗi nhiệt độ được vẽ đối xứng với nhiệt độ, tạo ra một đồ thị

phantom TDT Cách thứ 2 bao gồm môi trường mà vi sinh vật có thể sống được hoặc

không Cách này có thể dùng ống tiêm, hộp hay ống được đánh dấu, ủ vi sinh vật vào

đó theo một trình tự thời gian/nhiệt độ nhất đinh, sau đó ta sẽ xem xét sự sinh trưởng

và phát triển của chúng Nếu chúng không phát triển hay lớn lên được, vậy có thể suyluận chúng không thể tồn tại

Như vậy với phương pháp này thì TDT sẽ được xác định bằng đồ thị, chứ không phảiđược xác định trực tiếp từ kết quả thực nghiệm Tuy nhiên, có nhiều trường hợp, vị trícủa đồ thị TDT sẽ trở nên phức tạp nếu có những vùng có cả dấu + lẫn dấu -, ví dụ nhưhình dưới đây

Hình 4.5 Hai khu đầu tiên được phân biêt bởi các đường thẳng nhạt hơn là đường chéo chính Đường chéo chính đại diện cho xác suất cao nhất mà số phần

tử còn sống và bằng 1 (Horvak, 1981)

Đã có nhiều nỗ lực trong việc giải quyết các vấn đề cho việc xây dựng đồ thị TDT màkhông tìm thấy một giải pháp thực sự thỏa đáng Một bài thuyết trình hoàn chỉnh vềviệc này đã được xây dựng bởi Ball và Olson (1957) Ngoài ra, còn một phương phápkhả thi nữa được giới thiệu bởi NFPA (1980)

Khi sử dụng các dụng cụ để kiểm tra TDT, số lượng ban đầu của tế bào vi sinh vậthoặc bào tử trong mỗi đơn vị kiểm tra phải giống nhau Vì tất cả các dụng cụ thínghiệm đều phải được cấy trước khi tiếp xúc với nhiệt Do đó ta có thể điều chỉnhđược khoảng thời gian nhiệt phân bị trễ trong khi quan sát

Sau khi hiệu chỉnh thời gian trễ, một dây chuyền thử nghiệm có thể được thực hiện

Do đó ta có thể xác định được thời gian hủy diệt cũng như thời gian sống của vsv thêmmột lần nữa Điều này có thể được mô tả ở hình vẽ bên trên với đường thẳng đậm nhất

ở trên hình Trung bình nghịch đảo của hai phần dốc được thể hiện qua giá trị z trongthời điểm các vi sinh vật bị dung môi đun nóng

Một biến sẽ được sử dụng nhờ vào thời gian hủy diệt hoặc tồn tại của vsv để xác địnhtrị số D cho từng nhiệt độ Ví dụ, cho các lọ thí nghiệm TDT, mỗi lọ chứa 10000 bào

ra và ủ ở nhiệt độ cũng như thời gian thích hợp Thực tế cho thấy rằng, sau 45 phútđun nóng và quan sát, 3 lọ sẽ có dấu hiệu cho sự phát triển của vsv, còn 3 lọ thì không

có dấu hiệu nào (thời gian trễ được điều chỉnh ở đây được xác định là 1,9 phút) Cònsau khoảng 60 phút đun nóng thì cả 6 lọ đều không có dấu hiệu cho sự tồn tại (thế nàythì chết sạch rồi ^_^)

Bằng cách thay thế các gía trị vào phương trình 4.3 ở trên thì ta có

D 235 = 45/ log (6 x 10,000) - log 3 = 45/(4.78 - 0.48) = 10.47

4.4.5.2 Mô tả về đồ thị TDT

Như đã nói, các đồ thị TDT thường mang tính chất tuyến tính và đặc trưng bởi kí hiệu

z, được tính bằng nghịch đảo của độ chênh lệch Phương trình tổng quát của đồ thịTDT nếu một đường thẳng đi qua hai điểm có thể được viết như sau:

Trong đó (TDT)1 và (TDT)2 là giá trị TDT tương ứng với thời gian T1 và T2

Đồ thị TDT cũng có thể giống như một đường thẳng chạy ngang 1 điểm bất kỳ Nếuvậy ta cần phải có một nhiệt độ Tref mà khi đó TDT sẽ có giá trị là TDTref khi đó thì ta

có phương trình 4.6 như dưới đây: