Ức chế vi sinh vật bằng phương pháp vật lí

vi sinh vật học thực phẩm, phương pháp vật lí ức chế vi sinh vật, công nghệ thực phẩm Bảo quản thực phẩm là sử dụng các biện pháp ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật trong thực phẩm nhằm mục đích giữ cho thực phẩm có thể sử dụng được trong thời gian dài mà không bị biến chất hư hỏng, nhờ đó mà có thể chủ động đảm bảo cung cấp thực phẩm cho người tiêu dùng quanh năm nhất là những lức thực phẩm khan hiếm.Sự phát triển của vi sinh vật trong thực phẩm thường giống nhau: Thời kỳ đầu phần lớn vi sinh vật không phát triển, thậm chí còn chết. Nhưng sau đó, khi có điều kiện thuận lợi, số lượng vi sinh vật phát triển rất nhanh. Sự phát triển của vi sinh vật phụ thuộc rất nhiều yếu tố như: nhiệt độ, độ ẩm, pH, áp lực thẩm thẩu,… Do đó, bảo quản thực phẩm là sử dụng các biện pháp để khống chế các yếu tố ảnh hưởng nhằm ngăn cản sự phát triển của vi sinh vật hoặc tiêu diệt chúng

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TIỂU LUẬN MÔN: VI SINH VẬT HỌC THỰC PHẨM

1

TP Hồ Chí MinhTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

TP.HCMKHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TIỂU LUẬN MÔN: VI SINH VẬT HỌC THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI: ỨC CHẾ VI SINH VẬT BẰNG

PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ

Hồ Kim Thanh Lọc thanh trùng

Nguyên Thị Minh Thư Sử dụng áp suất

3

MỤC LỤC

5

Mở đầu

Vi sinh vật chịu ảnh hưởng của các tần số rung động của môi trường, yếu tốnày có thể có tác dụng kích thích hay ức chế sự phát triển của vi sinh vật và tiêudiệt vi sinh vật

Sự tồn tại và phát triển của vi sinh vật chịu ảnh hưởng trực tiếp của cácnhân tố của môi trường xung quanh như nhiệt độ, ánh sáng, hóa chất, các bức

xạ, pH Các nhân tố này có thể chia làm 3 nhóm lớn: các nhân tố vật lý, cácnhân tố hóa học và các nhân tố sinh học Hiểu được ảnh hưởng của các nhân tốnày đối với sự phát triển của vi sinh vật để ứng dụng trong công tác tiệt trùng,khử trùng các dụng cụ y tế, dược phẩm, tẩy uế môi trường, phòng mổ, phòngbệnh nhân, nghiên cứu vi sinh vật

Do ảnh hưởng của dịch Covid-19 mà rất nhiều vùng nuôi, trồng nông thủysản không thể tiêu thụ được sản phẩm, vì vậy, các giải pháp bảo quản thực phẩmcần được tính đến để hỗ trợ người nông dân tiêu thụ nông sản trong giai đoạnkhó khăn này

Bảo quản thực phẩm là sử dụng các biện pháp ngăn chặn sự phát triển của

vi sinh vật trong thực phẩm nhằm mục đích giữ cho thực phẩm có thể sử dụngđược trong thời gian dài mà không bị biến chất hư hỏng, nhờ đó mà có thể chủđộng đảm bảo cung cấp thực phẩm cho người tiêu dùng quanh năm nhất lànhững lức thực phẩm khan hiếm

Nhiệt độ cao tiêu diệt được hầu hết các loại vi khuẩn và nấm mốc, kể cảcác loại vi sinh vật ưu lạnh và vi sinh vật ưa nóng Tuy nhiên, một số vi sinh vật

có sức đề kháng lớn với nhiệt thì vẫn có thể tồn tại được, đặc biệt là các loại có

nha bào Ví dụ nha bào của trực khuẩn Clostridium botulium có khả năng chịu

được 120oC trong 5 phút Nhiệt độ cao tiêu diệt được vi sinh vật nhưng làm thayđổi trạng thái, cảm quan của thực phẩm Do đó, sử dụng phương pháp này,người ta thường kết hợp với các phương pháp chế biến để tạo ra thành phẩm

hình 1 Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật

7

1.1 Thanh trùng

- Sử dụng nhiệt độ trong khoảng 80-100oC có thể ức chế tiêu diệt được các tếbào sinh dưỡng của vi sinh vật, giúp kéo dài thời gian sử dụng của sản phẩmthực phẩm

- Đối với thanh trùng sữa tươi được ứng dụng nhiều hơn cả, quá trình nàythường diễn ra trong khoảng 30 giây

hình 2 Quy trình thanh trùng sữa

thanh trùng kem theo phương pháp Pasteur và các cuộn dây làm lạnh tại nhà máy sản xuất bơ Murgon, 1939

sửa thanh trùng của Vinamilk

1.1.1 Phương pháp thanh trùng

1.1.1.1 Phương pháp thanh trùng Pasteurisation.

− Là phương pháp sử dụng trong nhiệt độ từ 60 đến 80 độ C

− Phương pháp Pasteur không có mục đích tiêu diệt vi sinh vật có thể có đểchúng không còn khả năng gây bệnh

1.1.1.2 Phương pháp thanh trùng Sterilisation.

− Cách này sử dụng nguồn nhiệt được cung cấp bằng hơi nước nóng ở nhiệt độ110-130oC

− Với cách này giúp tiêu diệt hầu hết các vi sinh vật, do vậy mức độ tiệt trùngcủa phương pháp này cao hơn, độ an toàn vi sinh vật cũng cao hơn

− Sử dụng phương pháp Ultra High Temperature

9

− Nguồn nhiệt chính là hơi nước có nhiệt độ 140-160oC trong thời gian ngắn,thực hiện khoảng vài giây hoặc vài chục giây

Đun sôi: Với cách này sẽ không thể tiệt trùng một cách tuyệt đối được donhiệt độ không cao, vì thế mà một số nha bào không bị diệt.

Dùng chỏ sôi: Đây là một phương pháp có thể giúp diệt được cả nha bào

do có thể đạt được nhiệt độ rất cao nhưng lại khó khống chế được nhiệt độ, hấpđược ít dụng cụ và có khả năng gây ô nhiễm môi trường rất lớn

− Phương pháp tiệt trùng bằng tia gamma

Phương pháp này dùng các bức xạ ion hoá giàu năng lượng để giúp tiêu diệt cácloại vi sinh vật

Người ta thường sử dụng cách này để giúp tiệt trùng những dụng cụ và bôngbăng ở những túi đóng sẵn, tiệt trùng chỉ katgut và những dụng cụ nhạy cảm vớiethylenoxid hay nhiệt độ như catheter và các mảnh ghép

11

− Phương pháp lọc vô trùng.

Có thể thực hiện cách này để giúp tiệt trùng cho không khí hoặc nhữngsản phẩm sinh học mà không áp dụng phương pháp nhiệt độ hoặc những phươngpháp tiệt trùng khác

Nó thường được áp dụng tiệt trùng cho một số chất như vacxin, sản phẩmhuyết thanh

− Tiệt trùng bằng UHT ( Ultra High Temperature)

Công nghệ tiệt trùng UHT là công nghệ xử lí sản phẩm lỏng (sữa tươi,sữađậu nành, nước trái cây ) ở nhiệt độ cao (135 - 140oC) trong khoảng 2-5 giây,sau đó làm lạnh ngay, giúp giữ lại tối đa hương vị và giá trị dinh dưỡng của sảnphẩm

Công nghệ UHT đã giúp hàng tỉ người dân trên thế giới tiếp cận được vớicác sản phẩm dinh dưỡng như sữa bò,sữa đậu nành,nước trái cây nguyên chất một cách an toàn

Ưu điểm nổi bật của công nghệ này là giúp sản phẩm tươi, ngon, giữ được

phần lớn giá trị dinh dưỡng trong thời gian 6 tháng mà không cần đến chất bảoquản và trữ lạnh

hình 7 Thiết bị tiệt trùng UHT dạng ống

13

hình 8 Thiết bị tiệt trùng UHT dạng tấm

Phần 2 Sử dụng nhiệt độ thấp

Nhiệt độ thấp có tác dụng ức chế làm giảm tốc độ các phản ứng sinh hóatrong thực phẩm Làm vi sinh vật ngừng quá trình trao đổi chất có thể dẫn đếntiêu diệt một phần vi sinh vật kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm thực phẩm

Với nhiệt độ lạnh 4oC có thể ức chế các vi khuẩn ưa nhiệt phát triển trênthực phẩm Nhiệt độ -18oC có thể tiêu diệt 1 phần các tế bào sinh dưỡng, nhưngkhông thể tiêu diệt được các bào tử của vi sinh vật

2.1 Bảo quản lạnh: Sử dụng chủ yếu bảo quản rau quả tươi.

−Nhiệt độ hạ xuống gần 0oC tinh thể nước đá chưa xuất hiện, hệ thống men(trong nguyên liệu và trong vi sinh vật) hoạt động yếu đi làm kìm hãm và biếnđổi về lý, hóa, sinh, hoạt động vi sinh vật

−Có tác dụng làm tăng phẩm chất một số thực phẩm:

• Thịt được chín hóa học nên tích tụ nhiều acid lactic , hương vị thơm ngon

• Cá muối, thịt muối, được thấm muối một cách tốt hơn và có màu sắc tốt hơn

• Các loại rượu, bia, nước giải khát hấp dẫn khẩu vị người tiêu dùng hơn

−Bảo quản được vài ngày  vài tháng

hình 9 Thức ăn trong tủ lạnh

15

2.2 Bảo quản lạnh đông

Giữ thực phẩm được vài tháng  vài năm Đây là phương pháp bảo quản ở nhiệt

độ > -100oC và bé hơn nhiệt độ đóng băng của dịch bào

hình 10 Người nhật cưa cá hồi đông lạnh

Nhiệt độ của thực phẩm được hạ thấp hơn nhiệt độ đóng băng của cácdung dịch nước trong thực phẩm

• Phần lớn nước trong thực phẩm bị đóng băng

• Màng tế bào của vi sinh vật bị nén mạnh

 Các quá trình sống của vi sinh vật và hoạt động của các hệ thống men bị kiềmchế rõ rệt

tế bào ít chảy ra không hao tổn nhiều chất dinh dưỡng phẩm chất ít bị biếnđổi.

• Bảo quản lâu với số lượng lớn nhất và khả năng tiện lợi

• Tăng khả năng điều hòa, cung cấp thực phẩm tươi sống cho các thành phốlớn, khu đông dân

• Phục vụ tốt cho việc giao lưu hàng hoá thực phẩm trong nước và ngoàinước,

Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là đắt tiền vì chi phí năng lượng

và đầu tư thiết bị cao

• PP ướp nước đá: giữ được thực phẩm tươi trong thời gian ngắn

• Nước đá sạch đựng trong các thùng chứa hoặc khoang chứa

• Một số chất thêm vào: kháng sinh, muối ăn, muối khoáng…

• PP làm lạnh trong kho lạnh: giữ nửa tháng

• Giữ thực phẩm ở nhiệt độ cao hơn băng điểm của dịch tế bào

• Thịt sau khi mổ trong lò mổ phải được làm nguội trước khi làm lạnh tránhhiện tượng phân giải của thịt

17

Phần 3 Làm khô

3.1 Phương pháp sấy tự nhiên (phơi nắng)

− Dùng nhiệt của ánh sáng mặt trời để làm khô sản phẩm

− Thích hợp cho các loại hạt ngũ cốc, các loại thủy sản ướp muối (cá, tôm,mực…)

− Cũng có thể hong khô rau quả mà không cần nắng

hình 11 Phơi khô

cá Đù

Ưu điểm

– Không tốn kém nhiên liệu

– Có khả năng diệt trừ các loại nấm mốc như Aspergillus, Penicillium, sâu

mọt…

− Làm khô lượng lớn sản phẩm trong thời gian ngắn

− Tiến hành trong thiết bị nhờ có tác nhân sấy, điều chỉnh được chế độ sấy

− Có nhiều phương pháp sấy: sấy khô, sấy phun, thăng hoa, bức xạ và điện cao tần

Ưu điểm

− Sản phẩm đồng nhất trên thị trường

− Rút ngắn thời gian sấy

− Sản phẩm có chất lượng cao hơn

Hạn chế

− Đắt tiền và phức tạp

− Tốn nhiều nhiệt lượng

3.2.1 Sấy khô

Dùng lò sấy than, củi… làm bay bớt hơi nước trong thực phẩm

− Chất lượng sản phẩm không cao (chất dinh dưỡng, vitamin bị ảnh hưởng)

được sấy khô

19

hình 13 Đông trùng hạ thảo sấy

Nhiệt Dạng sương mù trong

buồng sấy có nhiệt độ

950C

Vòi phun cao cấp

Sản phẩm khô và các vi sinh vật bị chết

sử dụng phương pháp sấy phun

Hạn chế: Phức tạp, cần nhiều thiết bị, công suất điện lớn

Không qua trạng thái lỏng

Nước trong thực

Sấy bằng nhiệtSấy thăng hoa

Nước đá: thăng hoa Nước tự do: bốc hơi Nước liên kết: không bốc hơi

Nước liên kết: bốc hơi Nhiệt độ: 27 -55 0 C (nhờ bộ phận đốt nóng

và hút chân không cao)

Nhiệt độ âm

(tùy thực

phẩm)

21

hình 16 Các sản phẩm sấy thăng hoa

3.2.5 Sấy bằng điện cao tần

− Đặt sản phẩm sấy vào điện trường xoay chiều có tần số dao động cao(500 k Hz) cho sản phẩm khô đều và nhanh

− Các sản phẩm sau khi làm khô làm nguội ngay, bao gói tốt, tránh hút ẩmtrở lại, giữ nơi khô mát để được lâu dài

Hạn chế: Thiết bị phức tạp, tiêu tốn nhiều điện năng (3.5 k.Wh/kg chất

ẩm)

23

hình 19 Lò sấy gỗ

cao tần

Phần 4 Ức chế sự phát triển của vi sinh vật bằng

phương pháp siêu âm

4.1 Khái niệm về sóng siêu âm.

Âm thanh vượt ra ngoài ngưỡng thính giác thường với tần số 20.000 Hz/sthì gọi là siêu âm Những năm gần đây siêu âm được ứng dụng rộng rãi trongcông nghiệp, nông nghiệp và y dược

hình 20 Các khoảng âm thanh

4.2 Nguyên lý hoạt động của sóng siêu âm để ức chế vi sinh vật.

- Nguyên lý: chiếu xạ vô hoạt hoàn toàn vi sinh vật và côn trùng bị ion hóa,làm thay đổi bản chất hóa học, đây là tác động chính của quá trình chiếu xạ.Năng lượng của chiếu xạ phải đủ lớn để cắt đứt liên kết cộng hóa trị trongkhoảng 1-8 eV Năng lượng này là ít hơn năng lượng để ion hóa orbital, để cắtđứt toàn bộ liên kết cộng hóa trị bằng chiếu xạ

- Kết quả của việc chiếu xạ là tạo thành các gốc tự do –OH, gốc này phản ứngvới các AND của vi sinh vật, côn trùng ở các giai đoạn phát triển khác nhaucủa chúng (trứng, ấu trùng, nhộng và trưởng thành)

=> Khi AND của chúng bị hư hỏng và mã di truyền hư hỏng, các sinh vật nàymất khả năng sinh sản

4.3 Phân loại.

Theo các dải sóng âm được sử dụng, siêu âm có thể được chia thành siêu âmtần số cao công suất thấp và siêu âm tần số thấp công suất cao

25

+ Siêu âm công suất thấp với tần số cao không làm phá hủy các đặc tínhhóa lý của trái cây, rau quả và các sản phẩm thực phẩm trong quá trình chế biếnhoặc bảo quản.

+ Siêu âm công suất cao với tần số thấp có thể cải thiện tính chất hóa lý củacác sản phẩm thực phẩm và trong chế biến thực phẩm như làm ẩm, xử lý thủynhiệt, chiết xuất, sấy khô, đông lạnh và khử hoạt tính của vi sinh vật trong cácsản phẩm thực phẩm

4.4 Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm.

Các ứng dụng phổ biến nhất trong ngành công nghiệp thực phẩm bao gồmphá hủy tế bào và chiết xuất vật liệu nội bào Tùy thuộc vào cường độ của nó,siêu âm được sử dụng để kích hoạt hoặc khử hoạt tính của enzyme, trộn và đồngnhất hóa, nhũ hóa, phân tán, bảo quản, ổn định, hòa tan và kết tinh, hydro hóa,làm mềm thịt, chín, lão hóa và oxy hóa, và như một chất bổ trợ cho chất rắn

Chiếu xạ thực phẩm là quá trình chiếu bức xạ ion hóa lên thực phẩm nhằmtiêu diệt các sinh vật còn tồn dư trong thực phẩm, nhờ đó bảo quản thực phẩm,làm giảm nguy cơ bệnh tật do thực phẩm gây ra, ngăn chặn sự lây lan của cácloài xâm hại, và làm chậm trễ hoặc loại bỏ mọc mầm hoặc chín, hỏng.

Các bức xạ ion hóa có thể được phát ra bởi nguồn bằng chất phóng xạ hoặctạo ra bằng điện Chiếu xạ nói chung còn được dùng trong khử trùng dụng cụ y

tế và tương tự Các dụng cụ hay thực phẩm chiếu xạ không trở thành thể có tínhphóng xạ, không gây nguy hiểm về phóng xạ cho người dùng

Thực phẩm đã chiếu xạ cần được thông báo bằng dấu hiệu Radura quốc tế,hoặc tại Hoa Kỳ là dấu do Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ(FDA) quy định Đó là do nhận thức của người tiêu dùng về thực phẩm xử lýbằng chiếu xạ là tiêu cực nhiều hơn những xử lý bằng các phương tiện khác, và

sự chấp nhận về pháp lý tại các nước khác nhau còn khác nhau Các nghiên cứuchung thì cho ra kết quả là thực phẩm chiếu xạ là an toàn, không độc hại, lượngchất độc sinh ra cực thấp, và an toàn hơn hẳn các xử lý bằng hóa chất

hình 22 Dấu hiệu Radura của FDA Hoa Kì

5.1 Tia tử ngoại

Người ta có thể sử dụng đèn chiếu tử ngoại để chiếu vào thực phẩm

27

− Tác dụng mạnh nhưng khả năng đâm xuyên yếu nên chỉ dùng để diệt khuẩn

ở mặt ngoài thực phẩm, mặt ngoài dụng cụ chứa đựng, không khí nơi sảnxuất thực phẩm

− Làm phân huỷ một số chất hữu cơ trong tế bào

− Làm đông tụ protein

− Khi chiếu xạ thời gian khá dài, sự phá hủy protein có thể dẫn đến phân giải

cả chuỗi polipeptide thành các gốc acid amin, làm enzyme mất hoạt tính,dẫn đến phá huỷ tế bào vi sinh vật

− Sức chịu đựng của bào tử cao hơn 4 -5 lần so với thể sinh dưỡng;

− Một lượng nhất định tia này có thể gây đột biến

5.2 Tia ion hóa

Các tia có tần số dao động cao thì có lực đâm xuyên cao

Làm thay đổi cấu trúc của một số phân tử protein của tế bào VSV và làm ionhoá dung môi

Hiệu quả thanh trùng của tia ion hóa tuỳ thuộc vào thời gian xứ lý, độ dày củathực phẩm và lượng VSV nhiễm vào thực phẩm

Các tia phóng xạ ion có tác dụng sát trùng mạnh, khi định lượng đảm bảo đầy

đủ thì tiệt trùng hoàn trong vài giây

phẩm do chiếu xạ protein, acid amin, peptide gồm: NH3, H2, CO2,

H2S và Carbonyl

• Các acid amin đặc biệt nhạy cảm với chiếu xạ là: methionin,cysteine, histidine, arginine, tyrosine Trong dó cysteine nhạy cảmnhất

• Lipid trong thực phẩm cũng bị thay đổi rất mạnh, đặc biệt là trongtrường hợp có oxy

• Các loại vitamin như: thiamin, niacin, pyridoxin, biotin, B12 bị pháhuỷ, nhưng riboflavin, pantothenic, folic lại tăng trong quá trìnhchiếu xạ

• Các chất pectin và cellulose cũng bị biến đổi khi chiếu xạ, kết quả làcác loại rau, quả sẽ trở nên mềm hơn

• Trạng thái cảm quan của thực phẩm chiếu xạ bị thay đổi do chất đạm

bị phá huỷ, mùi ôi do mỡ bị oxy hoá

• Nếu chiếu xạ ở môi trường không có oxy như chân không hoặc khửoxy, thành phần dinh dưỡng và tính chất cảm quan ít bị thay đổi hơn

• Trước khi chiếu xạ, người ta có thể thêm vào thực phẩm các hoá chất

để bảo quản như chất chống oxy hoá, các chất dinh dưỡng trong thựcphẩm sẽ ít bị ảnh hưởng hơn

− Ứng dụng chiếu xạ trong bảo quản thực phẩm và ảnh hưởng của nóđối với sức khoẻ người tiêu dùng

• Bảo quản các thực phẩm như: khoai tây, hành, gia vị, chuối, xoài, tỏi,hạt đậu, nem chua, thịt gà, thịt vịt, thịt heo, thịt bò, tôm, đùi ếch.29

• Với liều thấp hơn 10 KGy, chiếu xạ thực phẩm sẽ phòng ngừa vàngăn cản sự nảy mầm của khoai tây, hành, diệt côn trùng và kéo dàithời gian bảo quản

• Với liều chiếu xạ 1 đến 10 KGy có thể giảm sự nhiễm vi khuẩn gây

bệnh như Salmonella, bảo quản thịt gia cầm, tôm, chân ếch

• Tại một số nước mà quá trình bảo quản thực phẩm bằng chiếu xạ đã

ở mức lưu thông thương mại, nhưng còn khá nhiều người tiêu dùngvẫn giữ thái độ không chấp nhận thực phẩm chiếu xạ

Bảng 1 Sự kháng lại các tia ion hóa của một số loài vi sinh vật gây bệnh có

<0.5-10.5-120-3010-2020-30