Vi sinh học thực phẩm

Ngày nay, vi sinh vật được ứng dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội, từ y tế, nông nghiệp, công nghiệp,…đến sản xuất thực phẩm, v.v…. Chúng xuất hiện ở khắp mọi nơi, đóng vai trò quan trọng và là hướng đi mới đầy hiệu quả cho bất kỳ lĩnh vực nào mà chúng được ứng dụng. Công nghệ vi sinh có thể là bước nhảy vọt làm thay đổi cuộc sống của chúng ta ở một tương lai không xa.Đối với ngành thực phẩm, vi sinh vật có ứng dụng từ lâu đời và rông khắp trong việc tạo ra các sản phẩm thực phẩm có giá trị cao về dinh dưỡng, về cảm quan trước cả khi con người thật sự phát hiện ra mối quan hệ giữa thực phẩm và vi sinh vật vào những năm 1800. Kể từ đó về sau, vi sinh vật thực phẩm như một bộ phận không thể tách rời của ngành thực phẩm vì những vai trò to lớn mà chúng đóng góp.Tuy nhiên, bên cạnh những ứng dụng và hiệu quả mà vi sinh vật mang lại cho các sản phẩm thực phẩm, thì vi sinh vật cũng là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây hư hại cho thực phẩm. Bởi vậy, việc hiểu biết về các tác hại, ngăn chặn và ức chế những ảnh hưởng xấu của vi sinh vật gây ra đối với thực phẩm là một nhiệm vụ hàng đầu của ngành bảo quản thực phẩm nói chung và những sinh viên ngành thực phẩm nói riêng.Do vi sinh vật. Các nguyên liệu thực phẩm và các sản phẩm thực phẩm nếu không được bảo quản cẩn thận thì rất dễ bị hư hỏng bởi nhiều tác nhân khác nhau từ đó giảm chất lượng của sản phẩm, giảm giá trị dinh dưỡng mà thực phẩm mang lại và thậm chí các sản phẩm ngày có thể trở nên độc hại đối với người sử dụng. Sự hư hỏng thực phẩm xảy ra chủ yếu do một số nguyên nhân sau:

M c L c ụ ụ

1 Nhiệm vụ của các thành viên trong nhóm 4

2 Khái quát về đề tài 5

2.1 Các yếu tố gây hư hại thực phẩm 5

2.1.1 Do vi sinh vật 5

2.1.2 Do enzyme nội tại 6

2.1.3 Ảnh hưởng từ môi trường 6

2.2 Các biện pháp ức chế vi sinh vật thực phẩm 6

3 Đặc điểm các phương pháp hóa học trong ức chế vi sinh vật ở thực phẩm 7

3.1 Chất bảo quản 7

3.1.1 Định nghĩa chất bảo quản 7

3.1.2 Yêu cầu với chất bảo quản 7

3.1.3 Các chất bảo quản dùng trong bảo quản 8

3.2 Điều chỉnh pH 14

3.2.1 Ảnh hưởng của pH 14

3.2.2 Cơ chế 14

3.2.3 Phương pháp 15

3.2.4 Một số acid dùng để điều chỉnh pH 17

3.3 Sử dụng tinh dầu ức chế vi sinh vật 19

3.3.1 Giới thiệu về tinh dầu 19

3.3.2 Cơ chế tác động 20

3.3.3 Khả năng ức chế vi sinh vật của một số loại tinh dầu 21

3.3.4 Những khó khăn trong việc ứng dụng tính kháng khuẩn của tinh dầu trong bảo quản thực phẩm: 23

4 Câu hỏi ôn tập 24

5 Tài liệu tham khảo 26

2

Mở Đầu

Ngày nay, vi sinh vật được ứng dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực củađời sống xã hội, từ y tế, nông nghiệp, công nghiệp,…đến sản xuất thực phẩm,v.v… Chúng xuất hiện ở khắp mọi nơi, đóng vai trò quan trọng và là hướng đimới đầy hiệu quả cho bất kỳ lĩnh vực nào mà chúng được ứng dụng Công nghệ

vi sinh có thể là bước nhảy vọt làm thay đổi cuộc sống của chúng ta ở một tươnglai không xa

Đối với ngành thực phẩm, vi sinh vật có ứng dụng từ lâu đời và rông khắptrong việc tạo ra các sản phẩm thực phẩm có giá trị cao về dinh dưỡng, về cảmquan trước cả khi con người thật sự phát hiện ra mối quan hệ giữa thực phẩm và

vi sinh vật vào những năm 1800 Kể từ đó về sau, vi sinh vật thực phẩm như một

bộ phận không thể tách rời của ngành thực phẩm vì những vai trò to lớn màchúng đóng góp

Tuy nhiên, bên cạnh những ứng dụng và hiệu quả mà vi sinh vật mang lạicho các sản phẩm thực phẩm, thì vi sinh vật cũng là một trong những nguyênnhân hàng đầu gây hư hại cho thực phẩm Bởi vậy, việc hiểu biết về các tác hại,ngăn chặn và ức chế những ảnh hưởng xấu của vi sinh vật gây ra đối với thựcphẩm là một nhiệm vụ hàng đầu của ngành bảo quản thực phẩm nói chung vànhững sinh viên ngành thực phẩm nói riêng

Được sự phân công của GVHD, với đề tài “Đặc điểm các phương pháphóa học sử dụng trong ức chế vi sinh vật ở thực phẩm” Nhóm 14 chúng em đã đisâu tìm tòi về những kiến thức mà đề tài yêu cầu và tổng hợp lại bằng báo cáonày Hy vọng, với sự nỗ lực và nghiêm túc của các thành viên nhóm 14 cùng sựchỉ dạy tận tình của GVHD, thầy Liêu Mỹ Đông, bài báo cáo này sẽ là một tàiliệu hữu ích để các bạn trong lớp hiểu hơn về đề tài “ Đặc điểm các phương pháphóa học sử dụng trong ức chế vi sinh vật ở thực phẩm”

Cuối cùng, người biên tập báo cáo-nhóm trưởng, xin gửi lời cảm ơn chânthành đến các thành viên nhóm 14 đã nỗ lực cao nhất để hoàn thành bài báo cáonày một cách tốt nhất

1 Nhiệm vụ của các thành viên trong nhóm.

2 Khái quát về đề tài.

2.1 Các yếu tố gây hư hại thực phẩm.

Các nguyên liệu thực phẩm và các sản phẩm thực phẩm nếu không đượcbảo quản cẩn thận thì rất dễ bị hư hỏng bởi nhiều tác nhân khác nhau từ đó giảmchất lượng của sản phẩm, giảm giá trị dinh dưỡng mà thực phẩm mang lại vàthậm chí các sản phẩm ngày có thể trở nên độc hại đối với người sử dụng Sự hưhỏng thực phẩm xảy ra chủ yếu do một số nguyên nhân sau:

2.1.1 Do vi sinh vật.

Các vi sinh vật là nguyên nhân hàng đầu và chủ yếu nhất gây hư hỏng chothực phẩm và các sản phẩm thực phẩm Vi sinh vật gây hư hỏng chủ yếu là vikhuẩn, sau đến nấm mốc, nấm men và một số loài tảo, kí sinh trùng,virut,…Khixâm nhập được vào thực phẩm, ban đầu chúng sẽ phát triển về mặt số lượng,trong quá trình đó, chúng tiết ra các sản phẩm thải, làm biến đổi màu sắc, trạngthái, mùi vị của thực phẩm dẫn đến hư hỏng hoặc giảm chất lượng của thựcphẩm

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

2.1.2 Do enzyme nội tại.

Một số vi khuẩn có trong thực phẩm không gây ngộ độc thực phẩm trongquá trình sống của chúng, nhưng chúng lại tiết ra các enzyme phân giải các thànhphần thực phẩm Đồng thời với các enzyme của vi khuẩn là các enzyme có sẵntrong bản thân thực phẩm cũng được kích hoạt và tham gia các phản ứng phânhủy làm tăng tốc độ hư hỏng thực phẩm

2.1.3 Ảnh hưởng từ môi trường.

 Nhiệt độ: Nhiệt độ trong khoảng 30 đến 35 độ C là khoảng nhiệt độ mà

đa số vi sinh vật và các enzyme hoạt động mạnh nhất, các hoạt động sinh

lý, sinh hóa cũng diễn ra mạnh mẽ Nên nếu để thực phẩm ở nhiệt độthường thì thực phẩm rất nhanh bị hư hỏng

 Độ ẩm: Độ ẩm môi trường thấp sẽ làm giảm phần lớn hoạt động của các

vi sinh vật gây thối rửa nhưng lại làm tăng sự bay hơi nước của thực phẩmlàm ảnh hưởng lớn đến cấu trúc thực phẩm gây ra hiện tượng co nguyênsinh dẫn đến rối loạn sự trao đổi chất và mất khả năng đề kháng với nhữngtác động bên ngoài

 Không khí và ánh sáng: Ngoài 2 yếu tố trên, không khí và ánh sang cũng

là tác nhân gây hư hỏng thực phẩm nghiêm trọng như làm mất nước trongthực phẩm, đặc biệt là các thực phẩm tươi như rau, củ, quả Làm giảmhàm lượng dinh dưỡng, vitamin, khoáng chất,…trong thực phẩm

toàn cho thực phẩm và sức khỏe người sử dụng Báo cáo này sẽ đi sau tìm hiểm

về các phương pháp hóa học trong ức chế vi sinh vật gây hại trong thực phẩm

3 Đặc điểm các phương pháp hóa học trong ức chế vi sinh vật ở thực phẩm 3.1 Chất bảo quản.

3.1.1 Định nghĩa chất bảo quản.

Chất bảo quản là các hóa chất tự nhiên hay tổng hợp được thêm vào sảnphẩm như thực phẩm, dược phẩm, sơn, các mẫu phẩm sinh học v.v để ngăn ngừahoặc làm chậm lại sự thối rữa, hư hỏng gây ra bởi sự phát triển của các vi sinhvật hay do các thay đổi không mong muốn về mặt hóa học

3.1.2 Yêu cầu với chất bảo quản.

Một chất được xem là một chất bảo quản trong thực phẩm phải bắt buộc

có các yêu cầu sau nhằm mục đích đảm bảo an toàn cho người sử dụng nhưngvẫn đảm bảo được tác dụng bảo vệ:

 Phải có tính kháng khuẩn, kháng nấm mốc và kháng nấm men mạnh vàphải có tính chất chống oxy hoá xảy ra trong bảo quản và chế biến lươngthực, 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 củathực phẩm

 Không tạo ra những phản ứng phụ, những sản phẩm độc hại trong thựcphẩm

 Các chất bảo quản thường được sử dụng ở dạng hòa tan việc hòa tan giúpquá trình bảo quản có tác dụng nhanh Nhưng k phải chất nào cũng ở dạnghòa tan

 Các chất bảo quản làm thay đổi các yếu tố môi trường, ức chế sự pháttriển của vi sinh vật

Chất bảo quản tác động đến hệ thống protein cấu trúc, enzyme tham gia vào cácquá trình trao đổi chất, tiêu diệt hay ức chế sự phát triển của vi sinh vật

6

3.1.3 Các chất bảo quản dùng trong bảo quản.

Hiện nay, chúng ta đã phát hiện ra nhiều loại hóa chất dùng để bảo quảnnguyên liệu và bảo quản thực phẩm chế biến rất có hiệu quả, đa số các loại chấtbảo quản này đặc biệt kết hợp khi bảo quản với nhiệt độ thấp

Sulfurous dioxide (SO2).

Là chất sát khuẩn mạnh ở môi trường axit ví vậy có hiệu quả đối với rauquả ở nồng độ 0,12 đến 0,2% trong thực phẩm

Khí SO2 ảnh hưởng đến các quá trình oxy hóa trong tế bào vi sinh vật,đồng thời cũng có tác dụng tương hỗ với các nhóm cacboxyl của các hợpchất đặc biệt có trong thành phần của chất nguyên sinh, làm thay đổitrạng thái lý, hóa học của chất nguyên sinh

Phương pháp sử dụng:

 Phương pháp sunfit hóa ướt : cho trực tiếp SO2 vào rau quả hoặcchuyển SO2 thành H2SO3 trong nước lạnh với nồng độ 4,5% đến5,5% rồi trộn với thực phẩm dạng lỏng

 Phương pháp sunfit hóa khô : cho quả đựng vào trong thùng kín cóchứa SO2

Dạng sử dụng: khí SO2, acid sulfurous (H2SO3), các loại muối như Natribisulfite NaHSO3, Kali bisulfite KHSO3, Canxi bisulfile Ca(SO3)2, Natrisulfite Na2SO3, Kali sulfite K2SO3

Không dùng các hợp chất SO2 để bảo quản thịt, ngũ cốc, đậu đỗ, sữa

Ozon (O3).

Khí ozone là chất an toàn với hầu hết các loại thực phẩm và có khả năngkhử trùng, khử khuẩn mạnh mẽ, nó có thể được sử dụng để kiểm soátkhả năng sinh trưởng của các vi sinh vật, vi khuẩn không mong muốntrong các sản phẩm và thiết bị được sử dụng trong các ngành côngnghiệp chế biến thực phẩm Ngoài ra, khí ozone không tạo ra các chấtphụ có hại cho sức khỏe con người sau quá trình bảo quản thực phẩmnên được cho là nguyên liệu tất yếu trong bảo quản thực phẩm

Ở dạng lỏng, dung dịch ozone có thể được sử dụng trong khử trùng cácthiết bị y tế, xử lý nước và một số thực phẩm.

8

Nhiều loại trái cây và rau quả sản xuất ra ethylene – khí này làm tăng tốcquá trình chín của trái cây Ozone có tác dụng oxy hóa nhanh chóngethylene.

Ứng dụng phổ biến sử dụng ozon trong bảo quản thực phẩm:

Bảo quản các loại rau, củ như khoai tây, cà rốt, su hào; trái cây nhưtáo, cam, quýt, lê

Bảo quản trứng trong kho lạnh

Xử lý nước trong sản xuất nước tinh khiết, nước uống đóng chai,nước khoáng

Bảo quản cá, thịt và các loại hải sản tươi sống

Các thực phẩm cần bảo quản lạnh nói chung

Phương pháp ứng dụng ozon

Khí ozone được sử dụng khắp các nhà kho lạnh ở mức thấp.

Máy bảo quản thực phẩm bằng khí ozon

Nước khử trùng bằng ozone sử dụng trong đóng gói thủy hải sảntươi sống và kéo dài độ tươi mới của thực phẩm mà không cần dùnghóa chất độc hại.

10

Làm lạnh thịt, hạn chế sự phát triển vi khuẩn, vi sinh và kéo dàithời gian sử dụng của thực phẩm.

Ozone được hòa tan vào nước để rửa trái cây và rau quả, loại bỏnhiều các loại vi khuẩn và nấm mốc

Sử dụng khí ozone ở nồng độ thấp để kéo dài thời gian sử dụng…

Ozone hòa tan được sử dụng để rửa thịt và gia cầm loại bỏ vi khuẩn

và kéo dài thời hạn sử dụng trong tủ lạnh

và vi nấm làm hư hỏng thực phẩm, kéo dài được thời gian bảo quản

Đây là một chất độc nguy hiểm, làm cho thực phẩm khó ôi thiu nhưng lạirất khó tiêu hóa khi vào cơ thể, gây hiện tượng đầy bụng, no giả tạo.Trong cơ thể, formol kết hợp với các nhóm amin hình thành các dẫn xuấtbền vững với các men phân hủy protein làm ảnh hưởng đến quá trìnhchuyển hóa các chất dinh dưỡng trong cơ thể

Chính vì tính chất dễ dàng kết hợp với các protein tạo thành hợp chấtbền, không thối rửa, không ôi thiu nhưng rất khó tiêu hóa nên formalinnên thường bị lợi dụng để sử dụng trong bảo quản các thực phẩm nhưbánh phở hủ tiú, bún, bánh ướt, và trong cả bia vì giá thành thấp

Tuy nhiên do tác hại của formalin là rất lớn đối với sức khỏe nên cácnước trên thế giới đã cấm việc dùng formol để làm chất bảo quản thựcphẩm và đồ uống, kể cả thức ăn chăn nuôi gia súc ăn thịt

Ester diethyl của acid pyrocarbonic.

Là chất lỏng trong suốt không màu, có mùi thơm nhẹ giống mùi của hoaquả

Thường được dùng trong bảo quản nước hoa quả, quả tươi

Liều lượng:

Đối với nước dịch quả trong suốt : 20-30mg/l

12

Đối với nước chanh : 40-50mg/l

Qủa tươi rửa sạch nhúng vào dung dich 0,001 đến 0,01% để bảoquản lạnh

Có thể sử dụng chất này để thay thể phương pháp sunfit trong bảoquản rượu nho và nước quả

Cơ chế tác dụng : Có tác dụng diệt nấm men nấm móc và vi khuẩn kìmhãm hoạt động của enzyme Trong quá trình bảo quản tiếp xúc với nước

bị phân hủy dần thành etanol và CO2 Tốc độ phân hủy phụ thuộc vàonhiệt độ

Việc nghiên cứu chất này trong bảo quản thực phẩm khá được quan tâm

và đã đạt được nhiều kết quả khả quan

14

Acid sorbic (C5H7COOH)

Dạng thường sử dụng làm chất bảo quản là: acid sorbic, sorbate natri,sorbate calci, sorbate kali

Acid sorbic và kali sorbat có tác dụng ức chế nấm mốc và nấm men, ít cótác dụng với vi khuẩn Acid sorbic ảnh hưởng tới protein trên màng tếbào nấm mốc, gây ảnh hướng đến quá trình vận chuyển các ion âm quamàng: làm chuyển đổi pH bên ngoài tế bào, thay đổi sự vận chuyển củacác acid amin; làm giảm sinh tổng hợp protein và thay đổi sự tích lũynucleotide trong tế bào

Acid sorbic ảnh hưởng tới hoạt tính của các enzyme nhất là enzymedehydrogenase

Sử dụng cho bảo quản sản phẩm làm nguyên liệu cho chế biến: bảo quảnrau quả cho muối chua, sữa làm sữa chua

Acid benzoic, muối benzoat (C6H5COOH, C6H5COONa)

Ức chế mạnh nấm men và nấm mốc, có tác dụng yếu đối với vikhuẩn.Tác động lên màng tế bào nấm, ức chế quá trình hô hấp của tếbào, ức chế quá trình oxy hóa glucose và pyruvate, ức chế quá trình biếndưỡng các hợp chất đa lượng (N, P,…) của sinh vật

Tác dụng bảo quản của Acid benzoic và Natri benzoat chỉ xảy ra ở môitrường acid, pH=2,5-3,5

Nồng độ acid benzoic sử dụng trong thực phẩm: 0,05-0,15%

Nồng độ benzoat trong sản phẩm có tác dụng bảo quản là 0,07-0,1%.

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 hưởngtới thận của người sử dụng

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

Liều gây chết ở người: 500 mg/kg

Axit ascorbic (Vitamin C)

Axit ascorbic dùng trong thực phẩm ở dạng kết tinh màu trắng 1g tantrong 3,5ml nước hay trong 30ml etanol , không tan trong dầu mỡ

Muối Natri ascorbat dùng trong thực phẩm phải ở dạng kết tinh màutrắng , không mùi, 1 g tan trong 2ml nước

Nếu dùng trên 6000mg/ngày có thể bị ngộ độc gây ra các hiệntượng như : nôn mửa, tiêu chảy đỏ mặt , nhức đầu ,

Ướp muối và ướp đường.

Sử dụng đường hay muối trong bảo quản thực phẩm làm gia tăng áp xuấtthẩm thấu của môi trường, tạo áp suất thẩm thấu cao  nước trong tế bàothấm ra khỏi màng tế bào chất và gây ra hiện tượng co nguyên sinh; đồngthời 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%

Thường được ứng dụng trong các sản phẩm mứt trái cây, cá muối , thịtmuối,

16

3.2 Điều chỉnh pH.

3.2.1 Ảnh hưởng của pH.

pH môi trường có ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng của vi sinh vật Cácion H+ và OH- là hai ion hoạt động lớn nhất trong số tất cả các loại ion Nhữngbiến đổi nhỏ nồng độ của chúng cũng ảnh hưởng mạnh đến tế bào Nó khôngnhững ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự sinh trưởng mà còn tác động sâu sắc đến quátrình trao đổi chất của vi sinh vật, pH thay đổi làm điện tích màng tế bào chấtthay đổi, dẫn đến sự thay đổi tính thẩm thấu của màng Ngoài ra, pH còn ảnhhưởng đến sự phân ly của phân tử các chất dinh dưỡng, làm thay đổi khả nănghấp thụ chúng vào trong tế bào Mặt khác, pH cũng phần nào làm ức chế chứcnăng của các enzyme trên thành tế bào do làm biến đổi trạng thái ổn định và hoạtđộng của các enzyme

Mỗi loài vi sinh vật có khoảng pH thích hợp và pH tối thiểu khác nhaucho sinh trưởng và phát triển: nhiều nấm mốc có thể mọc ở pH = 2 – 4,5; nấmmen ở pH = 4 – 4,5; vi khuẩn gây bệnh và vi khuẩn thối rữa thường chỉ phát triểntốt ở môi trường trung tính hoặc môi trường kiềm, trong môi trường acid nó sẽ bị

ức chế, thậm chí bị chết Vì vậy, có thể thay đổi pH môi trường bảo quản sảnphẩm để ức chế vi khuẩn gây thối và gây bệnh

3.2.2 Cơ chế.

Cơ chế diệt khuẩn của pH có thể giải thích theo hai hướng sau:

 pH ảnh hưởng tới hoạt động của các enzyme, nhất là hai enzymedecarboxylase và desaminase

 Giá trị pH của môi trường sẽ ảnh hưởng đến sự tích điện của protein trênmàng tế bào, từ đó ảnh hưởng đến khả năng vận chuyển thức ăn vàomàng tế bào

Khi ức chế vi sinh vật bằng các acid hữu cơ yếu, các phân tử không phân

ly do ưa lipid, sẽ xâm nhập vào trong tế bào và được phân ly để tạo thành H+trong tế bào chất Điều này gây ra sự giảm pH nội bào, hậu quả là sẽ phá hủygradient proton giữa phía bên trong và phía bên ngoài tế bào và làm mất lựcchuyển dời proton (PMF) cũng như khả năng phát sinh năng lượng của tế bào

Từ đó làm ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme và acid nucleic trong tế bào,