Giáo trình vi sinh học ứng dụng ths bạch phương lan

Bởi vậy các loại sản phẩm dinh dưỡng điều chế từ sinh khối nấm men được xem như “một thực đơn lý tưởng” Nhiều dẫn liệu về tỷ lệ thành phần trong nấm men cho biết như sau - Protein và c

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Lời tác giả 3

CHƯƠNG 1 SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN VÀ SINH KHỐI VI TẢO 4

I GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG CỦA NẤM MEN 4

II NHÂN GIỐNG VÀ GIỮ GIỐNG NẤM MEN 6

III KHẢO SÁT CÁC CHỈ TIÊU SINH HỌC CẦN THIẾT 8

-1 Hoạt tính nhân lên: Thể hiện qua mức tăng sinh khối tổng cộng, được đánh giá qua 3 chỉ tiêu: 8

2 Hoạt tính lên men: (bằng phương pháp Durgham) 8

3 Định lượng đạm Amin trong dịch nuôi cấy bằng phương pháp Formol 10

4.Xác định hiệu quả của các tác nhân kich thích QT tự phân 11

-IV- ỨNG DỤNG CƠ CHẾ TỰ PHÂN ĐỂ SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN DƯỚI DẠNG BỘT DINH DƯỠNG VÀ CỐM BỔ 14

1 Cơ sở lý thuyết 14

2 Quy trình công nghệ 16

V SẢN XUẤT SINH KHỐI VI TẢO 19

1 Đặc điểm chung 19

2.Nuôi trồng Lục Tảo đơn bào (Chlorella) 20

3 Nuôi trồng Tảo xoắn đa bào (Spirulina) 20

-Chương 2 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VI SINH TRONG BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM 22

I Ô NHIỄM THỰC PHẨM VÀ HẬU QUẢ 22

1.Khái niệm chung 22

2 Tác nhân gây ô nhiễm thực phẩm: 23

3 Những bệnh nhiễm khuẩn do ăn thức ăn bị nhiễm khuẩn 24

4.Cơ chế sinh hoá của quá trình gây hư hỏng thực phẩm 26

II CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN THỰC PHẨM 27

1 Nguyên tắc Bioza (Bios = sự sống) 28

2 Nguyên tắc Abioza (Abiosis = không sống) 28

3 Nguyên tắc Anabioza (= giảm sự sống) 30

-III SỬ DỤNG NHÓM NẤM MỐC TRONG BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM 33

1 Cơ sở sinh học của việc sử dụng nấm mốc trong chế biến 33

và bảo quản thực phẩm 33

2 Sản xuất nước chấm lên men từ khô dầu lạc 34

3 Sản xuất chao từ đậu phụ 39

IV KIỂM NGHIỆM THỰC PHẨM 41

1.Nhóm chỉ tiêu cảm quan 41

2.Nhóm chỉ tiêu hoá lý 41

3.Nhóm chỉ tiêu Vi Sinh 41

4 Ý nghĩa của các chỉ tiêu vi sinh 41

Chương 3 CÔNG NGHỆ LÊN MEN 44

I LÊN MEN ETILIC VÀ ỨNG DỤNG 45

1 Cơ chế lý thuyết của quá trình lên men Etilic 45

2 Phân biệt các dạng sản phẩm lên men rượu 46

3 – Quy trình sản xuất bia đại mạch 46

4 Quy trình sản xuất vang nho 48

II LÊN MEN LACTIC VÀ ỨNG DỤNG 49

1 Cơ chế lý thuyết của quá trình lên men Lactic 49

-2.Một số công thức chế biến và bảo quản thịt, sữa, tôm bằng lên men Lactic - 53 III LÊN MEN ACETIC VÀ ỨNG DỤNG 58

1 Cơ chế lý thuyết 58

2 Sản xuất dấm ăn: 60

-3 Sản xuất thạch dừa (Nata de coco) 61

Chương 4 CÔNG NGHÊÏ VI SINH TRONG XỬ LÝ CÁC CHẤT THẢI 62

I Xử lý nước 62

1 Khái niệm, phân loại, thành phần hoá học của nước thải 62

2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải 62

3 Xử lý nước thải bằng công nghệ vi sinh (CNVS) 63

II Xử lý rác 69

1 Phân loại rác thải 69

2 – Phân huỷ các hợp chất hữu cơ cao phân tử 70

III XỬ LÝ MỘT SỐ CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP NHỜ VSV 73

1 Xử lý phế thải của CN chế biến sữa 73

2 Xử lý phế thải của CNSX các chất tẩy rửa 75

-LỜI TÁC GIẢ

Vi Sinh Vật Học Ưùng Dụng là một trong 5 môn học thuộc hệ thống các giáo

trình của chuyên ngành Ví Sinh Vật Học, tính theo trình tự thời gian mà sinh viên

ngành Sinh Học Thực Nghiệm sẽ được học là:

1 Vi sinh vật học đại cương (năm thứ Hai)

2 Vi sinh vật học ứng dụng (năm thứ ba )

3 Vi sinh y học và miễn dịch học (năm thứ tư )

4 Công nghệ vi sinh (năm thứ tư - tự chọn)

5 Hoạt tính vi sinh vật đất (năm thứ tư - tự chọn)

Vì thế, trong giáo trình này sẽ không nhắc đến những kiến thức đã hoặc sẽ được đề cập trong các giáo trình khác, trừ trường hợp thật cần thiết

Điều kiện tiên quyết là trước khi học giáo trình này sinh viên đã được trang

bị những kiến thức cơ bản về Hoá Sinh, Di Truyền, Sinh Lý Thực Vật Và Vi Sinh

Vật

Mục tiêu của môn học là giúp sinh viên tiếp cận với nhiều hướng ứng dụng

khác nhau của Vi Sinh Học trong đời sống, đồng thời tạo cho sinh viên có thói

quen liên hệ giữa lý thuyết với thực hành – bíêt dùng những kiến thức đã học để

lý giải các hiện tượng diễn ra trong thực tiễn

Trong quá trình giảng dạy, ngoài việc truyền thụ kiến thức, giảng viên sẽ

dành một tỷ lệ thời gian thích hợp để rèn luyện cho sinh viên một số kỹ năng liên

quan đến môn học và đến nghề nghiệp mai sau – ví dụ :

- Kỹ năng thu thập và xử lý tài liệu tham khảo để chắt lọc những thông tin cốt lõi

Kỹ năng xử lý và nhận xét những số liệu thu được qua khảo sát thực nghiệm

Kỹ năng soạn thảo và thuyết trình theo chủ đề (ceminar) v.v…

Về phía người học cũng cần phải hợp tác chặt chẽ với người dậy, chủ động

tham gia vào những hoạt động trên lớp để có được những giờ học tích cực và bổ

ích

Có thể xem những hoạt động trên lớp là cơ hội để sinh viên trau dồi khả

năng tự học, tự nghiên cứu, chuẩn bị tốt cho việc vào đời trong tương lai

Tác giả xin chân thành cám ơn rất mong nhận được những ý kiến đóng góp

của các bạn đồng nghiệp và những ai quan tâm

Th.s Bạch Phương Lan

CHƯƠNG 1 SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN VÀ SINH KHỐI VI

TẢO

I GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG CỦA NẤM MEN

Có thể nói không một loại động vật hay thực vật nào lại chứa trong tế bào một lượng các chất có giá trị dinh dưỡng phong phú như trong tế bào nấm men Người ta có thể tìm thấy trong sinh khối nấm men tất cả các thành phần cần thiết cho sự sống của con người và động vật bậc cao Bởi vậy các loại sản phẩm dinh dưỡng điều chế từ sinh khối nấm men được xem như “một thực đơn lý tưởng”

Nhiều dẫn liệu về tỷ lệ thành phần trong nấm men cho biết như sau

- Protein và các hợp chất chứa Nitơ: 40 -60%

Trong thành phần Protein của nấm men có chứa đầy đủ 20 loại axit amin thông thường, bao gồm cả 9 loại axit amin không thay thế, chúng được phân bố với một tỷ lệ khá cân đối

Ví dụ: (Tính theo trọng lượng khô)

nấm men thì tỷ lệ vitamin B3 cao hơn 5 - 10 lần, tỷ lệ vitamin B4 cao hơn 4 - 6 lần, tỷ lệ vitamin B2 cao hơn 20 - 75 lần Seelay (1981) đã đưa ra những dẫn liệu về hàm

lượng vitamin trong nấm men bia (loài Saccharomyces cerevisiae) như sau:

- Thiamin (B1) 156,0 mg/Kg trọng lượng khô

- Riboflavin (B2) 100,0 -

- Axit Pantotenic (B3) 100,0 -

- Axit Cholic (B4) 710,0 -

- Piridoxin (B6) 020,0 -

- Niaxin (PP) 022,0 -

- Axit Folic 013,0 -

- Inoziton 500,0 -

Ngoài ra còn có Esgosterin, một tiền chất của vitamin D2 Điều đáng chú ý là trong tế bào nấm men có chứa một hệ enzim nội bào và ngoại bào khá đầy đủ, bao gồm các loại quan trọng như: Protease, Pectinase, Amilase, Glucoamilase, Mantase, Lactase Chính sự có mặt của các enzim này đã quyết định các đặc điểm sinh học đặc trưng của nấm men - trong đó có một cơ chế sẽ được đề cập đến ở phần sau, đó là “hiện tượng tự phân của tế bào nấm men” Nấm men có tốc độ sinh trưởng và phát triển mạnh, thời gian thế hệ trung bình là từ 30 - 60 phút Do vậy, việc nhân giống để dùng trong sản xuất rất dễ dàng thuận lợi Trong công nghệ vi sinh, người ta thường sử dụng nấm men theo 3 mục đích chủ yếu: 1 Thu nhận sinh khối tổng cộng (sản xuất cốm bổ, bột dinh dưỡng, proteinthô…) 2 Thu nhận các sản phẩm lên men ( rượu trắng, rượu vang, bia, dịch trái cây lên men )

3 Thu nhận các sản phẩm sinh tổng hợp đặc trưng ( Axit amin, vitamin )

Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về công nghệ thu nhận sinh khối tổng cộng

II - NHÂN GIỐNG VÀ GIỮ GIỐNG NẤM MEN

Theo phương pháp cổ điển, tế bào nấm men dùng làm gốc giống được giữ dưới các dạng sau:

- Ống giống thạch nghiêng

- Giống đông khô dạng bột

- Giống men dạng bột quánh (dạng past)

Từ các giống gốc như trên, trước khi đưa vào sản xuất cần tiến hành “hoàn nguyên “tế bào, tức là cấy chúng trên môi trường dinh dưỡng dạng dịch thể với thành

phần dinh dưỡng tối ưu để đưa chúng trở lại dạng hoạt động, phục hồi hoạt tính giống, sau đó từ giống đã hoàn nguyên người ta tiến hành nhân giống các cấp I, II, hoặc III (tuỳ mức độ cần thiết về số lượng) để có giống sản xuất Bằng các phương pháp trên, quần thể giống đưa vào sản xuất có dạng “tế bào nấm men tự do“ (viết tắt là TBNMTD) Khi dùng TBNMTD như vậy có nhiều hạn chế :

- Giống dễ bị thoái hóa, giảm hoạt tính

- Mỗi quần thể giống chỉ dùng được một lần

- Dịch lên men bị đục nhiều, khâu lắng lọc khá công phu

Trong những năm gần đây, nhờ những tiến bộ vuợt bậc trong công nghệ sinh học, người ta đã đề xuất một phương pháp mới trong việc tạo giống nấm men - đó là kĩ thuật gắn tế bào nấm men trên các giá thể Polymer có phủ các nhóm chức hoạt động bề mặt Tế bào nấm men được gắn cố định trên giá thể như vậy được gọi là quần thể

“Tế bào nấm men cố định” (Viết tắt là TBNMCĐ)

Dùng TBNMCĐ làm gốc giống sẽ khắc phục được các nhược điểm trên, các mảnh giá thể chứa TBNMCĐ có thể tái sử dụng nhiền lần, dịch lên men thường trong Khi sử dụng giống TBNMCĐ trong những cơ sở sản xuất lớn có tốc độ quay vòng nhanh thì hiệu quả kinh tế tăng rõ rệt so với khi dùng phương pháp cổ điển

Các loại Polymer thường được dùng làm giá thể gồm 3 loại:

- Polyethylene (PE)

- Polystyrene (PS)

- Polyvinyl chorid (PVC)

Để tạo nên hoạt tính bề mặt cho các giá thể, người ta phủ trên bề mặt của chúng một loại Monomer thích hợp nhằm mục đích để lộ ra các nhóm chức -COOH hoặc -

NH2 hoặc OH - Các nhóm chức này khi tiếp xúc với quần thể tế bào nấm men sẽ liên kết với các điểm thụ thể (Receptor) trên màng tế bào, nhờ vậy mà tế bào nấm men có thể liên kết bền trên giá thể

Các Receptor trên màng TBNM thực chất là những phân tử Protein xuyên màng, có các đầu chứa các nhóm chức -COOH hoặc -NH2 để lộ trên bề mặt lớp màng sinh chất (Membrane) Những nhóm chức này tạo vị trí tiếp nhận cho những đối tượng nào có các nhóm hoạt động tương ứng (mà trong trường hợp này chính là các mảnh giá thể Polymer đã được phủ các Monomer)

Hai loại Monomer thường được dùng để phủ lên bề mặt các mảnh gía thể Polymer là:

- Methacrylic acid (MAAc) chứa nhóm chức Carboxyl (-COOH)

- Acrylamide acid (Aam) chứa nhóm chức amni (-NH2)

Để tạo nên các mảnh giá thể có nhóm chức hoạt động bề mặt cần tiến hành công đoạn “ghép Monomer” Có nhiều phương pháp khác nhau để ghép, một trong những phương pháp có thể thực hiện khá dễ dàng tại viện Nghiên cứu Hạt nhân (NCHN) Đà Lạt là “Dùng bức xạ γ với nguồn CO 60”

Sau khi đã tạo được giá thể, bước tiếp theo là gắn TBNM vào giá thể Quy trình gắn TBNMCĐ đòi hỏi phải thực hiện qua nhiều công đoạn, với những điều kiện nghiêm ngặt về các mặt:

- Độ trương nước của giá thể

- Độ pH và thành phần dung dịch đệm của môi trường trong đó diễn ra quá trình tiếp xúc giữa quần thể TBNM và giá thể

- Nhiệt độ và tốc độ lắc cần duy trì trong suốt thời gian tiếp xúc

- Khoảng thời gian cần thiết cho quá rình tiếp xúc

- Hoạt tính còn lại của TBNM sau khi được gắn cố định trên giá thể

III- KHẢO SÁT CÁC CHỈ TIÊU SINH HỌC CẦN THIẾT

Để tuyển chọn gốc giống dùng trong sản xuất, trước hết cần xác định “Hoạt

tính sinh học chủ yếu” của các chủng nấm men hiện có

Hoạt tính sinh học chủ yếu của các chủng thể hiện qua hai tiêu chí sau:

1 Hoạt tính nhân lên: Thể hiện qua mức tăng sinh khối tổng cộng, được đánh giá qua 3 chỉ tiêu:

♦ Thời điểm sinh khối đạt cực đại (tính bằng giờ)

♦ Lượng sinh khối tổng cộng tại thời điểm đạt cực đại (tính bằng chỉ số đo độ đục D%)

♦ Mức tăng sinh khối, thể hiện qua độ chênh lệch về chỉ số độ đục giữa thời điểm đạt cực đại so với lúc bắt đầu nuôi cấy (tính bằng số lần)

2 Hoạt tính lên men: (bằng phương pháp Durgham)

Thể hiện qua chỉ số sinh CO2, được đánh giá qua 2 chỉ tiêu:

♦ Thời điểm tạo bọt khí CO2 đầu tiên (giờ)

♦ Độ nổi tối đa của phao Durgham (Lf)

Giống nấm men được dùng trong sản xuất bao gồm 6 chủng thuộc giống

Saccharomyces cerevisae

Những phương pháp dùng trong khảo sát:

a Thử khả năng lên men của giôáng gốc bằng phương pháp Durgham:

ª Nguyên tắc:

Dựa vào lượng CO2 thoát ra trong quá trình nuôi cấy để đánh giá tốc độ lên men của quần thể tế bào

ª Cách tiến hành:

• Chọn một loạt các ống nghiệm có độ dày đồng nhất và có dung tích bằng nhau, trên thành ống đã có vạch chia độ

• Cho vào mỗi ống 5ml môi trường Hansen

• Thả vào đáy mỗi ống một chiếc phao Durgham (phao Durgham đặt mua của Viện Vaccin Đà Lạt)

• Cấy một lượng xác định giống tế bào nấm men vào các ống, duy trì nhiệt độ từ 30 - 320C Theo dõi các chỉ tiêu:

♦ Thời điểm tạo bọt khí CO2 đầu tiên

♦ Độ nổi tối đa của phao Durgham (được ký hiệu là Lf)

b So độ đục trên máy so màu quang phổ hấp phụ (Electrophotometre)

ª Cách tiến hành:

• Hỗn dịch nấm men nuôi cấy trên môi trường Hansen được pha loãng đến độ pha phù hợp cho việc sử dụng máy Đổ mẫu đã pha loãng vào Cuvet, đưa vào máy

• Cho ánh sáng có bước sóng 520λ đi qua dung dịch Chùm tia sáng gặp dung dịch sẽ bị hấp phụ một phần và bị tán xạ, chỉ có một phần xuyên qua Kim đồng hồ cho biết phần ánh sáng đã bị ngăn cản không đi qua hỗn dịch Bằng cách này chúng ta biết

được “độ cản quang“ của dung dịch, tính theo %, được ký hiệu là “D” - đó cũng chính là Chỉ số độ đục của quần thể tế bào Độ đục càng cao chứng tỏ lượng sinh khối càng

lớn, số tế bào trong quần thể càng nhiều

3 Định lượng đạm Amin trong dịch nuôi cấy bằng phương pháp Formol

(lượng đam Amin tỷ lệ thuận với lượng sinh khối, đồng thời phản ánh chất lượng dinh dưỡng của dịch sinh khối)

ª Mục đích:

Xác định lượng đạm có mặt trong dịch sinh khối dưới dạng các axit amin tự do

ª Nguyên lý: Nitơ có thể phản ứng với formol trong môi trường kiềm để hình

thành dẫn xuất Metylen - Aminoaxit khiến cho nhóm chức Carboxyl trong phần tử được “bộc lộ chức năng axit” làm cho môi trường mang tính axit Dùng NaOH chuẩn độ để từ đó suy ra lượng axit amin có trong môi trường

ª Các phản ứng: ( xảy ra ở điều kiện pH = 9 )

ª Cách tiến hành:

Bố trí song song một bình thí nghiệm (TN) và một bình kiểm tra (KT)

 Bình TN:

• Hút chính xác 10ml dịch sinh khối nấm men cho vào bình tam giác

• Thêm 5ml formol, nhỏ vài giọt phenolphtalein để làm chỉ thị màu

• Lắc đều bằng máy khuấy từ từ cho đến khi kim chỉ pH ổn định

• Nhỏ từ từ từng giọt NaOH 0,1N cho đến khi có màu hồng nhạt (ứng với pH 8,8) Lắc đều, nhỏ tiếp NaOH 0,1N cho đến khi có màu hồng đậm và bền (ứng với pH

9 - 9,1)

• Dùng HCl 0,1N chuẩn độ ngược trở lại cho đến pH trung tính

Trong đó: V1: Tổng lượng NaOH 0,1N dùng để chuẩn độ bình TN

V2: Tổng lượng HCl 0,1N dùng để chuẩn độ bình TN

V1’: Tổng lượng NaOH 0,1N dùng để chuẩn độ bình KT

V2’: Tổng lượng HCl 0,1N dùng để chuẩn độ bình KT

a: Lượng mẫu dùng để chuẩn độ

4.Xác định hiệu quả của các tác nhân kich thích QT tự phân

Thử nghiệm hai loại tác nhân, với 2 nồng độ tương ứng, đã được nhiều tác giả

thừa nhận là có hiệu quả cao nhất, đó là NaCl 5% và Toluen 1%

Dịch sinh khối của chủng giống NM sau 18 giờ nuôi cấy trên môi trường nước chiết tự nhiên, được thu lại để trong 9 bình cầu, mỗi bình chứa 1 lít hỗn dịch, chia làm 3 lô, mỗi lô 3 bình:

♦ Lô TN1: Cho tiếp xúc với NaCL 5%

♦ Lô TN2: Cho tiếp xúc với Toluen 1%

♦ Lô ĐC: Không cho tác nhân (Đối chứng)

Duy trì ở 400C, lắc 150vòng/phút Hiệu quả của quá trình tự phân được đánh giá qua chỉ số và hàm lượng đạm amin trong hỗn dịch Tại các thời điểm cách đều lấy mẫu để định lượng đạm amin (xem bảng 1)

Bảng1: So sánh hiệu quả của 2 loại tác nhân kích thích tự phân được dùng

trong khảo sát

Thời điểm Hàm lượng đạm amin ( mg/100ml )

lấy mẫu

(giờ)

Dùng NaCl 5%

DùngToluen 1%

Từ số liệu bảng 1 cho thấy:

1/ Tại thời điểm cực đại hàm lượng đạm amin ở hai lô TN đều cao hơn rõ rệt

so với lô ĐC So sánh giữa hai loại tác nhân thì hiệu quả của NaCl tỏ ra cao hơn so với

Toluen

2/ Hàm lượng đạm amin ở cả 2 lô thí nghiệm đều tăng cao ở thời điểm 5 giờ, rồi

hạ xuống Sau đó thực sự đạt cực đại vào lúc 20 giờ Trong khi đó ở lô ĐC hàm lượng

đạm amin đạt cực đại vào lúc 5 giờ rồi giảm liên tục

Ở đây chúng ta gặp một hiện tượng khá lý thú là đồ thị tự phân của cả hai loại

tác nhân đều chia làm hai vùng, với 2 giá trị cực đại (Vùng I đạt gía trị cực đại lúc 5

giơ, Vùng II đạt giá trị cực đại lúc 20 giờ )

Theo lý giải của một số chuyên gia về lĩnh vực này thì tại điểm cực đại thứ nhất

các tác nhân chưa thể hiện tác dụng, đạm được tích luỹ trong môi trường theo cơ chế

trao đổi chất tự nhiên chính vì vậy chỉ số đạm ở cả 3 lô không có sự sai khác đáng kể

Điểm cực đại thứ hai mới là kết quả thật sự của sự kích thích tự phân nhờ tác động của

các tác nhân Ở vùng thứ 2 này, do tác dụng kích thích, các enzim phân giải của tế bào bắt đầu hoạt động mạnh, một loạt các hệ enzim (mà quan trọng nhất là phức hệ Proteaza A, Proteaza B, Proteaza C) được giải phóng vào môi trường, chúng được hoạt hóa và bắt đầu phân giải các sản phẩm TĐC của quần thể tế bào

Số liệu về biến thiên đạm Amin khi dùng Nacl 5% được biểu diễn trên đồthị 2

Đồ thị 2: Diễn biến hàm lượng đạm Amin trong dịch tự phân bằng

Trên đồ thị, 2 vùng đưọc phân chia như sau:

+ Vùng 1: Diễn ra từ lúc bắt đầu tiếp xúc với tác nhân, kết thúc ở thời điểm 15 giờ, đạt cực đại tại thời điểm 5 giờ với lượng Amin là 81,6 mg%

+ Vùng 2: Bắt đầu vào thời điểm 16 giờ sau khi tiếp xúc với tác nhân, đạt cực đại vào lúc 20 giờ, vơí hàm lượng Amin là 88,2% ( trong khi ở lô đối chứng, hàm lượng Amin chỉ còn lại 66,5 mg%)

Dịch sinh khối qua tự phân này dùng để thay thế bột tôm ( trong bánh phồng tôm) Do vậy, nó chính là nguồn đạm cho loại thực phẩm cao cấp này

IV- ỨNG DỤNG CƠ CHẾ TỰ PHÂN ĐỂ SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN DƯỚI DẠNG BỘT DINH DƯỠNG VÀ CỐM BỔ

1 Cơ sở lý thuyết

Tế bào nấm men, như đã nói trên, chứa đựng trong nó một lượng vật chất vô cùng phong phú và quý giá đối với con người Song, do màng tế bào của chúng có một lớp vỏ bảo vệ vững chắc nên nếu dùng dịch khối chứa những tế bào nguyên vẹn làm thức ăn cho trẻ em, người già, người bệnh thi sẽ gặp một trở ngại là những cơ thể này khó hấp thụ, khiến cho giá trị dinh dưỡng thực sự của chế phẩm bị giảm sút đáng kể

Xuất phát từ những hiểu biết về một hiện tượng sinh học đặc trưng của nấm men

“đó là hiện tượng tự phân” Người ta nghĩ đến việc dùng tác nhân để kích thích cho quá trình tự phân này diễn ra sớm và nhanh hơn, giúp cho các thành phần dinh dưỡng trong tế bào được giải thoát ra môi trường Chế phẩm sinh khối sau tự phân sẽ trở nên dễ hấp thụ, phù hợp vớinhu cầu tiêu hoá của cơ thể, nhờ vậy tăng giá trị dinh dưỡng của chế phẩm

Có thể hình dung cơ chế của sự tự phân như sau:

Bình thường, nếu không có sự tác động nào từ bên ngoàithì quần thể tế bào nấm mễn sinh trưởng và phát triển theo quy luật 4 pha:

- Pha tiềm tàng ( lag phase)

- Pha cấp số ( logarit phase)

- Pha ổn định ( EQ phase)

- Pha tử vong (Stop phase)

Khi quần thể đã tiến đến pha tử vong thì sẽ xảy ra hiện tượng tự phân: Lúc này,

do chất dinh dưỡng cạn kiệt, trạng thái tế bào già cỗi, các enzym phân giải có trong nội bào (mà quan trọng nhất là hệ protease) hoạt động mạnh Chúng phân giải phá huỷ các thành phần cấu trúc nội bào làm vỡ màng tế bào để giải thoát các sản phẩm phân giải

đi ra ngoài

Như vậy hiện tượng tự phân diễn ra trong tự nhiên vào giai đoạn chót của sự sống của quần thể tế bào nấm men – do vậy lúc này nhiều sản phẩm quý đã hao hụt, chất lượng của sinh khối kém nhiều

Khi dùng một tác nhân bên ngoài để chủ động kích thích quá trình tự phân, giúp cho hiện tượngphân giải và phá vỡ màng tế bào diễn ra sớm hơn ( vào giai đoạn pha cấp số), chúng ta sẽ thu được một chế phẩm sinh khối chứa toàn những tế bào trẻ, khoẻ, có trạng thái sinh lý tối ưu và có thành phần dinh dưỡng đầy đủ nhất Sử dụng dịch sinh khối sau tự phân để làm cốm bổ hoặc bột dinh dưỡng sẽ tốt hơn nhiều so với sử dụng sinh khối nguyên vẹn

Để thực hiện việc chủ động kích thích quá trìnhtự phân người ta đã làm được 2 loại tác nhân thích hợp, không gây độc hại cho người dùng và không làm cho chế phẩm có mùi khó chịu – đó NaCl 5% và Toluen 1%

Tác dụng của NaCl là gây co nguyên sinh, phá vỡ sự cân bằng áp suất thẩm thấu khiến cho các chất trong nội bào bị đẩy ra môi trường.Dịch sinh khối có chứa NaCl với tỷ lệ 5%, sau đó được hấp thụ vào các giá thể dạng bột sẽ chỉ để lại vị mặn vừa đủ đậm, nhợp với khẩu vị người dùng Do vật đây là một tác nhân thích hợp

Touen có tác dụng hoà tan thành phần lipit trong cấu trúc tế bào, khiến cho quá trình thẩm lọc của màng bị rối loạn, nhờ thế các thành phần của màng bị rối loạn, nhờ thế các thành phần nội bào được tự do thoát ra ngoài Toluen có đặc tính là dễ bay hơi ở nhiệt độ cao, do vậy sau khi hoàn thành chức năng tự phân, có thể dùng biện pháp đun nhẹ để làm bay hơi hết toluen ra khỏi chế phẩm

Từ những kết quả thực nghiệm thu được đã cho phép chúng tôi rút ra một số kết luận có ý nghĩa cho thực tiễn như sau:

Trong quy trình sản xuất sinh khối nấm men ( để làm cốm bổ và bột dinh

dưỡng) thì thời điểm thích hợp nhất để cho tác nhân tự phân tiếp xúc với quần thể nấm men là khoảng 18 – 20 giờ kể từ khi bắt đầu nuôi cấy Lúc này mật độ tế bào cũng như lượng sinh khối tổng cộng đạt giá trị cực đại; Trạng thái sinh lý tế bào ở mức tối ưu, quần thể tế bào đang ở trong pha logarit

Thời điểm thích hợp nhất để kích thích quá trình tự phân và tiến hành thu sản phẩm là vào lúc 20 – 22 giờ kể từ khi cho tiếp xúc với tác nhân Lúc này hàm lượng đạm amin trong chế phẩm đạt cực đại

Để nâng cao hiệu quả kinh tế và hạ giá thành sản phẩm, trong việc sản xuất sinh khối nấm men nên dùng các loại nước chiết tự nhiên và dịch rỉ đường để pha môi

trường sản xuất Những loại nước đã được dùng và đã cho kết quả cao bao gồm:

- Nước chiết khoai tây

- Nước chiết cà rốt

- Nước chiết nhộng tằm

Khi dùng môi trường pha chế từ các loại nước chiết trên quần thể nấm men đã phát triển rất mạnh

Dịch rỉ đường cũng là một cơ chất rất thích hợp với sự sinh trưởng và phát triển của quần thể tế bào nấm men Song cần loại màu, loại cặn và loại tạp trước khi pha môi trường Biện pháp xử lý rỉ đường đơn giản nhất là:

- Dùng gelatin hoặc lòng trắng trứng để lắng cặn và lọc trong rỉ đường bằng phương pháp tủa lôi cuốn

- Tiếp đó, lọc qua than hoạt tính để loại màu

2 Quy trình công nghệ

Quá trình sản xuất cốm bổ và bột dinh dưỡng từ sinh khối nấm men qua quá trình tự phân gồm các giai đoạn chính như sau:

- Cấy truyền và nhân giống nấm men trên các môi trường thạch hoặc dịch thể ( được pha chế theo công thức 1,2,3)

- Điều chế dich sinh khối bằng cách nhân giống trên môi trường sản xuất (pha theo công thức 4) – thông khí liên tục bằng cách lắc hoặc sục không khí

- Cho tiếp xúc với tác nhân tự phân (NaCl 5%)

- Hấp thụ dịch sinh khối sau tự phân vào chất phụ gia

- Gia công chế biến, sấy khô, đóng gói

• Công thức môi trường để nuôi cấy & nhân giống nấm men

ª Môi trường Hansen: (dùng trong phân lập, nhân giống, lập đồ thị sinh

trưởng, thử hoạt tính giống)

K2HPO4 3g MgSO4.7 H2O 2 -5 g Nước 1 lit Agar 20g

Môi trường 4 (Môi trường sản xuất)

Khoai tây 250 g (gọt vỏ, đun lấy nước chiết) Cà rốt 250 g (gọt vỏ, đun lấy nước chiết) Giá đậu 250 g (gọt vỏ, đun lấy nước chiết) Bột nhộng tằm 20 g (rang, sấy khô)

Dịch rỉ đường đã xử lý 10% (tổng thể tích môi trường)

♦ Nước chiết 200 gam giá đậu

♦ Nước chiết 200 gam khoai tây

♦ Nước chiết 200 gam carốt

♦ Nước chiết 100 gam nhộng tằm

♦ Dịch rỉ đường đa xử lý, bổ sung nước máy đến đủ 1 lít

Ghi chú: Dịch rỉ đường được xử lý qua hai giai đoạn

1 Lắng cặn, lọc trong bằng phương pháp tủa lôi cuốn, Chất gây tủa là Zelatin hoặc lòng trắng trứng Thực hiện trong điều kiện 70 - 800C

2 Loại màu: Bổ sung H2SO4 đậm đặc với tỷ lệ 2 - 4 ml/1kg rỉ đường (đã pha loãng cho đến nồng độ 12 - 14%) - Cho chảy qua cột thủy tinh có chứa hai lớp Than hoạt tính và Bông thủy tinh

* Sơ đồ sản xuất cốm bổ bằng dịch sinh khối nấm men qua tự phân

Chủng giống gốc Saccharomyces

Nhân giống các cấp

Giống gốc

Giống sản xuất

Môi trường sản xuất + 28 – 32

0 C + 18 giờ Lắc 150 vòng/phút

+ 40 0 C/20 giờ + Lắc 150 vòng/phút Tác nhân tự

Cốm tươi

+ Sấy khô + Đóng gói Cốm thành phẩm

V - SẢN XUẤT SINH KHỐI VI TẢO

1 Đặc điểm chung

- Vòng đời ngắn, điều kiện phát triển đơn giản

- Sinh khối có thành phần hoá học phong phú

- Năng suất quang hợp cao

- Công nghêï nuôi trổng dễ điều khiển

- Thích hợp với SX công nghiệp

2.Nuôi trồng Lục Tảo đơn bào (Chlorella)

- Tảo nước ngọt, nguồøn gốc ôn đới, tế bào hình cầu, màu xanh lục

- Sử dụng trong các mục đích:

+ Điều chế thức ăn tổng hợp cho người + Dựơc phẩm ,

- Thích hợp với khoảng nhiệt độ 20-25o c, pH thấp

- Nguồn đạm chủ yếu là Ure, nguồn các bon chủ yếu là CO2

- Trong sản xuất sinh khối Lục tảo thường dùng môi trường có chứa 1% Ure , bổ sung acid acetic 1-3 g/ lít, nuôi trong những bể xi măng có nắp che mưa nhưng phải bảo đảm có đủ nắng đẻ quang hợp Thay dịch môi trường mỗi ngày một lần, xục khí liên tục

- Thành phần cấu trúc nội bào: giàu protein và vitamin, có các họat chất dược liệu quý (chống ung thư, giảm cholesteron, an thần nhẹ )

• Dẫn liệu phân tích thành phần Axit Amin trong Lục tảo như sau:

Arginin Hístidin Isoluecin Leucin Lyzin Methionin Phenylalanin Threonin Tryptophan Valin

2,29 o,29 1,69 1,99 2,43 0,57 2,14 1,91 o,41 2,61

3 Nuôi trồng Tảo xoắn đa bào (Spirulina)

- Tảo nước mặn, nguồøn gốc nhiệt đới, thích hợp với khoảng nhiệt độ 30-35o c

- Nguồn các bon chủ yếu là CO2 và HCO3–

- Sử dụng trong các mục đích:

+ điều chế Linavina, Lactozyl, Pirulamin( chữa suy dinh dữơng ở trẻ em tăng lượng sữa cho sản phụ)

+ SX thức ăn cho ấu trùng tôm

+ Xử lý nước thải (làm sạch các Ion kim loại nặng)

Thành phần cấu trúc nội bào của Spirulina

Thành phần Hàm Lượng

(%chất khô)

Protein 59,94 Gluxit 12,50

Lipit 01,12 A.Nucleic 04,29 Tro 10,23

Thành phần Hàm Lượng

Carotenoid 2,10 (mg/g) Chlorophyl 1,70 (mg/g) Vitamin B12 0,4-1,3 (µ g/g) Vitamin A 0,3-0,6 (µ g/g)

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VI SINH TRONG BẢO

QUẢN VÀ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

I Ô NHIỄM THỰC PHẨM VÀ HẬU QUẢ

1.Khái niệm chung

Thực phẩm nói chung, đặc biệt là các loại giàu đạm, thường rất dễ bị ô nhiễm Tác nhân gây ô nhiễm bao gồm trước hết là vi khuẩn, sau đến nấm mốc và nấm men, khi xâm nhập vào khối nguyên liệu, thoạt đầu chúng sẽ phát triển về mặt số lượng, tiếp đó tiết ra các sản phẩm thải, làm biến đổi màu sắc, mùi vị của nguyên liệu, dẫn đến hư hỏng hoặc giảm phẩm chất của thực phẩm

Các dạng hư hỏng thực phẩm thường gặp là: hoá nhầy, lên men chua, lên men thối, lên mốc xanh hoặc mốc vàng, biến sắc , có mùi hôi v.v…

Riêng đối với thực phẩm giàu đạm thì dạng thường gặp nhất là bị thối và ôi thiu do vi khuẩn Các loại vi khuẩn gây ôi thiu chia làm hai loại:

- Loại có khả năng tiết ra nhiều enzyme hỗn hợp, có thể phân huỷ được tất cả các loại cao phân tử protein, glucid, lipid có trong nguyên liệu

- Loại chỉ có khả năng tiết ra một hoặc vài loại enzyme riêng rẽ, do vậy chỉ phân huỷ được một thành phần nhất định có trong nguyên liệu

* Hầu hết các loại VSV gây ô nhiễm thực phẩm đều đồng thời là tác nhân gây bệnh cho ngưới – đặc biệt là đối với các bệnh đường rụột, (như tả, lỵ, tiêu chẩy, thương hàn, ngộ độc thức ăn, đầy hơi chướng bụng …)

* Một số loại Mốc tiết độc tố vào lương thực- thực phẩm, gây bệnh cho người ăn

Ví dụ :

- Aflatoxin , gồm 20 loại khác nhau (Loại B1 và M1 do Aspergilus flavus, gây viêm gan và ung thư gan cho người, bò, cừu, heo Loại T2 do Fusarium culmorum, gây xuất huyết, giảm hồng cầu, teo tuỷ sống…) Nguồn lây là ngũ cốc

bị mốc và sữa của các con vật nhiễm bệnh có chứa độc tố

- Các Alcaloit (Egostamin, axit secalonic do Claviceps pupurea, gây co

mạch ngoại vi, hoại tử TB gan, teo cơ và gây bệnh nấm cựa)

- Ochatoxin do Alterneria, gây ung thư và ngộ độc thức ăn.

Vì những lý do trên, chống ô nhiễm thực phẩm chính là một khâu quan trọng trong bảo vệ môi trường đất – nước – không khí và đồng thời cũng là một khâu có

ý nghĩa quyết định trong công tác bảo vệ sưc khỏe cộng đồng

2 Tác nhân gây ô nhiễm thực phẩm:

* Tác nhân hoá lý

- Chất bảo quản

- Chất phụ gia

- Chất nhuộm màu

- Kim loại nặng

- Nhiệt độ, độ ẩm

* Tác nhân sinh học

- Enzime có trong nguyên liệu

- Các vi sinh vật xâm nhập

* Các con đường gây ô nhiễm thực phẩm:

- Súc vật bị bệnh

- Môi trường ô nhiễm

- Chế biến không đúng quy cách VSATTP:

+ Nguồn nước dùng trong chế biến không sạch

+ Tay chân quần áo người chế biến

+ Dụng cụ dùng giết mổ gia súc

+ Sử dụng chất phụ gia bừa bãi

- Bảo quản không đúng quy cách VSTP:

+ Bao bì dụng cụ chứa đựng

+ Dùng hóa chất bảo quản quá liều lượng cho phép

Sơ đồ: Các con đường gây ô nhiễm thực phẩm

MỠ Ô nhiễm nước,

không khí

-Vệ sinh cá nhân tay người lành mang trùng

- Dụng cụ mất vệ sinh

- Điều kiện mất vệ sinh

- Không che đậy

- Ruồi bọ

NẤU

KHÔNG KỸ

Nhiễm vào thực phẩm

Người ăn

Nhiễm vào thực phẩm

Nhiễm vào thực phẩm

3 - Những bệnh nhiễm khuẩn do ăn thức ăn bị nhiễm khuẩn

- Bệnh do Vibriocholerae: Vi khuẩn gây bệnh tả ở cá và các loại thủy sản có

vỏ giáp ( như tôm, cua, ghẹ, sò, ốc ) đánh bắt từ nguồn nước bị ô nhiễm Nguyên nhân ô nhiễm nước là do ao hồ, sông, rạch thường là nơi chứa đựng các loại phân rác, nước, cống, nước thải từ các khu dân cư đổ vào mà không qua xử lý

- Bệnh do Salmonella: Vi khuẩn gây bệnh thương hàn Loại vi khuẩn này có

khả năng thích nghi cao và có sức chống chịu tốt với các yếu tố ngoại cảnh Ở nhiệt độ bình thường nó có thể tồn tại trong phân, bụi, rác tới ba tháng Ở nhiệt độ từ 6 - 120C nó có thể tồn tại trong thực phẩm 4 – 8 tháng Ngoài ra

Salmonella có khả năng chịu mặn hơn hẳn các vi khuẩn gây bệnh đường ruột khác Thịt động vật thường bị nhiễm Salmonella dưới hai hình thức:

+ Gây nhiễm động vật sống

+ Gây nhiễm thịt sau khi bị giết và qua chế biến

- Bệnh do Shigella: Vi khuẩn gây bệnh lỵ trực trùng Nguồn truyền bệnh là

các thức ăn chín và các thức ăn nguội thuộc loại thịt, sữa Riêng loài Shigella sonei còn có thể phát triển được ở các loài thức uống

- Bệnh do E.coli: Vi khuẩn gây bệnh tiêu chảy ở trẻ em và nhiễm huyết ở

trẻ sơ sinh Đây là nhóm vi khuẩn gây bệnh có điều kiện nghĩa là bình thường chúng có thể tồn tại trong đất, nước, không khí, sống hoại sinh, không gây bệnh Chỉ khi gặp những điều kiện nhất định và thích hợp một số loài trong chúng mới trở thành gây bệnh

- Bệnh do Proteus: Gây ngộ độc thức ăn dạng dị ứng Proteus là một dạng vi

khuẩn gây bệnh có điều kiện, chúng thường xuyên cư trú ở ruột người và động

vật ở dưới dạng vô hại; khi cơ thể suy yếu chúng sẽ lập tức phản chủ và gây

bệnh Nếu mầm bệnh là P morganni thì khi vào cơ thể chúng sản sinh ra nhiều

chất Histamin gây nổi mẩn, ngứa ngáy toàn thân đó chính là hiện tượng dị ứng

do ô nhiễm thực phẩm

- Bệnh do Vibrio parahaemolyticus: Vi khuẩn gây viêm dạ dày và viêm

ruột, là vi khuẩn ưa mặn thường có ở nước biển và nước lợ Nguồn lây nhiễm chủ yếu là các loài tôm, cua, ghẹ, cá nhuyễn thể vùng ven biển Ngoài ra, các bể nuôi tôm nhân tạo cũng hay bị ô nhiễm loại vi khuẩn này

- Ngộ độc thức ăn do độc tố gây viêm ruột của tụ cầu vàng (Staphyloccocus

aureus): Tụ cầu vàng thường cư trú trong mang cá, ở da và niêm mạc của bò (

nhất là những con bò bị viêm tuyến vú ) Các loại thức ăn nhiễm tụ cầu vàng gồm: sữa, các sản phẩm chế biến từ sữa, các loại bánh kẹo có kem, cá hộp và cá khô phơi không kỹ Tụ cầu vàng giữ nguyên khả năng gây bệnh trong hai tháng ở điều kiện nhiệt độ thấp

- Ngộ độc thức ăn do độc tố của vi khuẩn gây nhiễm độc thịt (Clostridium

botulinum ): Các vụ ngộ độc này ít xảy ra nhưng khi đã xảy ra thì tỷ lệ tử vong

cao Vi khuẩn này có khả năng tạo thành nha bào ( hay bào tử ) do vậy sức chịu nhiệt rất cao Độc tố của nó cũng độc hơn so với các loại độc tố của vi khuẩn khác Khi đun sôi 100oC với thức ăn bị nhiễm Cl.botulinum vẫn không giết được

toàn bộ các nha bào của chúng, muốn bảo đảm tuyệt đối an toàn cần đun sôi liên tục 3 giờ

Sơ đồ: Cơ chế gây nhiễm và lây lan của vi khuẩn

Thực phẩm ban

đầu

Gây nhiễm

Gây ô

nhiễm

Người lành mang mầm bệnh Người bệnh

Người dùng

Sản phẩm ô nhiễm

Môi trường ô nhiễm (Đất, nước, không khí )

(Không hợp vệ sinh)

Chế biến Bảo quản

Đào thải qua phân Đào thải qua phân

4.Cơ chế sinh hoá của quá trình gây hư hỏng thực phẩm

Quá trình hư hỏng thực phẩm luôn bắt đầu ở bề mặt nguyên liệu, sau mới đi dần vào bên trong Thường trong giai đoạn đầu các vi sinh vật chứa Enzyme hỗn hợp sẽ nhân lên trước và hoạt động mạnh mẽ để “khai phá” nguyên liệu, sau đó đến lượt các các vi sinh vật chứa Enzyme đơn tiến hành phân huỷ nguyên liệu một cách mạnh mẽ và triệt để Cùng với các Enzyme do VSV tiết ra thì đồng thời những Enzyme có sẵn trong bản thân khối thực phẩm cũng bị kích hoạt và tham gia vào các phản ứng phân huỷ, làm tăng tốc độ hư hỏng của nguyên liệu

• Nguyên liệu giàu đường sẽ bị lên men chua, mốc xanh, mốc vàng

• Nguyên liệu giàu đạm có cơ chế phức tạp hơn, diển biến như sau :

Đầu tiên, các vi khuẩn tiết Enzim proteaza ngọai bào sẽ phân cắt các phân tử

protein tự nhiên thành các chuỡi peptit mạch ngắn Tiếp đó, chúng tiết ra các

Enzim peptidaza phân hủy chuỗi peptit thành các acid Amin tự do Cuối cùng, các acid amin bị phân huỷ thành CO 2 , NH 2 , acid hữu cơ, hoăc các hợp chất amin Tuỳ

điều kiện bảo quản, giai đoạn cuối diễn ra theo một trong hai con đường sau :

Trong điều kiện hiếu khí:

hơn, mùi hôi nặng hơn do sự có mặt của các sản phẩm như indol, skatol , phenol,

H 2 s

II CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN THỰC PHẨM

Bảo quản thực phẩm là tìm cách ngăn chặn, trấn áp và tiêu diệt các VSV gây nhiễm, đồng thời hạn chế đến mức tối đa các quá trình sinh hoá diễn ra trong khối nguyên liệu, trên cơ sở đó nhằm tới mục đích cuối cùng là giữ nguyên trạng thái và phẩm chất ban đầu của thực phẩm hoặc chuyển về một dạng mới, thơm ngon hơn dễ vận chuyển hơn, mà vẫn đảm bảo giá trị dinh dưỡng vốn có của nó Thường trong quá trình chế biến đã đồng thời bao hàm cả các biện pháp bảo quản; ngược lại, khi áp dụng các biện pháp bảo quản đồng hời cũng bao hàm cả tính chất chế biến

Có thể nói, ngày nay nhiều thành tựu của nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật khác nhau đã được áp dụng một cách có hiệu quả cho mục đích bảo quản và chế biến thực phẩm

Có rất nhiều phương pháp bảo quản thực phẩm, song nhìn chung các phương pháp đều tuân thủ theo một trong 3 nguyên tắc chính sau:

1- Nguyên tắc Bioza (Bios = sự sống)

Theo nguyên tắc này thực phẩm được cất giữ ở điều kiện vệ sinh cao, với môi trường vô trùng tuyệt đối để luôn luôn giữ nguyên trạng thái tươi sống ban đàu của nguyên liệu

Ví dụ: Để Suplơ, cải bắp, cà chua v.v… trong nhà kính vô trùng, có máy

điều hoà nhiệt độ được giữ ở 10 - 15oC

Để thịt lợn, thịt bò tươi trong phòng mát, vô trùng luôn giữ nhiệt độ 0oC - 100C Các phương pháp này không thích hợp với điều kiện nhiệt đới, lại đòi hỏi thiết bị đắt tiền, do vâïy ở Việt Nam rất ít ứng dụng

2 - Nguyên tắc Abioza (Abiosis = không sống)

Theo nguyên tác này người ta dùng những biện pháp đình chỉ hoàn toàn sự sống của vi sinh vật gây nhiễm; Dưới tác dụng của các yếu tố diệt khuẩn như vậy thì bản thân khối nguyên liệu được bảo quản cũng thay đổi trạng thái, không còn tươi sống nữa Thuộc nguyên tắùc này có ba phương pháp dược sử dụng:

a Thanh trùng ở nhiệt độ cao

Dưới tác dụng của nhiệt, hoặc chính các tế bào của VSV bị tiêu diệt; hoặc các enzym quan trọng của chúng bị bất hoạt, do vậy không gây nhiễm được Phương pháp này còn đựơc gọi la ø”Sử dụng quá trình nhiệt nóng” Tùy loại thực phẩm người ta có thể thực hiện việc khử trùng nguyên liệu ở ba khoảng nhiệt độ khác nhau Kéo dài trong những khoảng thời gian nhất định

Ví dụ: - Với loại thực phẩm có nhiều đừơng bột, dễ bị cháy cần duy trì ở 80 –

900C, trong 30 – 45 phút

- Với những nguyên liệu dạng đạm duy trì ở 90 –1000C trong 45 – 60 phút

- Với những dạng đồ hộp hoặc vỏ giáp cứng có thể duy trì ở 110 –1500C và áp suất từ 1,2 – 1,5 at v.v…

b Chiếu xạ và siêu âm

Các tia hồng ngoại, tử ngoại; Các tia bức xạ dạng α, β, γ, X, vv… gây oxy hoá hoặc ion hoá, do đó tạo ra một trong những hiệu quả sau đối với VSV gây nhiễm:

- Thay đổi thành phần cấu trúc tế bào

- Phá vỡ màng

- Bất hoạt hệ Enzyme

- Sóng siêu âm với tần số trên 20.000 Hz phá vỡ màng tế bào

Hạn chế của phương pháp này là giá thành rất cao và đôi khi không an toàn cho người thực hiện cũng như người tiêu dùng, do vậy ít được sử dụng

c Dùng các hoá chất bảo quản

Nhiều loại hợp chất vô cơ cũng như hữu cơ có tác dụng sát trùng Cơ chế tác dụng của nó thể hiện qua nhiều phương thức khác nhau:

- Phá huỷ thành phần cấu trúc tế bào

- Ngăn ngừa sự sinh tổng hợp Enzyme và các Protein cấu trúc khác (theo cơ chế cảm ứng hoặc ức chế)

- Gây rối loạn quá trình thẩm thấu qua màng tế bào

Các loại hoá chất thường dùng gồm:

* Các hợp chất sulfit và bisulfit như K2SO3, Na2SO3, NaHSO3, KHSO3, Ca(HSO3)2 Các chất này thường dùng với nồng độ dưới 3% Tác dụng của nó ức chế quá trình sinh tổng hợp các protein có chứa S (theo cơ chế cảm ứng)

* Các hợp chất Benzoat và các hợp chất Oxy hoá khử

- Axit benzoic C6H5COOH thường dùng với nồng độ dưới 0,2 %

- Benzoat Natri C6H5COONa thường dùng với nồng độ dưới 0,2 %

- Borat Natri (Hàn the) Na2B4O7 thường dùng với nồng độ dưới 0,1 %

- Nitrat Kali KNO3thường dùng với nồng độ dưới 0,1 % Tất cả các hợp chất trên đều gây tác dụng ức chế sự trao đổi chất ở một khâu nào đó Riêng benzoat Natri có tác dụng rõ rệt nhất đối với nấm mốc, nó ức chế chu trình Urê của tế bào

Điều cần lưu ý là những hợp chất trên đều gây độc hại cho người dùng, do vậy không được dùng quá liều quy định

Trong số các hợp chất trên, có một loại mà độc tính của nó rất đáng ngại, nhưng được dùng một cách rộng rãi và tuỳ tiện trong lĩnh vực thực phẩm – đó là hàn the (Borat Natri) Do hàn the vừa có tác dụng chống mốc, chống chua, lại vừa có tác dụng tăng độ dẻo của các nguyên liệu dạng bột nên người ta dùng nó khi sản xuất mì ăn liền, bánh đa, bánh dẻo, cốm bổ v.v… điều này cần khuyến cáo để những người sản xuất thủ công tư nhân có ý thức đúng đắn khi sử dụng hợp chất này

* Ngoài các hợp chất nói trên, đôi khi người ta còn sử dụng vài loại kháng sinh có hoạt tính kháng khuẩn mạnh như Tyrozin, Biomycine v.v… những chất này có tác dụng tốt với vi khuẩn nhưng ít hiệu quả đối với nấm mốc

3 Nguyên tắc Anabioza (= giảm sự sống)

(Anabiosis = dạng sống ngầm = sống tiềm sinh)

Theo nguyên tắc này người ta áp dụng những biện pháp nhằm hạn chế sự phát triển của VSV và hạn chế các hoạt tính của các Enzyme nhưng không giết chết hoặc đình chỉ hoàn toàn

Thuộc nguyên tắc này có 5 biện pháp chính thường được sử dụng

a Ứng dụng quá trình nhiệt lạnh

Phương pháp này còn được gọi là “Lưu giữ thực phẩm ở trạng thái lạnh hay đông lạnh”

- Thực phẩm được giữ ở những nhà lạnh ở nhiệt độ O0C sẽ bảo quản trong vài tháng

Thực phẩm được giữ ở trạng thái đông lạnh tức là ở những căn phòng mà nhiệt độ đựơc giảm từ từ cho đến khi đạt tới –10 0C đến - 200C (nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ đóng băng của nước đá ) Ở nhiệt độ này có thể bảo quản từ 6 tháng đến vài năm

Ơû nhiệt độ thấp sự sinh trưởng và phát triển của VSV tạm ngừng, hoạt động của các Enzyme bị đình chỉ, các quá trình sinh hoá trong thực phâûm bị ức chế; nhưng nếu đem khối nguyên liệu trở về nhiệt độ thường thì mọi hoạt động có thể được hồi phục, bỡi lẽ VSV không bị giết chết (nhất là nấm mốc), nó chỉ giữ ở trạng thái tiềm sinh mà thôi Do vậy thực phẩm đông lạnh khi đã lấy ra khỏi nơi bảo quản cần được sử dụng sớm, trước khi khối nguyên liệu tan giá

b Bảo quản thực phẩm bằng cách phơi hay sấy khô

Phần lớn vi khuẩn chỉ sinh trưởng và phát triển được trong điều kiện tối thiểu

là 30%; nấm mốc thì đòi hỏi môi trường có độ ẩm tối thiểu là 15% Khi đem phơi

hay sấy khô thực phẩm, tức là làm cho độ ẩm của nguyên liệu nhỏ hơn độ ẩm tối thiểu, khiến cho các VSV gây nhiễm không thể phát triển được Nếu sấy hoặc phơi không kỹ, hoặc sau khi phơi, sấy bao gói không tốt để nguyên liệu bị ẩm trở lại thì thực phẩm sẽ bị hư hỏng

Biện pháp này thường được áp dụng đối với các loại hải sản và nấm ăn

c Bảo quản thực phẩm bằng cách tạo áp suất thẩm thấu cao

Khi môi trường bên ngoài có áp suất thẩm thấu cao hơn bên trong tế bào VSV sẽ xảy ra hiện tượng “co nguyên sinh” có nghĩa là nước trong tế bào VSV bị rút ra ngoài, nguyên sinh chất bị đông đặc rồi tách khỏi màng tế bào dần dần chết Để tạo áp suất thẩm thấu cao cho môi trường cần chú ý chọn những tác nhân không gây độc, bỡi vì phải sử dụng một nồng độ khá cao mới đủ ngưỡng bảo quản Thường thường người ta dùng muối ăn (NaCl) và đường kính (Saccharose)

Muối ăn NaCl có tính chất sát trùng nhẹ, hạn chế sự hoà tan Oxy vào môi trường, do vậy kìm hãm hoạt động của bọn VSV hiếu khí Riêng ion Cl- còn có khả năng ức chế Enzyme Protease

Khi dùng muối ăn để bảo quản thực phẩm tức là cùng một lúc tận dụng những hiệu quả sau:

+ Ức chế sự phát triển của VSV do các tinh chất nói trên của NaCl

+ Tạo ra áp suất thẩm thấu cao để gây co nguyên sinh

+ Làm giảm độ ẩm của khối nguyên liệu

Người ta thường áp dụng biện pháp muối muối mặn để cất giữ thịt muối và nấm muối

∗ Dùng đường Saccharose cũng có tác dụng tương tự như muối ăn Khi dùng đường để làm các loại mứt tức là cùng một lúc ứng dụng 3 quá trình:

- Gây co nguyên sinh đối với các VSV đã nhiễm trong nguyên liệu để tiêu diệt chúng

- Làm khô nguyên liệu để khiến cho các VSV mới không đủ độ ẩm để xâm nhập và phát triển

- Dùng nhiệt độ cao (khi nấu mứt) để sát trùng

- Các loại mứt sau khi làm xong nếu được bao gói tốt có thể bảo quản lâu

d Bảo quản thực phẩm bằng acid

Đa số các loại VSV gây nhiễm cho thực phẩm đều hoạt động tốt ở

khoảng pH trên 4,5 , khi pH hạ xuống dưới ngưỡng này chúng ngừng phát triển Ngâm thực phẩm vào acid tức là tạo ra xung quanh khối nguyên liệu một môi trường có pH thấp dưới 4,5

Loại acid thường dùng nhất là acid acetic CH3COOH Ơû nồng độ từ 6 – 10% acid này được gọi là giấm ăn Đôi khi người ta dùng acid Citric hay còn gọi là acid Limonic, tức là loại acid có nhiều trong quả chanh

Biện pháp này được dùng để ngâm chua các loại củ, quả ăn thay rau (như dưa chuột, su hào, củ cải, nấm mỡ v.v…)

Riêng đối với các dạng nguyên liệu có hàm lượng Celluloza cao người ta còn dùng hai loại acid khác là: acid tractic và acid lactic

Công thức hoá học của các loại acid trên như sau:

+ CH3COOH Acid acetic

+ CH3-CHOH-COOH : Acid lactic

Một trong những nguyên nhân gây hư hỏng thực phẩm là do tác dụng của oxy có trong không khí: phân tử O2 khi tiếp xúc với nguyên liệu sẽ tham gia vào các phản ứng Oxy hoá khử làm cho một số thành phần có trong nguyên liệu bị phân giải và biến tính Để khắc phục tình trạng này người ta tìm các biện pháp ngăn cách khối nguyên liệu với không khí, bằng cách dùng một khối lượng khí trơ

N2 được hoá lỏng ở -1270C Cũng có thể dùng một biện pháp thứ hai là điều chỉnh tỷ lệ của bầu không khí trong kho chứa thực phẩm bằng cách giảm thấp lượng 02

và tăng lượng CO2

Khi hạ tỷ lệ O2/CO2 đã cùng lúc tạo ra hai hiệu quả

- Tránh hiện tượng phân huỷ nguyên liệu

- Ức chế sự sinh trưởng và phát triển của bọn VSV hiếu khí

f Bảo quản thực phẩm bằng cách tạo điều kiện cho một quá trình lên men có lợi

Lên men là quá trình chuyển hoá các nguyên liệu dạng glucid thành rợu và acid hữu cơ nhờ hoạt độnh của một số VSV đặc chủng Nếu sản phẩm rượu hoặc acid hữu cơ hình thành là những chất không độc và có hương vị thơm, ngon hợp với sở thích của con người thì chúng được gọi là “những quá trình lên men có lợi”

Tạo điều kiện cho một quá trình lên men có lợi vốn là một phương pháp cổ điển và thường được ứng dụng rộng rãi trong việc chế biến và bảo quản các loại rau quả, nấm ăn, thịt lơn v.v…

Nguyên liệu sau khi trải qua quá trình lên men sẽ trở nên có khả năng “tự bảo quản” – nghĩa là sẽ lưu giữ được lâu mà không bị hư hỏng; đồng thời chúng cũng trở thành những món ăn có hương vị thơm, ngon rất đặc trưng

Nếu biết tạo ra những điều kiện tối ưu cho một quá trình lên men có lợi diễn ra hoàn hảo thì cùng một lúc chúng ta đạt tới những hiệu quả sau:

- Các VSV gây lên men sẽ phát triển mạnh, gây áp đảo về số lượng khiến cho các VSV gây ôi thối bị kiềm hãm, không phát triển được trong khối nguyên liệu

- Các sản phẩm lên men tiết vào môi trường sẽ chuyển nguyên liệu về

trạng thái chín sinh học, tạo ra hương vị thơm ngon, đồng thời góp phần ức chế sự

xâm nhập của các VSV có hại

- Tạo ra độ pH thấp, không thích hợp với bọn VSV gây ôi thối

Biện pháp này đơn giản, rẻ tiền vì không tốn nhiên liệu để sấy, không cần đến các hoá chất đắt tiền và đặc biệt là không gây hại đối với người tiêu dùng, do

vậy đang được áp dụng rộng rãi để bảo quản rau, quả, nấm ăn, thịt động vật Những quá trình lên men có lợi thường dược dùng là Lên men Lactic, Lên men Etilic, Lên men Acetic (xem chương 3)

III SỬ DỤNG NHÓM NẤM MỐC TRONG BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

Dùng biện pháp vi sinh để bảo quản và chế biến thực phẩm tức là sử dụng một nòi vi sinh vật nào đó, có khả năng phân giải nguyên liệu, nhưng chúng không làm hỏng nguyên liệu, mà trái lại, chúng chuyển hoá nguyên liệu sang một dạng sản phẩm khác: thơm, ngon hấp dẫn hơn

Ba nhóm VSV thường được dùng nhiều trong lĩnh vực này là nhóm nấm mốc phân giải protein, nhóm vi khuẩn lên men Lactic và nhóm nấm men

Trong chương này chỉ đề cập đến việc sử dụng nhóm nấm mốc, hai nhóm còn lại dược trình bầy trong các chương khác (Xem chương1 và chương3)

1 Cơ sở sinh học của việc sử dụng nấm mốc trong chế biến

và bảo quản thực phẩm

Nấm mốc thường dùng cho mục đích chế biến các loại nước chấm và món ăn giàu đạm có nguồn từ thực vật, bao gồm: xì dầu, magi, tàu vị yểu, tương, chao… Nguyên liệu khởi đầu của các món ăn trên là đậu tương, đậu nành, đậu phụ, khô dầu lạc (hay còn gọi là khô dầu đậu phộng) Riêng đối với các loại tương thì cần đến một nguyên liệu thứ hai là gạo nếp

Các loại nước chấm thực vật khi được điều chế theo phương pháp Vi sinh vật (nhờ tác dụng của nấm mốc) được gọi chung là "các loại nước chấm lên men" Đối với tất cả mọi người dân, nước chấm thực vật là thức ăn quen thuộc, góp phần làm tăng nguồn dinh dưỡng đạm cho bữa ăn, có tác dụng như những gia vị ngon miệng và kích thích tiêu hoá Riêng đối với những người mà vì bệnh tật hoặc

vì có thói quen ăn chay mà phải kiêng thức ăn động vật thì các loại thực phẩm trên trở thành nguồn cung cấp đạm chủ yếu cho mọi bữa ăn của họ

Để chế biến các loại nước chấm lên men có thể dùng phương pháp lên men tự nhiên theo dân gian - tức là sử dụng chính những nấm mốc du nhập từ không khí vào nguyên liệu một cách tuỳ tiện Làm như vậy có một nhược điểm rất đáng

ngại là không thể kiểm soát được sự gây nhiễm, trong đó có cả những loại phát sinh độc tố Bởi vậy, cách tốt nhất là nên sử dụng các giống thuần đã được kiểm tra kỹ về hoạt tính phân giải nguyên liệu cũng như được đảm bảo rằng chúng không gây độc

Tất cả các giống mốc được đưa vào sản xuất nước chấm lên men cần phải đạt được đầy đủ các điều kiện sau đây:

1) Giống thuần khiết

2) Có khả năng sinh Enzyme Protease với hoạt lực cao

3) Có sức phát triển mạnh, có khả năng lấn át các tạp khuẩn khác

4) Không sinh độc tố Aflatoxin, Ochatoxin …

5) Tạo hương thơm cho sản phẩm

Điều kiện môi trường thích hợp nhất cho sự sinh trưởng và phát triển của các giống mốc phân giải Protein là

- Độ ẩm 45- 50%

- Nhiệt độ 27 - 30oC

- Thời gian 60 - 72 giờ

Tuỳ từng loại nguyên liệu cần chế biến mà người ta sử dụng các chủng giống mốc khác nhau; song nhìn chung, quá trình phát triển của mốc trong nguyên liệu diễn ra theo các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1 (sinh trưởng): sau khi cấy giống vào nguyên liệu từ 8 - 10 giờ mốc bắt đầu phát triển , phân chia và hoạt động hô hấp làm cho nhiệt độ trong khối nguyên liệu tăng dần, nhưng khối lượng khuẩn ty lúc này vẫn còn ít

Giai đoạn 2 (lên meo: sợi mốc (Khuẩn ty) phát triển mạnh, toả nhiệt nhiều hơn làm khối nguyên liệu nóng lên, sợi mốc có màu trắng, kết thành từng tảng và phủ khắp mặt khối nguyên liệu

Giai đoạn 3 (phân giải): Sau 24 giờ bào tử mốc hình thành nhiều và có màu vàng nhạt hoặc hồng nhạt (tuỳ loại giống) Đồng thời lúc này nấm mốc mới bắt đầu tiết vào môi trường các loại enzyme đặc trưng, mà quan trọng nhất là các Protease, các enzyme này hoạt động phân giảinguyên liệu, phân huỷ các mạch peptit của các phân tử protein, giải phóng ra các acid amin tự do Chính vì vậy mà giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu tăng lên, đồng thời nguyên liệu có mùi thơm

đặc trưng Lúc này nguyên liệu đã đạt trạng thái “chín sinh học” Công việc tiếp

theo chỉ còn là chiết rút lấy sản phẩm (nếu cần) rồi lưu giữ và bảo quản

2 Sản xuất nước chấm lên men từ khô dầu lạc

Một trong những loại nước thông dụng nhất là xì dầu Chủng nấm mốc

thường dùng trong sản xuất xì dầu là Aspergillus oryzae và Aspergillus flavus Các

nhà nghiên cứu đã khẳng định rằng, các chủng Asp nói trên, nếu cấy truyền nhiều lần trên môi trường tổng hớp sẽ mất hoàn toàn khả năng sinh độc tố Aflatoxin Mặc dù vậy, để chắc chắn khi sản xuất nên kiểm tra lại độc tính của các chủng giống tại các trung tâm bảo tàng giống đáng tin cậy

Các chủng giống Aspergillus dùng trong sản xuất nước chấm thường tạo

ra 3 loại enzyme quan trọng:

- Hệ enzyme protease

- Hệ enzyme Amilase

- Hệ enzyme oxy hoá khử

Quá trình phân giải nguyên liệu dưới tác dụng của các enzyme trên diễn ra như sau:

* Hoạt động của hệ Protease:

Đầu tiên là hoạt động của Enzyme Protease exopeptidase, pH thích hợp cho hoạt động của chúng là 6,5, lượng Protease exopeptidase đạt cực đại sau khoảng 36 – 42 giờ kể từ khi cấy giống vào nguyên liệu Lúc này Enđopeptdase bắt đầu hoạt động mạnh, chúng tác dụng vào các cầu peptide mạch ngắn trong lòng phân tử, đồng thời các Exopeptidase tiếp tục phân giải để giải phóng ra các acid amin đơn phân tử Hoạt động của hệ protease càng mạnh thì sự phân giải nguyên liệu càng triệt để và hàm lượng đạm amin trong nuyên liệu càng cao, điều đó có nghĩa là giá trị dinh dưỡng của sản phẩm càng lớn và vị ngọt càng đậm đà Mỗi loại acid amin có mặt trong nước chấm đều góp phần tạo nên vị ngọt đặc trưng của sản phẩm Ví dụ:

- Glutamic tăng vị ngọt của đạm

- Methionin và Cystein tạo vị thơm của xì dầu

- Lyzin, Alanin, prolin, Leucin.v.v… góp phần tạo nên một vị đậm đà giúp ăn ngon miệng Hoạt động của Hệ enzyme proteaza đóng vai trò hàng đầu trong quá trình phân giải nguyên liệu và nó là yếu tố quyết định chủ yếu đối với chất lượng sản phẩm

* Hoạt động của hệ Amylase

Hệ enzyme Amylase của Aspergillus gồm hai thành phần alpha – Amylase và

glucose Amylase Khoảng pH tối ưu của chúng là 4,7 – 4,9 Alpha – Amylase thuỷ phân thành phần glucid trong nguyên liệu tành maltose và dextrin Tiếp đó Glucose Amylase phân cắt hai thành trên thành glucose Chính vì vậy xì dầu có vị ngọt của đường

* Hoạt động của hệ oxy hoá khử

Hệ ezyme này cũng gồm 3 thành chính Hoạt động của nó có tác dụng tạo màu và góp phần ngăn cản sự gây nhiễm của các tạp khuẩn Cụ thể:

- Ezyme peroxydase: oxy hoá các acid amin dạng L, nhờ vậy tạo màu đỏ nâu cho nước chấm

- Glucose oxydase: ngăn ngừa sự biến đổi trạng thái màu sắc của sản phẩm, nó xúc tác cho phản ứng chuyển hoá glucose thành gluconic và H2O2

- Catalase: xúc tác cho phản ứng khử H2O2 tạo nước và oxy Toàn bộ các phản ứng trên lập thành một hệ thống kín, chuyển hoá liên tục, tạo nên một hiệu quả kháng khuẩn, nghĩa là nó giúp cho nước chấm lên men giảm tỷ lệ nhiễm bẩn bỡi các VSV khác

Sơ đồ phản ứng như sau

Tiếp theo công đoạn thuỷ phân là công đoạn chiết tách nhằm thu nhận dịch nước chấm và cuối cùng xử lý loại váng, điều chỉnh pH, thanh trùng nhẹ rồi đóng chai Quy trình điều chế nước chấm từ nguyên liệu bánh khô dầu lạc theo phương pháp lên men nhờ nấm mốc gồm các công đoạn sau:

1) Xử lý bánh khô dầu

2) Cấy giống mốc, ủ lên meo

3) Phân giải Protein

4) Thuỷ phân nguyên liệu bằng nhiệt (có bổ sung HCl với một tỷ lệ nhỏ) 5) Oån định, trung hoà đóng chai

* Công thức phối chế nguyên liệu:

Bánh khô dầu 10 kg

Đậu nành rang 1 – 1,5 kg