khảo sát biến đổi mật số vi sinh vật trong quá trình chế biến hạt sen đóng hộp

TÓM LƯỢC Nhằm mục tiêu tạo ra sản phẩm đồ hộp chế biến từ hạt sen có giá trị dinh dưỡng và cảm quan cao, tạo cho người tiêu dùng sự tiện lợi và an toàn khi sử dụng sản phẩm đã được bảo q

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

LỜI CẢM TẠ Kính dâng

Cha mẹ suốt đời tận tụy, hết lòng vì con lòng biết ơn thiêng liêng nhất

Thành kính biết ơn

Cô Lê Mỹ Hồng đã tận tình hướng dẫn, gợi ý và giúp đỡ em trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp

Chân thành biết ơn

Thầy Nhan Minh Trí – cố vấn học tập lớp Công Nghệ Thực phẩm 28B, người đã dẫn đường và truyền đạt nhiều kinh nghiệm quý báo trong thời gian học tại trường

Tất cả quý thầy cô đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường

Quý thầy cô, các anh chị phòng thí nghiệm bộ môn Công Nghệ Thực phẩm, khoa Nông Nghiệp và SHƯD, trường Đại Học Cần Thơ đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em thực đề tài này

Chân thành cảm ơn

Tập thể các bạn lớp Công Nghệ Thực phẩm 28 đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian học tập ở trường Đặc biệt, các bạn Phan Thị Kim Chi, Nguyễn Thị Phương Chi, Huỳnh Ngọc Hài, Trần Thị Kim Giang, Lê Hồng Quân, Trần Thanh Trung Hiệp, Nguyễn Thị Thu Hồng, Trần Tố Quyên, Phạm Bùi Anh Tú, Tôn Thị Huyền Trân và Võ Thái Thanh Phương đã luôn giúp

đỡ và chia sẽ cùng tôi những khó khăn cũng như buồn vui trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài này

LÊ VĂN KHÁ

TÓM LƯỢC

Nhằm mục tiêu tạo ra sản phẩm đồ hộp chế biến từ hạt sen có giá trị dinh dưỡng và cảm quan cao, tạo cho người tiêu dùng sự tiện lợi và an toàn khi sử dụng sản phẩm đã được bảo quản trong thời gian dài ở điều kiện thường, đề tài “Khảo sát biến đổi mật số vi sinh vật trong quá trình chế biến hạt sen đóng hộp” đã được thực hiện Trên cơ sở mong muốn sao cho sản phẩm

đạt được sự an toàn vệ sinh thực phẩm nhưng tổn thất ít nhất các chất dinh dưỡng và giá trị cảm

quan

Đề tài tiến hành khảo sát ảnh hưởng của chế độ tiệt trùng sản phẩm ở 4 chế độ nhiệt 100 0 C,

105 0 C, 110 0 C, 115 0 C với các thời gian giữ nhiệt 2, 4, 6, 8, 10 phút đến mức độ tiêu diệt vi sinh vật, chất lượng và thời gian bảo quản sản phẩm

Sau thời gian nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tiệt trùng đến mức độ tiêu diệt vi sinh vật và

sự biến đổi vi sinh vật trong quá trình bảo quản, kết quả xác định được mật số của vi sinh vật có trong sản phẩm trước khi tiệt trùng, sau khi tiệt trùng và theo thời gian bảo quản Từ đó tìm ra

được qui luật về sự tiêu diệt vi sinh vật bởi nhiệt, cụ thể là các phương trình tiêu diệt vi sinh vật

ở các nhiệt độ tiệt trùng đã được khảo sát trong quá trình làm thí nghiệm:

Khi tiệt trùng ở nhiệt độ 100 0 C, có phương trình y = - 0,0605x - 0,0033

Khi tiệt trùng ở nhiệt độ 105 0 C, có phương trình y = - 0,1429x - 0,2295

Khi tiệt trùng ở nhiệt độ 110 0 C, có phương trình y = - 0,4139x - 0,7322

Khi tiệt trùng ở nhiệt độ 115 0 C, có phương trình y = - 1,7508x - 0,4740

Giá trị E a = 21207,35J/mol

Giá trị z = 10 0 C

nhận được vì ở mẫu này bảo quản trong thời gian 28 ngày mà vẫn đảm bảo được chỉ tiêu vi sinh vật dưới mức qui định cho phép

MỤC LỤC

Cảm tạ i

Tóm lược ii

Mục lục iii

Danh sách bảng iv

Danh sách hình v

Chương I Đặt vấn đề 1

Chương II Lược khảo tài liệu 2

2.1 Sơ lược về nguyên liệu 2

2.2 Các quá trình xử lý nhiệt 4

2.3 Các hệ vi sinh vật trong đồ hộp 6

2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động sống của vi sinh vật 7

2.5 Động học của quá trình chết nhiệt 10

2.6 Tính toán ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt (Giá trị tiệt trùng F) 13

2.7 Mục tiêu của quá trình tiệt trùng 15

2.7 Mục tiêu của quá trình tiệt trùng 16

2.9 Chọn chế độ tiệt trùng 17

Chương III Phương tiện và phương pháp nghiên cứu 20

3.1 Phương tiện nghiên cứu 20

3.2 Phương pháp nghiên cứu 21

3.3.Nội dung và bố trí thí nghiệm 22

Chương IV Kết quả - Thảo luận 24

4.1 Kết quả khảo sát nhiệt độ tâm của sản phẩm khi tiệt trùng 24

4.2 Kết quả khảo sát động học quá trình tiêu diệt vi sinh vật khi tiệt trùng sản phẩm 26

4.3 Kết quả theo dõi sự biến đổi mật số tổng vi khuẩn hiếu khí theo thời gian bảo quản 31

4.4 Kết quả theo dõi sự biến đổi độ acid và độ brix của sản phẩm trong quá trình bảo quản .33

Chương V Kết luận – Đề Nghị 37

Tài liệu tham khảo 38

Phụ chương vi

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1: Giá trị dinh dưỡng của 100 g hạt sen 4

Bảng 2 : Sự phát triển của vi sinh vật ở các khoảng nhiệt độ độ khác nhau 9

Bảng 3: Tác động của nhiệt độ đối với vi sinh vật 10

Bảng 4: Các phương pháp phân tích 22

Bảng 5: sơ đồ bố trí thí nghiệm 23

Bảng 6: Giá trị hằng số tốc độ tiêu diệt vi sinh vật K ở các nhiệt độ tiệt trùng khác nhau .26

Bảng 7: Giá trị D ở các nhiệt độ tiệt trùng khác nhau .27

Bảng 8: Giá trị F (phút) của các quá trình tiệt trùng sản phẩm hạt sen nước đường đóng hộp 29

Bảng 9: Ảnh hưởng của quá trình tiệt trùng đến mật số vi sinh vật tổng số trong sản phẩm 30

Bảng 10: Sự biến đổi mật số tổng vi khuẩn hiếu khí sau thời gian bảo quản 32

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1: Hoa sen .3

Hình 2: Gương sen .3

Hình 3: Hạt sen tươi 3

Hình 4: Hạt sen khô 3

Hình 5: Sự tiêu diệt vi sinh vật bằng nhiệt theo thời gian 12

Hình 6:Thời gian tiêu diệt vi sinh vật theo mối quan hệ logarite 12

Hình 7: Biểu diễn “thời gian chết nhiệt” của vi sinh vật 13

Hình 8: Đồ thị thanh trùng tổng quát 14

Hình 9: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ tâm sản phẩm khi tiệt trùng ở 1000C 24

Hình 10: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ tâm sản phẩm khi tiệt trùng ở 1050C 24

Hình 11: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ tâm sản phẩm khi tiệt trùng ở 1100C 25

Hình 12: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ tâm sản phẩm khi tiệt trùng ở 1150C 25

Hình 13: Đồ thị biểu diễn tốc độ chết nhiệt của vi khuẩn hiếu khí 26

Hình 14: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ln(K) và nhiệt độ 1/T 28

Hình 15: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Log(D T ) và nhiệt độ (T) 28

Hình 16 : Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ acid theo thời gian bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ tiệt trùng 1050C 33

Hình 17: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ acid theo thời gian bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ tiệt trùng 1100C 34

Hình 18: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ acid theo thời gian bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ tiệt trùng 1150C 34

Hình 19: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ brix theo thời gian bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ tiệt trùng 1050C 35

Hình 20: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ brix theo thời gian bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ tiệt trùng 1100C 35

Hình 21: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ brix theo thời gian bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ tiệt trùng 1150C 36

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Nước ta là một nước nông nghiệp, bên cạnh trồng lúa nông dân còn trồng nhiều loại cây

có giá trị kinh tế cao Trong đó sen là một loài cây được trồng nhiều khu vực ở nước ta Hiện nay cây sen trở thành cây xóa đói giảm nghèo có hiệu quả vì nó dễ trồng, có thể sống trong những vùng trũng ngập nước và nhiễm phèn

Cây sen có nhiều công dụng: củ sen, hạt sen dùng làm mứt hoặc ăn tươi, ngó sen dùng làm gỏi đang trở thành đặc sản không thể thiếu của các nhà hàng, tiệm ăn…Ngoài ra cây sen còn nhiều giá trị trong y học

Với tiềm năng dinh dưỡng và chức năng chữa bệnh hạt sen được người tiêu dùng đặc biệt quan tâm Nhưng hiện nay hạt sen trên thị trường tồn tại dưới các dạng như hạt tươi, hạt khô, mứt hạt sen là chủ yếu Hạt sen tươi chỉ ăn ngay do thời gian bảo quản quá ngắn, mứt hạt sen thông thường chỉ tiêu thụ mạnh vào mùa tết, còn hạt sen khô thì bảo quản được lâu nhưng mất nhiều thời gian chế biến trước khi ăn

Chính vì thế, vấn đề đặt ra cho các nhà sản xuất là làm sao tạo được sản phẩm đa dạng

về hạt sen ngoài hạt tươi, hạt khô và mứt Sản phẩm hạt sen đóng hộp có ý nghĩa thực tiễn rất cao Đây là loại sản phẩm không chỉ có giá trị dinh dưỡng mà còn tạo cho người tiêu dùng sự tiện lợi và an toàn khi sử dụng sản phẩm chế biến từ hạt sen, được bảo quản trong thời gian dài ở điều kiện thường Để đảm bảo được giá trị của sản phẩm, và an toàn

vệ sinh thực phẩm thì việc kiểm soát mật số vi sinh vật hiện diện bên trong sản phẩm là rất cần thiết Do đó, việc “Khảo sát biến đổi mật số vi sinh vật trong quá trình chế biến hạt sen đóng hộp” được thực hiện

Mục tiêu nghiên cứu

Xác định qui luật biến đổi mật số vi sinh vật trong sản phẩm hạt sen đóng hộp ở các công đoạn xử lý nhiệt của quá trình chế biến, nhằm đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm

Để thực hiện mục tiêu trên, nội dung nghiên cứu sẽ tiến hành các khảo sát:

- Khảo sát ảnh hưởng của chế độ tiệt trùng đến chất lượng sản phẩm và mật số vi sinh vật

- Khảo sát biến đổi mật số vi sinh vật trong thời gian bảo quản

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Sơ lược về nguyên liệu

2.1.1 Nguyên liệu hạt sen

Sen loại cây thân mềm sống chủ yếu ở dưới nước Sen có giống màu đỏ, cánh kép gọi là

lá quì Một giống khác có thân, lá, hoa đều nhỏ gọi là sen tịch thượng, được trồng vào chậu nước hay bể cạn Có thuyết cho rằng sen đã có mặt trên trái đất hàng trăm triệu năm trước đây (http://www luaviet.com)

Sen (Nelumbo nucifera Gaertn hay Nelumbium speciosum Willd) có nguồn gốc ở châu Á,

xuất phát từ Ấn Độ (Makino, 1979), sau đó lan qua Trung Quốc và vùng đông bắc Châu

Úc Cây sen là loại thủy sinh được tiêu thụ mạnh ở châu Á Lá, bông, hạt và củ đều là những bộ phận có thể ăn được Riêng bông sen được sử dụng trong nhiều lễ hội ở các nước châu Á Tuy nhiên, củ sen lại có thị trường lớn nhất so với các bộ phận khác của cây sen Sen có thể là một trong những cây xuất hiện sớm nhất Các nhà khảo cổ của Trung Quốc

đã tìm thấy hóa thạch của hạt sen 5000 tuổi ở tỉnh Vân Nam Năm 1973, hạt sen 7000 tuổi khác được tìm thấy ở tỉnh Chekiang (Wu-Han, 1987) Các nhà khảo cổ Nhật Bản cũng tìm thấy các hạt sen bị thiêu đốt ở trong hồ cổ sâu 6 m ở tại Chiba, 1200 năm tuổi (Iwao, 1986) Họ tin rằng có một số giống sen xuất phát từ Nhật Bản, nhưng sen lấy củ thì từ Trung Quốc (Takashashi, 1994) Một số giống sen từ Trung Quốc khi du nhập sang Nhật Bản một thời gian mang tên Nhật như Taihakubasu, Benitenjo, Kunshikobasu, Sakurabasu và Tenjikubasu

Người ta chia sen làm 3 loại:

- Sen cho củ: thường cho hoa màu trắng (chỉ có một số ít cho hoa màu đỏ), nhóm sen này cho ít bông và gương, giống sen để lấy củ được trồng phổ biến ở Vĩnh Long và Hậu Giang

- Sen cho gương: nhóm sen ta (gương lõm), sen Đài Loan (gương to và phù lên), giống này được trồng phổ biến ở Tháp Mười, huyện Cao Lãnh, tỉnh Đồng Tháp

- Sen cho bông để trang trí: bông có nhiều màu ít trồng ở Việt Nam

Hình 1: Hoa sen

Hình 4: Hạt sen khô Hình 3: Hạt sen tươi

Hình 2: Gương sen

Thành phần hóa học của sen

Bảng 1: Giá trị dinh dưỡng của 100 g hạt sen

Nguồn: www.NutritionFact.com

2.1.2 Đường

Trong chế biến sản phẩm đồ hộp nước quả người ta thường bổ sung đường với mục đích điều vị, tăng giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm Đường thêm vào sản phẩm phải đảm bảo đúng tiêu chuẩn, thường sử dụng đường saccharose loại RE Đường saccharose là một disaccharide có công thức phân tử C12H22O11 ở dạng tinh thể, không mùi, dễ hòa tan trong nước, có vị ngọt

+ Hàm lượng đường saccharose tối thiểu: 99,5%

giảm chế độ thanh trùng Acid citric có công thức phân tử là C6H8O7.H2O, tồn tại ở dạng tinh thể với độ tinh khiết trên 99%, màu trắng, hòa tan tốt trong nước

Khi hòa tan acid citric trong nước cất, dung dịch thu được phải trong suốt, không có mùi

vị lạ Các tạp chất cho phép:

+ Độ tro không quá 0,5%

+ Lượng acid sulfuric không quá 0,05%

+ Hàm lượng asen không quá 0,00014%

2.2 Các quá trình xử lý nhiệt

2.2.1 Quá trình chần

- Trong quá trình chế biến đồ hộp, nhiều loại nguyên liệu trong chế biến sơ bộ bằng cơ học, cũng như trước khi cho vào bao bì được xử lý bằng nhiệt Người ta nhúng nguyên liệu vào nước hay dung dịch, hay xử lý nguyên liệu bằng hơi nước, tùy theo tính chất nguyên liệu và yêu cầu chế biến, ở nhiệt độ 75-1000C, trong thời gian 3-15 phút

- Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian chần, hấp, đun nóng: trong quá trình chần ngoài mục đích vô hoạt enzyme, còn phải bảo đảm chất lượng sản phẩm, nên thực phẩm phải được gia nhiệt nhanh Do đó, việc lựa chọn nhiệt độ và thời gian phù hợp cho mỗi loại nguyên liệu có ý nghĩa rất quan trọng và thời gian gia nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố: + Loại nguyên liệu

+ Kích thước nguyên liệu

+ Nhiệt độ gia nhiệt

+ Phương thức gia nhiệt

- Sau khi chần xong cần làm nguội nhanh

Mục đích của chần nguyên liệu

- Làm thay đổi trọng lượng và thể tích của nguyên liệu để các quá trình chế biến tiếp theo được thuận lợi

Khi gia nhiệt, các nguyên liệu chứa nhiều tinh bột hút nước sẽ trương nở, như đậu khô sau khi chần sẽ tăng thể tích gần hai lần và khối lượng tăng 1,85 lần, dung dịch rót vào không bị hút nhiều Với nguyên liệu giàu protid, do bị đông tụ dưới tác động của nhiệt, sẽ làm giảm thể tích và trọng lượng Sự thay đổi trọng lượng và thể tích của nguyên liệu sau khi gia nhiệt làm cho sản phẩm ổn định, đáp ứng các yêu cầu về tỉ lệ cái-nước và thành phần các cấu tử trong hộp

- Giảm tỉ lệ tổn thất năng lượng và nâng cao hiệu suất chế biến

Đối với nguyên liệu thực vật, quá trình chần làm cho tinh bột bị hồ hóa giúp nguyên liệu đàn hồi, khó gẫy vỡ khi xếp hộp Mặt khác, khi chần protopectin thủy phân thành pectin hòa tan, làm cho việc bóc vỏ bỏ hạt nhanh và phế liệu ít làm tăng độ thẩm thấu của chất nguyên sinh làm cho dịch bào thoát ra dễ dàng (khi ép nước quả) hoặc dung dịch nước rót

dễ ngấm vào nguyên liệu (trong sản xuất quả nước đương, mức miếng, rau ngâm giấm)

- Đuổi khí có trong gian bào của nguyên liệu

Nhằm hạn chế tác dụng của oxi xãy ra trong hộp, tránh phòng hôp, ăn mòn vỏ hộp sắt, oxi hóa vitamin…Chần còn làm giảm các chất có mùi vị không thích hợp như vị đắng (măng, cà tím) các hợp chất lưu huỳnh (rau cải, cải bắp)

- Làm cho rau quả có màu sáng hơn do phá hủy một số chất màu

Khi chần trong dung dịch acid citric hoặc NaHSO3…Những chất này sẽ phá hủy một số hợp chất màu, làm cho nguyên liệu có màu sáng hơn

- Làm giảm lượng vi sinh vật bám trên bề mặt của nguyên liệu

Mặc dù xử lý ở nhiệt độ không cao lắm, với thời gian không dài, nhưng có thể tiêu diệt một số vi sinh vật kém chịu nhiệt bám trên bề mặt nguyên liệu

2.2.2 Rót nóng – bài khí

Rót nóng dung dịch siro vào hộp đựng sản phẩm nhằm bài khí, tạo độ chân không cần thiết sau khi làm nguội

- Mục đích của việc bài khí:

+ Giảm áp suất bên trong đồ hộp khi thanh trùng, tránh hộp bị phòng, nứt, bật nắp

+ Hạn chế sự oxy hóa các chất dinh dưỡng trong sản phẩm

+ Tạo độ chân không trong hộp sau khi làm nguội và hạn chế sự phát triển của vi khuẩn hiếu khí còn lại trong hộp

2.2.3 Thanh trùng

Trong sản xuất đồ hộp thực phẩm, thanh trùng là một quá trình quan trọng, có tác dụng đến khả năng bảo quản và chất lượng của thực phẩm Đây là biện pháp cất giữ thự phẩm theo nguyên lý tiêu diệt mầm móng gây hư hỏng thực phẩm (nguyên tắc đình chỉ sự sống) Thanh trùng bằng nhiệt độ cao của nước nóng là phương pháp thanh trùng phổ biến nhất trong sản xuất đồ hộp

Khi nâng nhiệt độ của môi trường quá nhiệt độ tối thích của vi sinh vật thì hoạt động của

vi sinh vật bị chậm lại Ở nhiệt độ cao, protid của chất nguyên sinh của vi sinh vật bị đông tụ làm cho vi sinh vật bị chết Quá trình đông tụ protid này không thuận nghịch, nên hoạt động của vi sinh vật không phục hồi sau khi hạ nhiệt

Clostridium sporogenes: phân hủy protein thành muối của NH3 rồi thải NH3, sinh ra H2S,

H2 và CO2. Loại này có trong mọi đồ hộp, phát triển rất mạnh ở 27 – 580C, nhiệt độ tối thích là 370C

Loại vừa hiếu khí vừa kị khí

Bacillus thermophillus: không gây bệnh, có nha bào, nhiệt độ tối thích 60-700C, tuy có rất

ít trong đồ hộp nhưng rất khó loại trừ

gây bệnh và sinh độc tố, dễ bị phá hủy ở 60-700C, phát triển nhanh ở nhiệt độ thường

Loại gây bệnh, gây ra ngộ độc do nội độc tố

1000C là 330 phút, 1150C là 10 phút, 1200C là 4 phút Độc tố bị phá hủy hoàn toàn khi đun nóng ở 800C trong 30 phút

Salmonella : thuộc nhóm vi khuẩn gây bệnh Salmonellose, tất cả đều hiếu khí, ưa ẩm,

không có nha bào nhưng có độc tố

2.3.2 Nấm men

Chủ yếu là Saccharomyces ellipsoides, hiện diện rộng khắp trong thiên nhiên Nấm men

hiện diện trong đồ hộp có chứa đường, bào tử của nấm men không chịu được nhiệt độ cao, chúng có thể chết nhanh ở nhiệt độ 600C

2.3.3 Nấm mốc

Ít thấy trong đồ hộp

2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động sống của vi sinh vật

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đối với hoạt động sống của vi sinh vật Mỗi loài vi sinh vật chỉ có khả năng hoạt động ở một nhiệt độ nhất định Thường chia làm 3 điểm: nhiệt độ cực tiểu, cực đại và tối thích Vì vậy nhiệt độ môi trường không chỉ quyết định đến tốc độ phát triển của vi sinh vật mà nó còn xác định loại vi sinh vật nào có thể phát triển mạnh ở một khoảng nhiệt độ nhất định

Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của hầu hết vi sinh vật từ 14-400C Tuy nhiên, vẫn có một vài vi sinh vật vẫn phát triển được ở nhiệt độ dưới 00C và một vài loại vi sinh vật khác phát triển được ở nhiệt độ trên 1000C

Tùy theo nhiệt độ tối thích cho sự phát triển của vi sinh vật mà người ta chia vi sinh vật ra thành 3 nhóm

+ Vi sinh vật ưa nóng (Thermophile): Nhiệt độ tối thích trên 450C ví dụ như Bacillus

stearothermophilus , Bacillus coagulans và Lactobacillus thermophilus

+ Vi sinh vật ưa ấm (Mesophile): nhiệt độ tối thích từ 20-450C rất phổ biến như nấm

mốc, nấm men, giống vi khuẩn Lactobacilli, Staphylococci

+ Vi sinh vật ưa lạnh (Psychrotrophs): có thể chịu được và phát triển ở nhiệt độ dưới

200C, chẳng hạn như Pseudomonas, Moraella-Acinetabacter

Mỗi loại vi khuẩn, nấm mốc, nấm men đều có khoảng nhiệt độ tối thích nằm trong vùng

ưa ấm, ưa lạnh và ưa nóng Khả năng chóng chịu với nhiệt độ cao của nấm mốc và nấm

men ít hơn vi khuẩn Khi nhiệt độ tiến gần bằng 00C, chỉ có một số ít vi sinh vật có thể chịu được và sự phát triển của chúng cũng chậm dần đi Khi nhiệt độ dưới 50C thì sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng bị chậm lại

Bảng 2 : Sự phát triển của vi sinh vật ở các khoảng nhiệt độ khác nhau

Nhiệt độ (0C) Nhóm vi sinh vật

Ưa lạnh

Nguồn: An toàn vệ sinh thực phẩm ( TS Nguyễn Đức Lượng, TS Phạm Minh Tâm, 1995)

Căn cứ vào yếu tố nhiệt độ mà người ta có thể kiểm soát được sự phát triển của vi sinh vật Cụ thể là

- Nhiệt độ cao

Nhiệt độ cao có ảnh hưởng rất mạnh và trực tiếp đối với cơ thể vi sinh vật Nói chung nhiệt độ từ 60 - 700C kéo dài trong 30 phút có thể tiêu diệt gần hết các thể sinh dưỡng Nhiệt độ cao gây biến tính protein trong tế bào do đó tế bào chất và enzyme bị đình chỉ hoạt động

Tính chịu nhiệt của các loài vi sinh vật rất khác nhau, thường nấm men, nấm mốc chết khá nhanh ở nhiệt độ 50 -600C , một số vi khuẩn chịu nhiệt thì 80 -900C mới bị tiêu diệt

Tốc độ chết của vi sinh vật phụ thuộc rất nhiều vào hàm lượng nước trong tế bào: lượng nước càng ít sức chịu đựng nhiệt độ càng cao Do hàm lượng nước trong bào tử rất ít nên bào tử có tính chịu nhiệt rất cao Ngoài ra ở môi trường ẩm vi sinh vật bị tiêu diệt nhanh hơn môi trường khô Vì vậy khi sử dụng môi trường không khí khô vi sinh vật bị tiêu diệt

ở 160 - 1700C nhưng khi ở môi trường ẩm chỉ cần 1200C chúng đã bị tiêu diệt

Tính chịu nhiệt của vi sinh vật còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như pH môi trường, hóa chất, thế oxy hóa khử

- Nhiệt độ thấp

Nhiệt độ thấp không ảnh hưởng mạnh như nhiệt độ cao Thường thì nhiệt độ thấp không tiêu diệt được vi sinh vật, chỉ gây ức chế mọi hoạt động sống của chúng do sự giảm năng lượng hoạt động của các chất trong tế bào, các phản ứng hóa sinh tiến hành khó khăn hơn

Ở nhiệt độ thấp đa số các vi sinh vật chuyển sang trạng thái tiềm sinh Trong thực tế người

ta dựa vào đặc điểm này để tiến hành bảo quản vi sinh vật cũng như bảo quản thực phẩm

Bảng 3: Tác động của nhiệt độ đối với vi sinh vật

Nhiệt độ (0C) Nhiệt độ (0F) Tác động tiêu diệt vi sinh vật

82-93 179-200 Tế bào đang phát triển của nấm men, nấm mốc bị

tiêu diệt hoàn toàn 62-82 151-180 Các vi sinh vật ưa nhiệt vẫn phát triển được

60-70 140-171 Tiêu diệt phần lớn vi sinh vật gây bệnh trong sữa,

nước quả, trừ bào tử của chúng

16-38 61-100 Các loài nấm men, nấm sợi, vi khuẩn phát triển rất

mạnh

Nguồn: An toàn vệ sinh thực phẩm ( TS Nguyễn Đức Lượng, TS Phạm Minh Tâm, 1995)

2.5 Động học của quá trình chết nhiệt của vi sinh vật

Sự chết nhiệt của vi sinh vật ở một nhiệt độ nào đó có thể được biểu diễn bằng phương trình động học bậc nhất như sau:

dN/dt = - k.N (1)

Trong đó

N: số lượng vi sinh vật tại thời điểm t (cfu/ml)

t: thời gian xử lý nhiệt (phút)

dt

dN

: vận tốc tiêu diệt vi sinh vật, tức là biến đổi lượng vi sinh vật theo thời gian

k: Hằng số tốc độ tiêu diệt vi sinh vật (k phụ thuộc không chỉ vào loài vi sinh vật

mà còn tính chất sinh lý học của chúng.)

Ta có thể viết phương trình (1) dưới dạng

k N

dt

dN

−

=

Ví dụ: giá trị k của bào tử vi khuẩn ở 1210C là 1/phút, tế bào sinh dưỡng từ 10 đến

1010/phút tùy thuộc vào từng loại vi sinh vật

Lấy tích phân phương trình (1) trong khoảng giới hạn điều kiện đầu N0 ở thời điểm t = 0 đến điểm cuối N ở thời điểm t = t ta được nghiệm là một hàm số

kt

o e N

Cũng có thể viết:

N

N k

Hoặc

N

N k

Nếu vẽ đường biểu diễn về mức độ tiêu diệt vi sinh vật theo thời gian bởi phương trình (2), ta có đồ thị:

Hình 5: Sự tiêu diệt vi sinh vật bằng nhiệt theo thời gian

Biểu diễn theo hàm logN/No, ta có đồ thị là một đường thẳng, độ dốc là

303 2

k

−

Hình 6:Thời gian tiêu diệt vi sinh vật theo mối quan hệ logarite

Với trị số D là thời gian giảm mật số vsv mười lần Trị số D tỉ lệ nghịch với hằng số tốc

2.6 Tính toán ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt (Giá trị tiệt trùng F)

Hình 7: Biểu diễn “thời gian chết nhiệt” của vi sinh vật

Với trị số F là thời gian (tính bằng phút) cần thiết để tiêu diệt vi sinh vật tại một nhiệt độ nhất định

F có giá trị cụ thể cho từng nhiệt độ

F0 là giá trị của trị số F ở nhiệt độ 2500F (121,10C)

z là khoảng nhiệt độ cần thiết cho ‘thời gian chết nhiệt’ thực hiện một chu trình logarite

“Thời gian chết nhiệt” là thời gian cần thiết ở một nhiệt độ nhất định, dưới những điều kiện nhất định để vô hoạt một số lượng xác định của vi sinh vật hoặc bào tử

Dựa vào đồ thị biểu diễn thời gian chết nhiệt của vi sinh vật, ta có

Độ dốc của đường thẳng

Z T

F t

1 121

log log

=

−

−

=α

Z T

t F

Z

T t F

Z

T F

t

1 121

10

1.121log

1.121log

Thời gian

tiệt trùng

t

(phút)

T T

T Z

sinh bào tử như clostridium botulinum, Z=10oC)

Trong trường hợp nhiệt độ thay đổi theo thời gian, người ta ghi nhận T(t), khi đó giá trị F được tính như sau

10

T t T Z

T t T Z

F

ref ref

10 được gọi là yếu tố Bigelow

Công thức Bigelow cho ta tính được sự phá hủy các bào tử bởi nhiệt trong trường hợp xử

lý ở nhiệt độ không cố định

Hình 8: Đồ thị thanh trùng tổng quát

Thời gian chết nhiệt phụ thuộc vào các điều kiện như sau:

 Số lượng và mật độ của vi sinh vật trong môi trường gia nhiệt

 Tuổi và thời kỳ phát triển của giống vi sinh vật

 Những đặc tính lý, hóa học của môi trường mà vi sinh vật được gia nhiệt (pH, độ ẩm, thành phần dinh dưỡng …)

Nhiệt độ môi trường

Nhiệt độ sản phẩm

Thời gian chế biến Nhiệt độ

Thời gian

 Những đặc tính lý, hóa học của môi trường mà trong đó vi sinh vật sẽ phát triển sau khi gia nhiệt

 Có hay không sự áp dụng quá trình khuấy trộn trong khi gia nhiệt

 Bao bì chứa môi trường

Môi trường truyền nhiệt (hơi nước, nước, microwave, nhiệt khô, …)

Đối với mỗi loại vi sinh vật và thực phẩm khác nhau thì giá trị D và z là khác nhau

2.7 Mục tiêu của quá trình tiệt trùng

Bào tử yếm khí Clostridium botulinum là mục tiêu chính trong quá trình chế biến nhiệt vì

- Có thể sản sinh ra độc tố làm chết người dù ở liều lượng rất thấp

- Có khả năng thành lập bào tử, rất bền nhiệt

nhiễm vi sinh vật này, nên chúng quan hệ mật thiết tới lĩnh vực an toàn thực phẩm

Chính vì những lý do trên, Clostridium botulinum được xem là nguyên nhân gây ngộ độc

bào tử Clostridium botulinum hơn là vô hoạt Việc xử lý nhiệt thành công để phá hủy bào

tử Clostridium botulinum là kết hợp với nhiều yếu tố như pH, nhiệt độ, oxy, độ hoạt động

của nước, phụ gia bảo quản hoặc kết hợp với nhóm vi sinh vật cạnh tranh

Thông thường bào tử Clostridium botulinum không hình thành và phát triển trong thực

phẩm có pH < 4,6 Vì vậy, pH = 4,6 được chọn là ranh giới phân chia giữa thực phẩm acid và ít acid

- Trong thực phẩm acid (pH<4,6) bào tử Clostridium botulinum có thể hiện diện, không

có dấu hiệu liên quan đến sự phát triển nhanh, có thể áp dụng xử lý nhiệt trung bình để phá hủy chúng (thanh trùng)

- Trong thực phẩm ít acid (pH>4,6) xử lý nhiệt ở mức độ tương đối có thể sử dụng với

mục đích tiêu diệt bào tử Clostridium botulinum, nhưng phải kết hợp với quá trình bảo

quản mát Trong trường hợp này, quá trình tiệt trùng thường được áp dụng hơn

2.8 Xác định điểm kết thúc của quá trình tiệt trùng

Trị số giá trị tiệt trùng F cần được xác định cho mỗi loại hư hỏng do vi sinh vật

Một trị số của quá trình này được tính toán dựa vào z = 100C và nhiệt độ qui ước là 121,10C, được ký hiệu là F0 Đối với quá trình tiệt trùng nhiệt ẩm, trị số F10121,1

(Clostridium botulinum) tức là F0 = 3 phút, tại tâm của sản phẩm đóng hộp sẽ cho kết quả

an toàn theo quan điểm an toàn về mặt sức khỏe Những bào tử của vi sinh vật chịu nhiệt

có thể còn sống đối với quá trình nhiệt được thiết lập để giết bào tử Clostridium

quản thực phẩm

Vì vậy, việc thiết lập quá trình nhiệt tối thiểu là hướng đến việc tiêu diệt các bào tử của

các giống Clostridium botulinum phân giải protein dựa vào những thông số z (khoảng

nhiệt độ cần thiết để thực hiện một chu trình logarit tiêu diệt vi sinh vật) và nhiệt độ thực hiện quá trình tiêu diệt vi sinh vật

Điểm kết thúc của quá trình thanh trùng thường được xác định theo “xác xuất của một vi sinh vật còn sống sót” (PNSU)

Trị số thực nghiệm của F10121,1đối với

 Sức khỏe cộng đồng

Bào tử Clostridium botulinum

N0=103 D121,1 = 0,2 phút PNSU = 10-9 F0 = 3phút

 Ngăn ngừa hư hỏng

- Bào tử chịu nhiệt trung bình

Ta phải chọn được một chế độ tiệt trùng hợp lý, có nghĩa là đảm bảo yêu cầu tiêu diệt các

vi sinh vật có hại trong đồ hợp đó, đồng thời các chất dinh dưỡng ít bị tổn thất nhất, phẩm chất sản phẩm tốt nhất

vật chịu nhiệt Trong đó loại nguy hiểm hơn cả, có hại đến sức khỏe người sử dụng là

những bào tử của loại vi khuẩn Clostridium botulinum có khả năng phân giải protein, là

loại vi sinh vật chịu nhiệt nguy hiểm nhất, được các nước trên thế giới coi là đối tượng chủ yếu phải loại trừ, và tiêu diệt nha bào của nó được coi là tiêu chuẩn thanh trùng tối thiểu Mặc dù nó không phải là đại diện ưa nóng nhất của nhóm vi sinh vật lên men thối Trong đồ hộp thịt cá ta còn có thể gặp các loại vi khuẩn yếm khí gây thối hỏng đồ hộp

như Clostridium sporogenes bền với nhiệt hơn cả Clostridium botulinum

Ngoài ở các loại đồ hộp có độ acid hoạt động không cao lắm, cũng thường có các vi

khuẩn bềnh với nhiệt như Clostridium thermosaccharolyticum thuộc nhóm yếm khí ưa nhiệt, có tác dụng phân hủy glucid Và loại hiếu khí ưa nhiệt như loại Bacillus

stearothermophillus, là loại vi sinh vật làm hỏng đồ hộp

Do đó đối với các loại đồ hộp có môi trường pH > 4,6 cần phải có nhiệt độ thanh trùng cao mới tiêu diệt được các loại vi sinh vật ưa nhiệt gây hư hỏng đồ hộp Nhiệt độ đó vào khoảng 1050C – 1210C được gọi là quá trình tiệt trùng

♦ Chọn thời gian tiệt trùng

Ở nhiệt độ tiệt trùng nhất định, vi sinh vật trong đồ hộp thường không bị tiêu diệt ngay tức thời, mà cần phải có một thời gian nhất định gọi là thời gian thanh trùng hay thời gian tác dụng nhiệt, ký hiệu là T (phút)

Trong quá trình thanh trùng sản phẩm đựng trong đồ hộp, không được đun nóng tức thời tới nhiệt độ thanh trùng cần đạt được, mà nhiệt lượng phải truyền dần từ môi trường đun nóng, qua bao bì vào lớp sản phẩm bên ngoài, rồi vào tới khu vực trung tâm của đồ hộp, quá trình này phải mất một thời gian, gọi là thời gian truyền nhiệt (t1) Khi khu vực trung tâm của đồ hộp đạt tới nhiệt độ thanh trùng, thì giữ ở nhiệt độ đó trong thời gian nhất định, gọi là thời gian tiêu diệt (t2) Thời gian hạ nhiệt (t3)

Như vậy thời gian thanh trùng tổng quát của đồ hộp bao gồm thời gian truyền nhiệt và thời gian tiêu diệt

T = t1 + t2 + t3 (phút)

♦ Xác định thời gian có tác dụng tiêu diệt vi sinh vật

Khi thực hiện quá trình thanh trùng nhiệt cần phải tính đến giá trị F (Thời gian có tác dụng tiêu diệt vi sinh vật ở một nhiệt độ nhất định)

Tổng quát

T T

T Z

10

T t T Z

T t T Z

F

ref ref

ref

Giá trị F của quá trình thanh trùng nhiệt là tổng thời gian có tác dụng tiêu diệt vi sinh vật

ở cả 3 quá trình: nâng nhiêt, giữ nhiệt và hạ nhiệt

F = Fnâng nhiệt + Fgiữ nhiệt + Fhạ nhiệt

Một quá trình thanh trùng đạt yêu cầu khi thỏa điều kiện: F > F0 (giá trị F đảm bảo sức khỏe cộng đồng)

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Phương tiện nghiên cứu

Thực hiện nghiên cứu và thu thập số liệu tại phòng thí nghiệm của Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng, trường Đại học Cần Thơ

Thời gian: từ ngày 26/2/2007 đến ngày 18/5/2007

- Môi trường nuôi cấy vi khuẩn tổng số (Plate Count Agar)

- Hóa chất để phân tích acid

3.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thí nghiệm

Qua tham khảo một số qui trình sản xuất đồ hộp quả ngâm đường, từ đó rút ra được qui trình sản xuất đồ hộp hạt sen nước đường, dựa vào đó đưa ra qui trình khảo sát biến đổi mật số vi sinh vật trong quá trình chế biến Các thí nghiệm được tiến hành trên cơ sở chọn thông số tối ưu của thí nghiệm trước làm cơ sở cho thí nghiệm sau

↓ Làm nguội

↓ Dung dịch đường Cho vào hộp

Đun nóng → Rót nước đường (tỉ lệ 60% cái, 40% nước)

↓ Ghép nắp

↓ Tiệt trùng

↓ Làm nguội, bảo ôn

↓ Thành phẩm

- Phương pháp lấy mẫu

Nguyên liệu được mua từ các cánh đồng sen ở huyện Cao Lãnh tỉnh Đồng Tháp Nguyên liệu phải đúng độ tuổi, không hư hỏng và dập nát Để đảm bảo cho sản phẩm cuối cùng đạt chất lượng tốt

Vi khuẩn tổng số Đếm số khuẩn lạc mọc trên môi trường

Plate Count Agar

Độ acid Chuẩn độ trực tiếp bằng NaOH 0,1N với

phenolphthalein làm chất chỉ thị

3.3 Nội dung và bố trí thí nghiệm

Khảo sát ảnh hưởng của chế độ tiệt trùng đến chất lượng sản phẩm và mật số vi sinh vật

- Mục đính: Xác định qui luật biến đổi mật số vi sinh vật trong quá trình tiệt trùng sản phẩm hạt sen nước đường đóng hộp

- Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm 2 nhân tố với 2 lần lặp lại

+ Nhân tố A: Nhiệt độ tiệt trùng (0C), với 4 mức độ

A1 = 100 A2 = 105 A3 = 110 A4 = 115

+Nhân tố B: Thời gian tiệt trùng (phút), với 5 mức độ

B1 = 2 B2 = 4 B3 = 6 B4 = 8 B5 = 10

Bảng 5: Sơ đồ bố trí thí nghiệm

Nhân tố B Nhân tố A

+ Xác định các thông số của phương trình động học

+ Biến đổi mật số vi sinh vật trong quá trình bảo quản

+ Xác định độ khô và độ acid của sản phẩm trong quá trình bảo quản

CHƯƠNG IV KẾT QUẢ - THẢO LUẬN

4.1 Kết quả ghi nhận nhiệt độ tâm của sản phẩm trong quá trình tiệt trùng

Thời gian giữ nhiệt

0 20 40 60 80 100 120

Hình 9: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ tâm sản phẩm

khi tiệt trùng ở nhiệt độ 100 0 C

Thời gian giữ nhiệt

0 20 40 60 80 100 120

Hình 10: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ tâm sản phẩm

khi tiệt trùng ở nhiệt độ 105 0 C