Khảo sát ô nhiễm vi sinh vật và ảnh hưởng của trường xung điện tới khả năng sống sót của vi sinh vật trong nước mía đường phố

LỜI CẢM ƠN 5 TÓM TẮT LUẬN VĂN 6 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 8 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN 9 MỞ ĐẦU 10 PHẦN 1: TỔNG QUAN 12 1.Tổng quan về nước mía 12 1.1 Nước mía tươi – thức uống giải khát bổ dưỡng 12 1.2 Các nghiên cứu về sản phẩm nước mía trên thế giới 12 1.3 Các nghiên cứu về sản phẩm nước mía ở Việt Nam 13 1.4 Tình trạng ô nhiễm của sản phẩm nước mía đường phố tại Việt Nam 13 2. Tổng quan về xung điện trường (PEF) 15 2.1 Lịch sử của xung điện trường 15 2.2 Kĩ thuật xung điện trường: 16 2.3 Cơ chế của phương pháp PEF 17 2.4. Các yếu tố của trường xung điện ảnh hưởng đến khả năng tiêu diệt vi sinh vật 19

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Đề tài: Khảo sát ô nhiễm vi sinh vật và ảnh hưởng của trường xung điện tới khả năng sống sót của vi sinh vật trong nước mía đường phố

Sinh viên: Vũ Phương Thảo

MSSV: 20113332

Hà Nội 12/2015

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 5

TÓM TẮT LUẬN VĂN 6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 8

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN 9

MỞ ĐẦU 10

PHẦN 1: TỔNG QUAN 12

1.Tổng quan về nước mía 12

1.1 Nước mía tươi – thức uống giải khát bổ dưỡng 12

1.2 Các nghiên cứu về sản phẩm nước mía trên thế giới 12

1.3 Các nghiên cứu về sản phẩm nước mía ở Việt Nam 13

1.4 Tình trạng ô nhiễm của sản phẩm nước mía đường phố tại Việt Nam 13

2 Tổng quan về xung điện trường (PEF) 15

2.1 Lịch sử của xung điện trường 15

2.2 Kĩ thuật xung điện trường: 16

2.3 Cơ chế của phương pháp PEF 17

2.4 Các yếu tố của trường xung điện ảnh hưởng đến khả năng tiêu diệt vi sinh vật 19

2.5 Ứng dụng của phương pháp xung điện trường trong chế biến sản phẩm

thực phẩm 21

PHẦN 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

1.Đối tượng và vật liệu nghiên cứu: 27

1.1 Đối tượng nghiên cứu: 27

1.2 Vật liệu nghiên cứu 27

2 Phương pháp nghiên cứu: 30

2.1 Lấy mẫu: 30

2.2 Phương pháp khảo sát ô nhiễm vi sinh trong nước mía 30

2.3 Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của xung điện trường đến sự sống sót của VSV trong nước mía 36

PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

1.Khảo sát ô nhiễm vi sinh vật của nước mía đường phố 38

2 Ảnh hưởng của xung điện tới khả năng sống sót của VSV trong nước mía đường phố 40

2.1 Ảnh hưởng của thời gian xung điện tới khả năng sống sót của VSV 40

2.2 Ảnh hưởng của cường độ điện trường đến khả năng sống sót của VSV 45

2.3 Ảnh hưởng của tần xuất xung đến sự sống sót của VSV 49

KẾT LUẬN 53

KIẾN NGHỊ 54 TÀI LIÊU THAM KHẢO 55

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS Vũ Thu Trang – Bộ môn công nghệ Thực phẩm – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tin tưởng giao đề tài, tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu giúp em trong suốt quá trình

thực hiện và hoàn thành luận văn

Em xin cảm ơn TS Nguyễn Đức Trung của Bộ môn Quá trình và thiết bị đã hỗ trợ em suốt quá trình làm nghiên cứu

Em xin cảm ơn bạn Nguyễn Mạnh Hưng lớp Kỹ thuật thực phẩm 2 – K57 đã giúp đỡ và

hỗ trợ em trong quá trình làm nghiên cứu

Những lời cảm ơn sau cùng em xin dành cho bố mẹ, gia đình và bạn bè đã hết lòng quan tâm và tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 22 tháng 12 năm 2015

Vũ Phương Thảo

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Nước mía là thức uống giải khát được sử dụng chủ yếu vào mùa hè –thu, nó được bàybán tại các quán xá ngay ven đường, cùng với mùi thơm đặc trưng , vị ngọt rất hấp dẫnnên đây là thức uống rất được ưa chuộng trong mùa hè-thu này Các quán bán nước míahay quảng cáo là “ nước mía sạch” nhưng thực chất nó có sạch không Bài luận văn này

đã khảo sát tình trạng ô nhiễm vi sinh vật trong nước mía đường phố và kết quả cho thấytất cả các mẫu nước mía khảo sát đều bị ô nhiễm vi sinh vật, có giới hạn ô nhiễm vượtquá tiêu chuẩn cho phép của bộ y tế

Xung điện trường được biết đến từ lâu trên thế giới, ở Việt Nam đã có một đề tài nghiên

cứu về “Ảnh hưởng của trường xung điện đến khả năng sống sót của vi khuẩn trong

sữa”, đây là tiền đề để chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của trường xung điện trên sản

phẩm nước mía Bài luận văn đã nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ điện trường, thờigian tác dụng xung điện và tần xuất xung điện đến sự sống sót của VSV và men mốctrong sản phẩm nước mía Kết quả nghiên cứu cho thấy VSV và men mốc bị tiêu diệt ởxung điện trường thấp Thời gian để tiêu diệt hết VSV tổng số trong nước mía tại cáccường độ điện trường 55 V/cm, 27.5 V/cm, 25 V/cm lần lượt là 45s, 280s, 540s Thờigian để tiêu diệt hết men mốc trong nước mía tại các cường độ điện trường 55V/cm,27.5V/cm, 25V/cm lần lượt là 30s, 240s, 420s Việc xung điện trường có khả năng tiêudiệt VSV và men mốc giúp kéo dài thời gian bảo quản cho sản phẩm nước mía đây sẽ làmột tiền đề để phát triển cho sản phẩm nước mía đóng chai thanh trùng ở quy mô côngnghiệp trong tương lai

4 Hình 2.1 Mô hình thực tế bộ xung điện 28

5 Hình 2.2 Mô hình cấu tạo bộ xung điện 28

6 Hình 2.3 Sơ đồ khảo sát ô nhiễm vi sinh trong nước mía 31

7 Hình2.4 Sơ đồ tiến trình thí nghiệm xung điện 36

8 Hình 3.1 Ảnh hưởng của thời gian xung điện tới khả năng sống sót

11 Hình3.4 Ảnh hưởng của cường độ điện trường đến khả năng sống

sót của VSV trong nước mía

46

12 Hình3.5 Ảnh hưởng của cường độ điện trường đến khả năng sống

sót của men mốc trong nước mía

5 Bảng 3.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu vi sinh vật các mẫu nước

mía đường phố

38

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

TVSVHK Tổng vi sinh vật hiếu khí

YGC Yeast Glucose Chloramphenicol

MỞ ĐẦU

Việt Nam là đất nước nhiệt đới nóng ẩm, quanh năm đa phần là nắng nóng nên rất phổbiến với các loại nước giải khát Đặc biệt mùa hè một thức uống thơm ngon, bổ dưỡngđược bán khắp các đường phố, vỉa hè đó là “nước mía” Chỉ với từ 7.000-10.000đ bạn sẽ

có một cốc nước mía mát lạnh để giải khát ngày hè Giá cả của nước mía phải chăng nên

nó được tiêu thụ tốt Một vấn đề đặt ra, nước mía là thức uống bổ dưỡng nên đây là môitrường thuận lợi để vi sinh vật tồn tại và phát triển, cộng với việc nước mía được bày bán

ở ngoài đường nên có nguy cơ cao nhiễm vi sinh vật Vì vậy để đánh giá mức độ ô nhiễm

vi sinh vật của nước mia em đã khảo sát 25 mẫu nước mía bán ở các quán ở các quậnHoàng Mai và Hai Bà Trưng

Hòa nhịp cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật ngành công nghệ thựcphẩm cũng đang hướng tới phát triển những ứng dụng của kỹ thuật hiện đại trong sảnxuất thực phẩm Hiện nay, có ba kỹ thuật hiện đại đang được ứng dụng trong sản xuấtthực phẩm đó là: kỹ thuật trường xung điện, kỹ thuật áp suất cao và kỹ thuật siêu âm.Trong đó kỹ thuật xung điện trường đang được quan tâm khá nhiều bởi những ưu điểmcủa kỹ thuật này hoàn toàn phù hợp với xu hướng của thị trường người tiêu dùng thựcphẩm Xung điện trường PEF là một phương pháp phi nhiệt bảo quản thực phẩm có sửdụng xung điện thời gian ngắn làm cho vi khuẩn bất hoạt và gây ảnh hưởng bất lợi ở mứctối thiểu tới chất lượng và các thuộc tính của thực phẩm Phương pháp xung điện trườngPEF có khả năng tiêu diệt vi sinh vật nên nhóm nghiên cứu muốn áp dụng xung điệntrường cho sản phẩm nước mía, khảo sát sau quá trình xung điện lượng vi sinh vật sốngsót, các yếu tố của quá trình xung ảnh hưởng đến lượng vi sinh vật trong nước mía

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm ở điều kiện xung điện trường thấp , mục tiêukhông chỉ dừng lại chỉ áp dụng cho sản phẩm nước mía đường phố mà nhóm nghiên cứumong muốn phương pháp xung điện trường này có thể áp dụng cho sản phẩm nước míanói chung, nước mía sau khi xử lý xung điện có thể áp dụng vào việc đóng chai sử dụngcho phạm vi nhỏ, hay mở rộng ra hơn nữa là ứng dụng xung điện trường để sản xuất quy

mô công nghiệp với sản phẩm nước mía đóng chai để người tiêu dùng có thể sử dụng sảnphẩm nước mía bốn mùa trong năm không phải chỉ có thể sử dụng nước mía trong giai

đoạn mùa hè –thu nữa Vì vậy chúng tôi thực hiện luận văn “ Khảo sát ô nhiễm vi sinh

vật và nghiên cứu ảnh hưởng của xung điện trường tới khả năng sống sót của vi sinh vật trong nước mía đường phố” với các nội dung nghiên cứu sau :

- Khảo sát tình trạng ô nhiễm vi sinh vật của các mẫu nước mía thu thập trên dịa bànthành phố Hà Nội, từ đó đánh giá mức độ ô nhiễm vi sinh vật của sản phẩm nướcmía đường phố

- Ảnh hưởng của xung điện trường tới khả năng sống sót của VSV trong nước míađường phố

+ Ảnh hưởng của thời gian xung điện đến khả năng sống sót của VSV trong nướcmía đường phố

+ Ảnh hưởng của cường độ xung điện đến khả năng sống sót của VSV trong nướcmía đường phố

+ Ảnh hưởng của tần xuất xung đến khả năng sống sót của VSV trong nước míađường phố

PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.Tổng quan về nước mía

1.1 Nước mía tươi – thức uống giải khát bổ dưỡng

Nước mía là một loại nước giải khát khá phổ biến ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là ởnhững nước trồng mía như Cu ba, Ấn Độ, Brazin, Thái Lan, Trung Quốc Nước mía đượcsản xuất ở các nước chủ yếu do nhu cầu giải khát của người dan ở vùng trồng mía nhưmột loại nước uống dinh dưỡng cho những người lao động trên cánh đồng thay vì phảinhai cấy mía vừa gây hiện tượng rát lưỡi vừa mất thời gian làm việc Người dân dùng cácmáy ép trục quay tay hoặc chạy bằng động cơ để thu nhận nước mía Sau đó, tùy theokhẩu vị, người ta pha loãng để giảm độ ngọt bằng cách cho thêm nước sạch, nước đáhoặc một số loại nước ép trái cây nhờ đó đã tạo ra một loại nước uống vừa rẻ tiền, vừadinh dưỡng, góp phần khôi phục nhanh sức khỏe trong quá trình chặt mía rất nặng nhọctrên đồng ruộng Nước mía không thuần túy chỉ là dung dịch nước đường mà thực sự làloại nước giải khát vì thành phần hóa học phong phú của nó Trong nước mía, ngoàiđường sacaro và một lượng đường khử còn có rất nhiều khoáng chất như sắt, magie, phốtpho, canxi, và các axit hữu cơ như axit malic, axit sucxinic, axit acotinic, amino axit,vitamin, vv Với thành phần dinh dưỡng như đã nêu trên, các nghiên cứu khoa học đãkhẳng định nước mía tươi là loại nước giải khát có nguồn gốc tự nhiên tương tự như nước

ép trái cây, rất có lợi cho sức khỏe ( trừ người bị tiểu đường và người bị bệnh béo phì ).Nước mía tươi còn được bổ sung thêm hương liệu như hương cam, chanh và gừng đểtăng tính hấp dẫn cuẩn phẩm [5]

Nước mía tươi dùng để giải khát đang rất phổ biến ở các nước trên thế giới trong đó cóViệt Nam Nước mía tươi thu được bằng cách: cây mía làm sạch, tước vỏ ngoài và épbằng các máy ép trục quay tay hoặc chạy điện Nước mía thu được sau khi ép được lọc sơ

bộ để loại bỏ xác bã mía, được làm mát bằng máy lạnh hoặc cho thêm nước đá và đưa điphục vụ khách hàng uống liền Nước mía là nước giải khát rất được ưa chuộng, khác hẳnnước pha bằng đường sacaro (đường kính), nước mía tươi có màu ngà, có hương vị thơmngon, vừa là nước giải khát tốt, vừa có giá trị dinh dưỡng cao

1.2 Các nghiên cứu về sản phẩm nước mía trên thế giới

- Để giải quyết vấn đề sản xuất nước mía tươi giải khát, các nước như Mỹ, Brazinngười ta đã chế tạo nhiều loại máy nhỏ nhưng hiện đại, có kiểu dáng công nghiệp

và chất lượng cao, chạy bằng động cơ và bằng chất liệu đảm bảo an toàn vệ sinhthực phẩm

- Tập trung nghiên cứu vào việc nghiên cứu công nghệ sản xuất đường thô vàđường tinh chế Thí dụ:

+ Nghiên cứu về sự ảnh hưởng của độ axit và enzym đến sự chuyển hóa đườngtrong cây mía

+ Nghiên cứu công nghệ ép, công nghệ làm sạch, công nghệ làm trong, lọc, côđặc, kết tinh đường để phục vụ cho các nhà máy sản xuất đường

- Nghiên cứu xung quanh vấn đề nước giải khát:

+ Nghiên cứu của Buchli (2010) về sự biến màu của nước mía do enzympolyphenol oxydase

+ Nghiên cứu của Shimizu Junichi và cộng sự (2009-2011) về sản phẩm nước mía

ở dạng bột pha sẵn bằng cách phối trộn nước mía đã có bổ sung hương chanh hoặcgừng với palatinose sau đó đem đi sấy phun hoặc sấy lạnh đông nhưng sản phẩmbột nước mía pha ra không có mùi vị của nước mía tươi

+ Nghiên cứu của Stern Robert và cộng sự (2008-2011) về công nghệ sản xuất bộtnước mía Sản phẩm bột nước mía được chế biến bằng cách hòa trộn nước míatươi với nước trái cây khấc như nước táo, nước cam,… sau đó có bổ sung mật onghoặc siro ngô có DE = 45 hoặc thấp hơn và cuối cùng toàn bộ hỗn hợp được sấylại Tuy nhiên, nhược điểm rất lớn của quá trình này đó là chi phí giá thành choquá trình sấy lạnh quá cao.[5]

1.3 Các nghiên cứu về sản phẩm nước mía ở Việt Nam

- Nghiên cứu công nghệ sản xuất nước mía giải khát từ cây mía tím tỉnh Hòa Bình( 2013-2014 )

1.4 Tình trạng ô nhiễm của sản phẩm nước mía đường phố tại Việt Nam

Nước mía hiện nay thường được bán trên hè phố có nguy cơ không đảm bảo an toàn vệsinh thực phẩm do:

- Môi trường trên đường phố bị ô nhiễm

- Thiết bị, máy móc chế biến và dụng cụ pha chế nước mía chưa được vệ sinh đúngcách

- Côn trùng, ruồi, muỗi trên đường phố là những tác nhân truyền bệnh, chúng đậuvào mía tươi đã được cạo vỏ làm VSV nhiễm vào cây mía đó; đồng thời vi sinhvật từ môi trường xâm nhiễm vào máy móc, dụng cụ từ người phục vụ làm nướcmía tươi dễ bị nhiễm độc.

- Rác thải từ các nhà hàng nước mía tươi thường gây ô nhiêm môi trường rất nhiều

và cũng là nơi khu trú của nhiều loại côn trùng như ruồi, nhặng truyền bệnh dịch

- Do nước và nước đá: Không có đủ nước sạch đầy đủ để chế biến và rửa dụng cụ,máy móc Sử dụng nước không đảm bảo để làm đá Bảo quản và vận chuyển đátrong các dụng cụ không đảm bảo vệ sinh Dụng cụ để chặt, đập đá không đảmbảo

- Do người chế biến, bán hàng: Người bán hàng thiếu kiến thức và ý thức nên vẫnbán hàng khi bị bệnh, chưa vệ sinh tay trước khi xay mía cho khách hàng, … làmlây nhiễm vào nước mía

Hiện nay sản phẩm nước mía đường phố chưa được kiểm soát chặt chẽ về vấn đề vệ sinh

an toàn thực phẩm Để đánh giá mức độ ô nhiễm của sản phẩm nước mía, nhóm nghiêncứu đã dựa vào tiêu chuẩn của Bộ y tế (Số 46/2007/QĐ-BYT)

Bảng 1.1 Các chỉ tiêu vi sinh vật của nước giải khát không cồn

Chỉ tiêu Giới hạn tối đa

1 Tổng số vi sinh vật hiếu khí ưa ấm, số khuẩn lạc trong 1ml

sản phẩm

102

2 E.Coli, số vi khuẩn trong 1ml sản phẩm Không có

3 Coliform, số vi khuẩn trong 1ml sản phẩm 10

4 Tổng số nấm men – nấm mốc, số khuẩn lạc trong 1ml sản

phẩm

10

Kết luận: Nước mía là một loại thức uống thơm ngon bổ dưỡng nhưng tiềm tàng mốinguy bị nhiễm vi sinh vật và thời hạn sử dụng thường ngắn Hiện tại ở Việt Nam đã cómột vài nghiên cứu về sản xuất nước mía đóng chai Vì vậy để sản phẩm nước mía đóngchai được sử dụng và bảo quan trong thời gian dài thì việc nghiên cứu phương pháp bảoquản nước mía là vô cùng quan trọng và cần thiết Việc nghiên cứu phương pháp bảoquản mới này sẽ mở ra hướng sản xuất nước mía đóng chai ở quy mô công nghiệp, giúpsản phẩm dễ dàng được phân phối, buôn bán và sử dụng hơn

2 Tổng quan về xung điện trường (PEF)

2.1 Lịch sử của xung điện trường

Chế biến thực phẩm bằng phương pháp điện cho ngừng hoạt động của vi sinh vật vàenzyme trong thực phẩm bắt đầu vào đầu những năm 1920 Các nỗ lực đầu tiên được tiếnhành bằng cách sử dụng điện tinh khiết phương pháp ở Liverpool (Anh), với các ứngdụng của dòng điện xoay chiều (220 đển 4200V) để thanh trùng sữa (Beattie và Lewis,1925) Trong quá trình đầu này, làm nóng trước sữa nguyên liệu đã phải chịu liên tụcdòng điện và nhiệt thanh trùng với tạo ra nhiệt ở 70°C trong 15 giây

Đến năm 1940, lĩnh vực điện được sử dụng trong quá trình chế biến thực phẩm cho cácmục đích khác hơn là ngừng hoạt động của vi sinh vật Flaumenbaum (1968) sử dụngthành công điện trường xung trong một quá trình làm tăng tính thấm của tế bào thực vật,tạo điều kiện khai thác tiếp theo dịch tế bào Ngày nay, nhiều ứng dụng của PEF tập trungvào việc tăng cường hiệu quả của nước trái cây chiết xuất từ trái cây bằng cách sử dụngPEF như tiền xử lý (Heinz và Knorr, 2001)

Một loạt các thiết bị điện trường xung và phương pháp được mô tả bởi Doevenspeck năm

1960 (Đức), bao gồm một nghiên cứu giải quyết mặt phi nhiệt của điện trường xung trên

vi khuẩn Các nghiên cứu tập trung vào sự tương tác của điện trường xung và thành tếbào vi khuẩn Sale và Hamilton (1976, 1968) đã tiến hành một nghiên cứu có hệ thống đểđánh giá tác dụng diệt khuẩn phi nhiệt gây ra bởi điện trường và báo cáo những tác động

gây chết người điện trường đồng nhất về vi khuẩn, trong đó bao gồm E coli,

Staphylococcus aureus, Sarcina lutea, Bacillus subtilis, Bacillus cereus, và Candida utilis.[6]

2.2 Kĩ thuật xung điện trường:

Xung điện trường PEF là một phương pháp không nhiệt bảo quản thực phẩm có sử dụngngắn xung điện cho vi khuẩn bất hoạt và gây ảnh hưởng bất lợi tối thiểu tới chất lượngcác thuộc tính của thực phẩm Công nghệ PEF nhằm mục đích cung cấp cho người tiêudùng các loại thực phẩm chất lượng cao Đối với các thuộc tính chất lượng thực phẩm,công nghệ PEF được xem là vượt trội so với nhiệt truyền thống phương pháp chế biếnbởi vì nó tránh hoặc làm giảm đáng kể những thay đổi bất lợi trong các giác quan và tínhchất vật lý của các loại thực phẩm ( Quass, 1997 ).[7]

Công nghệ PEF liên quan đến việc áp dụng các xung điện áp cao để thực phẩm dạng lỏnghoặc nửa rắn được đặt giữa hai điện cực (Wouters et al., 2001) nói rằng, công nghệ xungđiện trường (PEF) được xem là một của phương pháp phi nhiệt hứa hẹn nhất cho bất hoạtcác vi sinh vật trong thực phẩm Điện trường trong khoảng 5-50 kV/cm tạo ra bởi cácứng dụng của điện áp cao ngắn xung (ms) giữa hai điện cực gây bất hoạt vi sinh vật ởnhiệt độ thấp hơn so với được sử dụng trong chế biến nhiệt.[7]

2.3 Cơ chế của phương pháp PEF

Phương pháp PEF là phương pháp sử dụng các xung điện để vô hoạt hoặc tiêu diệt visinh vật Phương pháp được áp dụng cho các thực phẩm dạng lỏng hay sệt Phương phápPEF phụ thuộc vào một số yếu tố: thời gian xử lý, nhiệt độ của thực phẩm, hệ vi sinh vật

và enzym trong thực phẩm, nhưng chủ yếu phương pháp phụ thuộc vào cường độ điệntrường và số lần kích thích xung điện

Cơ chế tác động của phương pháp dựa trên 3 hiệu ứng: hiệu ứng dòng điện, hiệu ứngđiện trường, và hiệu ứng nhiệt

2.3.1 Hiệu ứng dòng điện

Khi tế bào vi sinh vật tiếp xúc với trường xung điện, do dòng electron liên tục chuyểndịch từ cực (-) đang cực (+) sẽ bắn phá màng tế bào, dẫn đến làm mất ổn định lớp mànglipit kép và các protein của tế bào Màng sinh chất của tế bào mất tính bán thấm, nướcbên ngoài từ từ thẩm thấu qua màng tế bào đi vào bên trong làm tế bào sưng phình lên,đến một mức độ nào đó màng tế bào bị rách, các ion tự do mang điện bên trong tế bào

bị thoát ra ngoài, tế bào vi sinh vật bị tiêu diệt.[2]

Hình 1.1 Hiệu ứng dòng điện

(Nguồn: Humberto Vega-Mercado)

2.3.2 Hiệu ứng điện trường

Điện trường tác dụng lên các phần tử mang điện tích trong sữa một lực điện trường làmcho tế bào vi sinh vật bị phân cực Các phần tử mang điện tích dương sẽ hướng về bảncực âm, các phần tử mang điện tích âm thì hướng về bản cực dương làm cho màng tế bào

bị kéo căng ra Mặt khác, do điện áp xoay chiều làm cực âm và cựa dương liên tục đổichỗ cho nhau nên tế bào của vi sinh vật liên tục bị xoay trong điện trường, đến khi độ đànhồi của màng tế bào không đáp ứng được sẽ dẫn đến rách màng tế bào → tế bào bị phânhủy.[2]

Hình 1.2 Hiệu ứng điện trường

( Nguồn:Ranjeet Singh, 2011)

2.3.3 Hiệu ứng nhiệt

Đặt điện áp vào 2 bản cực, xuất hiện dòng điện đi qua dung dịch ở giữa 2 bản cực → điệntrở sinh nhiệt làm nóng dung dịch

Hình 1.3 Hiệu ứng nhiệt

2.4 Các yếu tố của trường xung điện ảnh hưởng đến khả năng tiêu diệt vi sinh vật

2.4.1 Cường độ điện trường

Cường độ điện trường là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng vô hoạtcác vi sinh vật (theo Hüshelguer và Niemann 1980; Dunne và những người khác 1996)

Sự gia tăng số lượng các vi khuẩn bị vô hoạt tỉ lệ thuận với sự gia tăng của cường độ điệntrường (theo Qin và cộng sự, năm 1998) Điều này phù hợp với lý thuyết electroporation.Trong đó, các tác động gây ra qua màng tế bào là tỉ lệ thuận với điện trường áp dụng.[8]

2.4.2 Hình dạng xung

Xung lưỡng cực làm chết vi sinh vật tốt hơn so với các xung chỉ có một cực vì một xungđiện trường gây ra chuyển động của các phân tử tích điện trong các màng tế bào của visinh vật và đổi chiều theo hướng hoặc chiều phân cực của điện trường gây ra một sự thayđổi tương ứng theo hướng của các phân tử mang điện (Ho và cộng sự 1995; Qin và cộng

sự 1994) Với xung lưỡng cực, sự chuyển động của các phân tử tích điện gây ra áp lực

trên màng tế bào và tăng khả năng phá vỡ nó Dùng xung lưỡng cực sẽ thuận lợi trongviệc tiết kiệm năng lượng, làm giảm sự lắng đọng các chất trên bề mặt điện cực.[8]

2.4.3 Thời gian xử lý xung điện

Thời gian xử lý là kết quả của số lượng xung và thời gian xung, theo đó sự gia tăng bất kìcủa các yếu tố này sẽ làm tăng khả năng vô hoạt các vi sinh vật (Sale và Hamilton 1967).Việc kéo dài thời gian xung có thể làm tăng nhiệt độ thực phẩm một cách không mongmuốn Do đó, các điều kiện chế biến tối ưu nên được thiết lập để các thiết bị xung điệntrường có thể cho kết quả làm việc tố nhất với tác dụng làm nóng thấp nhất Mức độ quantrọng của thời gian xử lý cũng phụ thuộc vào cường độ điện trường.[8]

2.4.4 Khoảng thời gian giữa hai lần xung (tần xuất xung điện)

Một khoảng thời gian giữa các xung Δt được hiển thị để thực hiện hiệu quả phân rã PEFcủa mô trong táo ( Lebovka et al 2001) Các giao thức với Δt = 60s hiển thị đã tăng tốcđộng học của sự phân rã so với Δt=10-2 s trong tổng thời gian xử lý PEF Thật ngoàimong đợi, vì quá trình ngừng xung điện có thể bảo vệ điện thế màng tế bào tại cáckhoảng thời gian dài giữa các xung Các kết quả thu được có thể được giải thích PEF làmtăng tốc của quá trình truyền ẩm khuếch tán bên trong các cấu trúc tế bào Ảnh hưởng củaxung làm trì hoãn thời gian bất hoạt của E coli đã được báo cáo (Evrendilek và Zhang2005), nhưng lời giải thích của các kết quả quan sát được là vẫn còn mơ hồ Các thínghiệm cần tiến hành nhiều hơn nữa để làm rõ hiệu quả của khoảng thời gian giữa cácxung trên sự phân rã hiệu quả.[9]

2.5 Ứng dụng của phương pháp xung điện trường trong chế biến sản phẩm thực phẩm

2.5.1 Ứng dụng của phương pháp xung điện trường trên thế giới

Đến nay, PEF đã được áp dụng chủ yếu để bảo quản chất lượng của các loại thực phẩm,chẳng hạn như để cải thiện tuổi thọ của bánh mì, sữa, nước cam, trứng lỏng, và nước táo

ép, và các đặc tính lên men của nấm men bia

2.5.1.1 Chế biến nước ép táo

Simpson và những người khác (1995) báo cáo rằng nước táo ép cô đặc từ điều trị bằngPEF tại 50 kV/cm, 10 xung, độ rộng xung của 2 µs và nhiệt độ xử lý tối đa 45°C đã kéodài thời hạn sử dụng từ 21 ngày lên 28 ngày Không có thay đổi về thể chất hoặc hóa chấttrong axit ascorbic hoặc đường trong nước ép táo xử lý bằng PEF Vega Mercado vànhững người khác (1997) báo cáo rằng PEF mở rộng tuổi thọ ở 22-25°C của nước ép táotươi và nước ép táo đậm đặc đến hơn 56 ngày hoặc 32 ngày tương ứng Không có thayđổi rõ rệt trong chất hóa lý của nó và các đặc tính cảm quan [8]

2.5.1.2 Chế biến nước cam

Sitzmann (1995) báo cáo về hiệu quả của các quá trình liên tục ELSTERIL phát triển bởicác kỹ sư thực phẩm tại Krupp Maachinentechnik GmbH ở Hamburg, liên kết với cáctrường Đại học Hamburg, Đức Họ báo cáo việc giảm các vi sinh vật có nguồn gốc thựcvật của nước cam tươi vắt bởi chu kỳ 3-log với một điện trường của 15 kV/cm mà khôngảnh hưởng đáng kể chất lượng của nó

Zhang và những người khác (1997) đã đánh giá tuổi thọ của nước cam đã pha xử lý bằngmột hệ thống nhà máy thí điểm tích hợp PEF Hệ thống PEF bao gồm một loạt các buồngđồng trường Nhiệt độ được duy trì gần xung quanh với các thiết bị làm mát giữa cácphòng Ba xung hình dạng sóng xung đã được sử dụng để so sánh hiệu quả của các điềukiện xử lý Kết quả của họ xác nhận rằng làn sóng vuông là hình dạng xung có hiệu quảnhất Ngoài ra, các tác giả cho rằng tổng số lượng hiếu khí đã giảm từ 3 đến chu kỳ 4-logdưới 32 kV/cm Khi bảo quản ở nhiệt độ 4 ° C, cả hai loại nước ép dùng nhiệt và PEF đểđiều trị đã có một thời gian sử dụng của hơn 5 tháng Vitamin C tổn thất thấp hơn và màusắc thường được bảo quản tốt hơn trong các loại nước ép PEF được điều trị so với các xử

lý nhiệt lên đến 90 ngày (nhiệt độ lưu trữ của 4°C hoặc 22°C) hoặc 15 ngày (nhiệt độ lưutrữ của 37°C) sau khi chế biến.[8]

2.5.1.3 Chế biến sữa

Dunn và Pearlman (1987) đã tiến hành một thử thách kiểm tra và thời hạn sử nghiên cứu

với sữa đồng nhất chủng với Salmonella Dublin và điều trị với 36,7 kV/cm và 40 xung trong một khoảng thời gian 25 phút Salmonella Dublin đã không được phát hiện sau khi

điều trị PEF hoặc sau bảo quản ở 7-9°C trong 8 ngày Các nghiên cứu tiếp theo Dunn(1996) chỉ ra ít suy thoái hương vị và không có hóa chất hay biến chất chất lượng sữa cholàm pho-mat

Fernandez-Molina và những người khác (1999) đã nghiên cứu tuổi thọ của nguyên liệusữa không béo (0,2% chất béo sữa), điều trị bằng PEF ở 40 kV/cm, 30 xung, và thời gianđiều trị 2 µs sử dụng các xung phân rã theo cấp số nhân Tuổi thọ của sữa là 2 tuần bảoquản ở nhiệt độ 4°C; Tuy nhiên, điều trị với sữa nguyên với 80°C trong 6 s tiếp theo là

điều trị PEF ở 30 kV/cm, 30 xung, và độ rộng xung của 2 µs tăng tuổi thọ lên đến 22ngày, với tổng số VSV hiếu khí 3.6-log cfu/ml và không có coliform Nhiệt độ xử lýkhông vượt quá 28°C trong điều trị PEF của sữa tách kem tươi.

Qin và những người khác (1995b) đã báo cáo rằng sữa (2% chất béo sữa) bị 2 bước củamỗi 7 xung và 1 bước của 6 xung với một điện trường của 40 kV/cm đạt được một thờigian sử dụng của 2 tuần ở nhiệt độ lạnh Không có sự thay đổi rõ ràng trong tính chất vật

lý và hóa học của nó và không có sự khác biệt đáng kể trong các thuộc tính cảm quangiữa sữa nóng tiệt trùng và điều trị PEF

Calderon-Miranda (1998) đã nghiên cứu sự bất hoạt PEF của Listeria innocua lơ lửng trong sữa tách kem Số vi sinh vật của L innocua đã giảm 2,5-log sau khi điều trị PEF ở

30, 40 hoặc 50 kV/cm Listeria monocytogenes được giảm 1 chu kỳ 3-log ở 25°C và chu

kỳ 4-log ở 50°C, không có khác biệt đáng kể được tìm thấy trong số 3 loại sữa Các tácdụng tiêu diệt VSV của PEF là một chức năng của thời gian cường độ trường và điều trị.[8]

rõ ràng hơn khi bảo quản ở nhiệt độ thấp, nơi các sản phẩm trứng với một số cuối cùng

khoảng 2,7 log cfu/ml bảo quản ở 10°C và 4°C duy trì một số lượng thấp cho 4 và 10ngày.

Các nghiên cứu khác trên toàn bộ trứng lỏng (LWE) điều trị bằng PEF tiến hành bởi Qin

và những người khác (1995) và Ma và những người khác (1997) cho thấy điều trị PEFgiảm độ nhớt nhưng tăng màu (về nồng độ β-carotene ) của toàn bộ chất lỏng trứng sovới trứng tươi [8]

2.5.1.5 Chế biến món canh đậu xanh

Vega-Mercado và những người khác (1996a) tiếp xúc với súp đậu với 2 bước của 16xung ở 35 kV/cm để ngăn chặn sự gia tăng nhiệt độ vượt quá 55°C trong khi điều trị.Tuổi thọ của các món canh đậu PEF được xử lý ở nhiệt độ lạnh vượt quá 4 tuần, trong khi

22 hoặc 32°C đã được tìm thấy không phù hợp để lưu trữ các sản phẩm Không có sựthay đổi rõ ràng trong các tính chất vật lý và hóa học hoặc các thuộc tính cảm quan củasúp đậu trực tiếp sau khi chế biến PEF hoặc trong suốt 4 tuần lưu trữ ở nhiệt độ lạnh

2.5.2 Ứng dụng của phương pháp xung điện trường tại Việt Nam

Ở Việt Nam chưa có đơn vị nào áp dụng xung điện để sản xuất thực phẩm, nhưng đã có

đề tài nghiên cứu của TS Vũ Thu Trang và cộng sự (2014) về ảnh hưởng của trườngxung điện đến khả năng sống sót của vi khuẩn trong sữa Nghiên cứu tác động của kíchthích xung điện trường tới khả năng sống sót của từng vi khuẩn riêng biệt và hệ vi sinhvật trong sữa cho thấy, phương páp kích thích xung điện trường có hiệu quả ức chế sự

phát triển và diệt khuẩn số lượng vi khuẩn E.coli và B.subtilis trong mẫu sữa UHT nhiễ

khuẩn giảm 8 log và 4 log tương ứng sau 10s kích thích xung điện trường 55V/cm hệ visinh vật trong sữa tươi nguyên liệu bị tiêu diệt khi xử lí kích thích xung điện trường 55V/

cm ( sau 12s ); 27,5V/cm ( sau 40s ); 25V/cm ( sau 50s ) và không phát triển lại sau 10ngày bảo quản tại 10°C Mặc dù cần nghiên cứu ảnh hưởng của kích thích xung điệntrường tới tính chất sản phẩm, kết quả nghiên cứu mở ra một hướng ứng dụng mới chothanh trùng sữa tươi nguyên liệu tiện lợi và dễ ấp dụng tại các nông hộ nhỏ [3]

Tổng kết:

Nước mía là sản phẩm có hương vị thơm ngon, vừa là nước giải khát tốt, vừa có giá trịdinh dưỡng cao, tại Việt Nam nước mía chỉ được sử dụng như là một loại thức uốngđường phố và không được kiểm soát chặt chẽ về vệ sinh an toàn thực phẩm Với mongmuốn kéo dài thời gian bảo quản, đảm bảo chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm, cũngnhư muốn đưa sản phẩm nước mía vào sản xuất đóng chai quy mô công nghiệp để sảnphẩm nước mía có thể sử dụng được mọi mùa, nhóm nghiên cứu chúng tôi muốn đề xuấtphuơng pháp sử dụng kích thích xung điện trường cường độ thấp để tiêu diệt vi sinh vậtgiúp tăng thời gian bảo quản

Mục tiêu: Khảo sát ô nhiễm vi sinh vật trong nước mía đường phố ở thành phố Hà Nội và

từ đó nghiên cứu ảnh hưởng của xung điện trường tới khả năng sống sót của vi sinh vậttrong nước mía

Nội dung:

- Khảo sát tình trạng ô nhiễm vi sinh vật của các mẫu nước mía thu thập trên dịa bànthành phố Hà Nội, từ đó đánh giá mức độ ô nhiễm vi sinh vật của sản phẩm nước míađường phố

- Ảnh hưởng của xung điện trường tới khả năng sống sót của VSV trong nước míađường phố

+ Ảnh hưởng của thời gian xung điện đến khả năng sống sót của VSV trong nướcmía đường phố

+ Ảnh hưởng của cường độ xung điện đến khả năng sống sót của VSV trong nướcmía đường phố

+ Ảnh hưởng của tần xuất xung đến khả năng sống sót của VSV trong nước míađường phố

PHẦN 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.Đối tượng và vật liệu nghiên cứu:

1.1 Đối tượng nghiên cứu:

Nước mía thu thập ở các cửa hàng bán lẻ ở khu vực Quận Hoàng Mai và Quận Hai BàTrưng, thành phố Hà Nội

1.2 Vật liệu nghiên cứu

1.2.1 Hóa chất

Bảng 2.1 Danh mục các hóa chất sử dụng

2 Cao nấm men Merch , made in Germany

3 Glucose Xilong Chemical Co., made in china

4 Thạch Công ty TNHH Hải Long – Kiến An, Hải Phòng

5 Tetracyclin CTCP Dược - VTYT Thanh Hóa

6 Endo agar Merch , made in Germany

Hình 2.1 Mô hình thực tế bộ xung điện

Hình 2.2 Mô hình cấu tạo bộ xung điện

Thiết bị xung điện quy mô phòng thí nghiệm do nhóm nghiên cứu thiết kế và chế tạo gồmkhoang thanh trùng là một hình hộp chữ nhậy (hở một mặt) với kích thước 150 × 40 × 30.Hai điện cực kim loại mỏng được gắn vào khoang có dạng hình chữ nhật có kích thước D