Độc tố vi sinh vật trong thực phẩm

Các loại độc tố vi sinh vật thường gặp trong thực phẩm và các phương pháp kiểm soát bao gồm thanh trùng, tiệt trùng, sử dụng các hợp chất hoá học,...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÀI TẬP LỚN MÔN HÓA HỌC HÓA SINH THỰC PHẨM

ĐỘC TỐ VI SINH VẬT

NHÓM SVTH:

NGUYỄN ĐẶNG HỮU THIÊN - 1915271 TRẦN ĐÌNH VIỆT HÙNG - 1913615 TRẦN MINH THI - 1915265

GVHD:

PGS.TS TÔN NỮ MINH NGUYỆT

TP HỒ CHÍ MINH, 2020

LỜI MỞ ĐẦU

Trong công nghệ chế biến thực phẩm cần đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm cho người tiêu dùng Một trong những yếu tố gây độc cho thực phẩm là độc tố từ vi sinh vật

Độc tố vi sinh vật đã xuất hiện từ rất lâu với độ phổ biến và đa dạng cao Hầu hết các vụ ngộ độc thực phẩm đều có nguyên nhân từ độc tố vi sinh vật Chính vì sự phức tạp đó mà ta cần hiểu rõ chúng để có biện pháp phòng ngừa hợp lí

Trong bài này, nhóm em sẽ giới thiệu về độc tố vi sinh vật, một số loại độc tố vi sinh vật phổ biến và cách ngăn ngừa chúng trong thực phẩm

Mặc dù có nhiều sự cố gắng nhưng do thời gian học tập tương đối ngắn và kiến thức chuyên môn chưa vững chắc, bài làm sẽ khồng tránh khỏi thiếu sót, mong cô và các bạn cùng xây dựng để hoàn thiện hơn

Nhóm em xin chân thành cảm ơn

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

DANH MỤC BẢNG 4

DANH MỤC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ VÀ HÌNH ẢNH 4

I ĐỘC TỐ VI SINH VẬT 5

1 Sơ lược về độc tố vi sinh vật 5

2 Độc tính của độc tố vi sinh vật 5

II MỘT SỐ LOẠI ĐỘC TỐ VI SINH VẬT 6

1 Độc tố của tảo 6

2 Độc tố của nấm mốc 6

2.1 Sơ lược về độc tố nấm mốc 6

2.2 Độc tố aflatoxin 7

2.3 Độc tố ochratoxin 8

3 Đốc tố của vi khuẩn 9

3.1 Sơ lược về độc tố của vi khuẩn 9

3.2 Độc tố botulinum 9

3.3 Độc tố enterotoxin 10

III NGĂN NGỪA ĐỘC TỐ VI SINH VẬT 11

1 Bảo quản bằng phương pháp chiếu xạ 11

2 Bảo quản ở nhiệt độ thấp 12

3 Bảo quản ở nhiệt độ cao 12

3.1 Thanh trùng 12

3.2 Tiệt trùng 12

4 Bảo quản bằng hóa chất 12

4.1 Nitrite 12

4.2 Benzoic acid 13

4.3 Sorbic acid 13

4.4 Natri chloride 13

TÀI LIỆU THAM KHẢO 15

DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Phân loại độc tính các chất dựa trên LD50 5

Bảng 2 LD50của một số chất cụ thể 6

DANH MỤC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ VÀ HÌNH ẢNH Hình 1 Cấu trúc các loại aflatoxin điển hình 7

Hình 2 Cấu trúc các loại ochratoxin 8

Hình 3 Sự khác nhau giữa ngoại độc tố và nội độc tố 9

Hình 4 Hình dạng phân tử của độc tố botulinum 10

Hình 5 Hình dạng phân tử độc tố enterotoxin 11

I ĐỘC TỐ VI SINH VẬT

1 Sơ lược về độc tố vi sinh vật

Như ta được biết, vi sinh vật là những loài sinh vật rất nhỏ bé không nhìn thấy được bằng mắt thường mà chỉ có thể quan sát được dưới kính hiển vi Chúng bao gồm vi rút, vi khuẩn, tảo, nấm mốc và động vật nguyên sinh Nhưng trong đó chỉ có ba loài sinh độc tố, mà đặc biệt

là độc tố lây truyền qua thực phẩm, là độc tố của tảo, độc tố của nấm mốc và độc tố của vi khuẩn

Ba loại độc tố đó cũng có mức độ phổ biến khác nhau Độ phổ biến của độc tố tảo là ít nhất, rồi đến độc tố nấm mốc và lớn nhất là độc tố vi khuẩn

Vi sinh vật sản sinh ra độc tố khi chúng sinh trưởng trong thực phẩm Độc tố vi sinh vật

có thể gây ra triệu chứng đường ruột, triệu chứng thần kinh hoặc gây ra ung thư Ta có thể hạn chế các trường hợp ngộ độc thực phẩm bằng các biện pháp bảo quản

2 Độc tính của độc tố vi sinh vật

Liều gây chết trung bình là một thuật ngữ trong độc chất học, được viết tắt là LD50 Để đánh giá được mức độ độc của một chất người ta thường sử dụng liều gây chết trung bình Nó

có ý nghĩa là lượng chất cần thiết để giết chết phân nửa số cá thể được dùng làm thí nghiệm trong một thời gian thí nghiệm cho trước

Dưới đây là một cách phân loại chất độc dựa trên khái niệm Liều gây chết trung bình

LD50:

Bảng 1 Phân loại độc tính các chất dựa trên LD50 [1]

Từ bảng trên ta thấy được LD50của một chất càng nhỏ thì độc tính của chất đó càng cao Ngược lại, LD50càng thấp thì chất đó có độc tính càng thấp

Loại hạng LD 50 (mg/kg)

Bảng 2 LD50của một số chất cụ thể [1]

Lần lượt từ trên xuống như trên bảng, các chất có LD50giảm dần, đồng nghĩa với việc độc tính của nó sẽ tăng dần Chất cuối cùng trong bảng là độc tố botulinum, đây là một loại độc tố vi sinh vật Nó có LD50nhỏ hơn gấp nhiều lần so với Dioxin (chất độc màu da cam), tức là độc tính của nó mạnh hơn rất nhiều, từ đó ta thấy được độc tố vi sinh vật thường rất nguy hiểm

II MỘT SỐ LOẠI ĐỘC TỐ VI SINH VẬT

1 Độc tố của tảo

Tảo là một loài vi sinh vật tự dưỡng Chúng được sử dụng làm thức ăn cho con người, tuy nhiên chúng có thể sản sinh ra những độc tố rất mạnh gây ngộ độc thực phẩm [2]

Một số loại độc tố do tảo tổng hợp nên như dinoflagella toxin, dinophysis toxin và

cyanoginosin Mỗi loại do những loài tảo khác nhau tổng hợp nên và có tính chất độc khác nhau [2]

Dinoflagella toxin thường được tổng hợp bởi hai loài tảo là Gonyaulax catenella và Gonyaulax tamarensis Loại độc tố này bao gồm hai loại là saxitoxin và gomyautoxin Cả hai

đều có độc tính rất mạnh [2]

Dinophysis toxin thường được tổng hợp bởi tảo Dinophysis fortii Độc tố này gây ra rất

nhiều rối loạn trong cơ thể gồm rối loạn thần kinh, rối loạn hô hấp và rối loạn tuần hoàn [2]

Cyanoginosin do một số loài tảo như Microcystis aeruginosa tổng hợp nên Chúng gây

đau gan rất nặng ở người [2]

2 Độc tố của nấm mốc

2.1 Sơ lược về độc tố nấm mốc

Độc tố nấm mốc hay còn gọi là mycotoxin là loại độc tố do các loài nấm mốc tổng hợp nên Chúng được phân loại dựa trên nhiều hình thức khác nhau như phân loại theo cấu tạo, phân loại theo nấm mốc sản sinh ra chúng và phân loại theo bệnh lý nó gây ra [1]

Nhiều loài nấm có thể sản sinh ra cùng một loại độc tố Một loài nấm cũng có thể sản sinh ra nhiều loại độc tố Nhiều loại độc tố có thể nhiễm trên cùng một loại thực phẩm Phải

Sản phẩm Động vật LD 50 (mg/kg trọng

lượng cơ thể)

DDT (có trong thuốc diệt

có cơ chất thích hợp mới sản sinh ra đúng loại độc tố Một số loại độc tố nấm mốc phổ biến như aflatoxin và ochratoxin [1]

Độc tố của nấm mốc có thể gây độc cấp tính hay trường diễn Cấp tính gây dịch bệnh và

tử vong cao Bệnh do mycotoxin gây nên không có tính di truyền, không lây nhiễm và không gây ra nhiễm trùng [1]

Cơ chế tác động khác nhau nhưng nhìn chung chúng gây ức chế hoặc làm biến đổi quá trình trao đổi chất

2.2 Độc tố aflatoxin

Độc tố aflatoxin là loại độc tố được nghiên cứu kĩ nhất trong các loại độc tố nấm mốc

Loại độc tố này do ba loài nấm mốc điển hình là Aspergillus flavus, Aspergillus parasiticus và Aspergillus moninus tổng hợp nên Chúng gồm 18 loại cấu trúc khác nhau như B1, B2, G1,

G2,… nhưng đặc biệt nhất là aflatoxin B1 Aflatoxin B1là độc tố có độc tính mạnh nhất và là hợp chất tự nhiên Các chất còn loại là dẫn xuất của nó và ít phổ biến hơn [1]

Hình 1 Cấu trúc các loại aflatoxin điển hình [1]

Độc tính của aflatoxin khá cao với LD50là 0,5 mg/kg đối với vịt con, 60 mg/kg đối với chuột nhắt Sau khi nhiễm phải aflatoxin, chúng chuyển hóa khá nhanh, chỉ sau 48 giờ phát hiện thấy 85% lượng aflatoxin được chuyển hóa ở động vật Nhiễm độc aflatoxin gây ra nhiều tác hại mà đặc biệt là gây nhiễm độc gan, gan của vật nhiễm có màu nhạt và sưng to Ngoài ra độc tố này còn có thể gây ra ung thư [1]

Aflatoxin xuất hiện phổ biến trên các loại nông sản như lương thực (ngô, lúa mỳ, gạo,…), hạt có dầu (đậu phộng, hạt bông,…) và sữa [1]

Các biện pháp hạn chế aflatoxin thường thông qua cách ngăn ngừa các loài nấm mốc tổng hợp nên chúng phát triển Các biện pháp điển hình như sử dụng các chất bảo quản, điều chỉnh hoạt độ nước, tạo các giống cây trồng, vật nuôi kháng nấm,…

2.3 Độc tố ochratoxin

Độc tố ochratoxin cũng là một loại độc tố nấm mốc phổ biến bên cạnh aflatoxin Chúng

do loài nấm mốc Aspergillus ochraceus và Penicillium tổng hợp nên Ochratoxin bao gồm các

loại là ochatoxin A, B và C Loại độc tố có độc tính cao nhất là ochratoxin A Đây là hợp chất không mùi, kết tinh, hòa tan trong dung môi phân cực, tan hạn chế trong nước [1]

Hình 2 Cấu trúc các loại ochratoxin [1]

Tương tự như aflatoxin, ochratoxin cũng có độc tính khá cao, ví dụ như ochratoxin A có

LD50là 20 mg/kg đối với chuột và 3,6 mg/kg đối với gà con Chúng gây ra chứng suy thận ở người và có thể gây ung thư [1]

Các loại nông sản có thể nhiễm phải độc tố ochratoxin là hạt cà phê, lúa mỳ, gạo và ngô [1]

Các biện pháp phòng ngừa ochratoxin còn rất hạn chế Ngoài ra loại độc tố này bền với nhiệt và hóa chất, tồn tại ở cả trong môi trường ẩm Các thử nghiệm cho thấy chỉ có 76% hàm lượng độc tố giảm đi khi gia nhiệt ở 250oC trong 40 phút [1]

3 Đốc tố của vi khuẩn

3.1 Sơ lược về độc tố của vi khuẩn

Độc tố của vi khuẩn rất đa dạng và phổ biến Tuy không phải loại vi khuẩn nào cũng sinh

ra độc tố nhưng do có rất nhiều loài vi khuẩn kéo theo độc tố của chúng cũng phức tạp Mỗi độc tố do mỗi loài vi khuẩn khác nhau tổng hợp nên có tính chất khác nhau

Độc tố của vi khuẩn bao gồm hai loại là ngoại độc tố và nội độc tố Chúng có cơ chế hình thành và bản chất khác nhau nên dẫn đến có những tính chất khác nhau

Hình 3 Sự khác nhau giữa ngoại độc tố và nội độc tố

Ngoại độc tố hay exotoxin là loại độc tố ngoại bào, do cả vi khuẩn gram dương và vi khuẩn gram âm (chủ yếu là vi khuẩn gram dương) tổng hợp nên trong tế bào và thải ra môi trường Chúng có bản chất là protein nên dễ bị biến tính và mất hoạt tính bởi nhiệt độ Đây là những chất độc rất mạnh, gây hại cho vật chủ bằng cách phá hủy tế bào hoặc phá vỡ sự chuyển hóa tế bào bình thường Độc tính của hầu hết các ngoại độc tố có thể được bất hoạt hay vô hiệu hóa bằng cách xử lý nhiệt hoặc hóa học để tạo ra một biến độc tố (gọi là toxoid) Điển hình cho ngoại độc tố là độc tố botulinum,… [2]

Nội độc tố hay còn gọi là endotoxin có mặt ở khắp mọi nơi trong môi trường như trong không khí, trong nước, đất và trong đường tiêu hóa của động vật Loại độc tố này là một phần của thành tế bào vi khuẩn gram âm, chỉ được giải phóng khi tế bào vi khuẩn bị phá hủy Chúng có bản chất phổ biến là phospholipid hoặc lipopolysaccharide (LPS) Loại độc tố này bền nhiệt và có độc tính yếu Một trong những nội độc tố là độc tố enterotoxin,…

3.2 Độc tố botulinum

Đây là một loại độc tố được tổng hợp bởi loài vi khuẩn Clostridium botulinum Thuộc

loại ngoại độc tố nên có bản chất là protein và độc tính rất mạnh, cao gấp 7 lần so với độc tố uốn ván Ở hình dưới ta thấy phần màu xanh có dạng gấp nếp và phần màu đỏ có dạng xoắn,

đó chính là hình dạng cấu trúc bậc hai của protein [1]

Hình 4 Hình dạng phân tử của độc tố botulinum.

Botulinum được biết đến là một loại độc tố thần kinh, gây ra bệnh ngộ độc thịt (một loại bệnh gây bại liệt) Khi ăn phải độc tố botulinum, thời gian ủ bệnh có thể kéo dài khoảng từ 12-72 giờ tùy vào lượng độc tố Nhìn chung thời gian ủ bệnh của độc tố này khá lâu, lâu hơn

so với các loại độc tố như enterotoxin Do botulinum là một loại độc tố thần kinh Khi được đưa vào cơ thể, chúng phải được hấp thu qua thành ruột rồi mới được đưa đến hệ thần kinh và tấn công nơi đây Biểu hiện ban đầu của bệnh ngược lại có thể xuất hiện sớm hơn từ 6-8 giờ nhưng cũng có thể rất muộn từ 1-2 tuần Các triệu chứng của bệnh là cảm thấy yếu, mệt mỏi, nói và nhìn khó Sau đó có thể bị liệt tay, chân và cơ ngực Bệnh có thể gây tử vong do liệt hô hấp [1], [3]

Nhiều loại thực phẩm khác nhau đều có thể nhiễm phải botulinum Vi khuẩn Clostridium botulinum là một loài vi khuẩn kỵ khí nên sinh trưởng tốt trong đồ hộp, nhất là các loại thịt cá

hộp, và sản sinh ra loại độc tố này [3]

Cách ngăn ngừa hiệu quả đối với loại độc tố này là đảm bảo vệ sinh từ khâu nguyên liệu đến khâu chế biến, sản xuất và đảm bảo tiệt trùng đúng quy định sản phẩm Đặc biệt là chú ý nhiệt độ và thời gian thích hợp trong khâu đóng hộp [1], [3]

3.3 Độc tố enterotoxin

Enterotoxin là một loại độc tố vi khuẩn được tổng hợp nên bởi các loài vi khuẩn như

Staphylococcus aureus, C.perfringens, Bacillus cereus,… Loại độc tố này có nhiều loại, mỗi

loại có bản chất khác nhau Một trong số đó là nội độc tố nên bền với nhiệt [3]

Hình 5 Hình dạng phân tử độc tố enterotoxin.

Đây còn được biết là một loại độc tố ruột, gây ra các bệnh về đường tiêu hóa Khi nhiễm phải loại độc tố này, thời gian ủ bệnh và triệu chứng phụ thuộc vào loài vi khuẩn sản sinh ra chúng, nhưng nhìn chung ngắn hơn so với botulinum Bệnh đi kèm với các triệu chứng phổ biến như đau bụng, buồn nôn, nôn mửa và tiêu chảy, ngoài ra còn một số triệu chứng riêng biệt như choáng váng, sốt cao, đôi khi có các biểu hiện thần kinh Bệnh do độc tố này gây ra tiến triển khá nhanh nhưng ít bị tử vong và thường hết sau 1-2 ngày [1]

Chính vì độc tố enterotoxin có nhiều loại, do nhiều loài vi khuẩn tổng hợp nên Mỗi loài

vi khuẩn lại có thể nhiễm ở các loại thực phẩm khác nhau nên loại độc tố này được tìm thấy ở rất nhiều loại thực phẩm Chúng thường bị nhiễm ở các loại thực phẩm như sữa, thịt, cá [1] Thực phẩm nhiễm enterotoxin thường không bị thay đổi các yếu tố cảm quan nên rất khó phát hiện Vì vậy cần ngăn ngừa sự lây nhiễm các loại độc tố này bằng cách đảm bảo an toàn

vệ sinh trong khâu sản xuất và chế biến Nếu thực phẩm đã nhiễm phải loại độc tố này, để phá hủy nó cần phải đun sôi ít nhất 2 giờ [1]

III NGĂN NGỪA ĐỘC TỐ VI SINH VẬT

Độc tố vi sinh vật rất khó để loại bỏ khi thực phẩm đã nhiễm phải Vì vậy, để ngăn ngừa độc tố vi sinh vật cần bảo quản thực phẩm khỏi các loài vi sinh vật tổng hợp nên chúng Một

số phương pháp bảo quản thực phẩm như bảo quản bằng phương pháp chiếu xạ, bảo quản ở nhiệt độ cao, bảo quản ở nhiệt độ thấp và bảo quản bằng hóa chất,…

1 Bảo quản bằng phương pháp chiếu xạ

Phương pháp chiếu xạ thường gồm hai loại tia là tia cực tím và tia bức xạ Tia cực tím chỉ

có tác dụng diệt mầm bệnh trên bề mặt thực phẩm Tia bức xạ bao gồm những tia là alpha, beta, gamma có tác dụng diệt toàn bộ mầm bệnh trong thực phẩm Tuy vậy trong tia bức xạ, mỗi loại tia cũng có khả năng đâm xuyên khác nhau Tia alpha bị ngăn chặn dễ dàng bởi một

tờ giấy, tia beta bị ngăn cản bởi một tấm nhôm, còn tia gamma có thể bị chặn bởi một tấm chì

Do đó, trong thực tế, người ta chỉ thường dùng tia beta và tia gamma trong phương pháp chiếu xạ để bảo quản thực phẩm [1]

Cơ chế tác động của phương pháp này là làm ức chế hoặc làm chết vi sinh vật Chiếu xạ được sử dụng phổ biến trong công nghệ sau thu hoạch các loại thực phẩm như trái cây, rau tươi, ngũ cốc, thịt và thủy sản [4]

Chiếu xạ có thể gây hại nếu dùng quá liều lượng cho phép Ngoài ra nó còn gây ảnh

hóa học như polysaccharide, lipid hoặc làm giảm giá trị dinh dưỡng do làm giảm lượng vitamin nhiều hay ít

2 Bảo quản ở nhiệt độ thấp

Người ta chia bảo quản ở nhiệt độ thấp thành hai loại là ướp lạnh và đông lạnh Ướp lạnh

là xử lý ở nhiệt độ khoảng -4oC Đông lạnh là bảo quản ở nhiệt độ dưới -10oC, thường là -15oC đến -18oC [1]

Cơ chế của việc sử dụng nhiệt độ thấp để bảo quản thực phẩm là vi sinh vật bị ức chế không phát triển và không hoạt động ở nhiệt độ này Ngoài ra, ở nhiệt độ lạnh đông, các tinh thể nước đá hình thành chọc thủng màng tế bào các vi sinh vật cũng giúp tiêu diệt chúng [2] Phương pháp bảo quản này có thể ảnh hưởng đến mùi vị và chất lượng sản phẩm Chẳng hạn như việc hình thành tinh thể nước đá ở nhiệt độ lạnh đông, ngoài chọc thủng màng tế bào

vi sinh vật, chúng cũng có thể chọc thủng màng tế bào của thực phẩm Chính điều đó sẽ gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

3 Bảo quản ở nhiệt độ cao

Cơ chế của bảo quản ở nhiệt độ cao là dùng nhiệt độ để tiêu diệt vi sinh vật Cách bảo quản này thường có 2 loại là thanh trùng và tiệt trùng

3.1 Thanh trùng

Thanh trùng được sử dụng khi ta muốn tiêu diệt vi sinh vật nhưng vẫn muốn giữ nguyên bản chất tươi nguyên của sản phẩm vì sử dụng nhiệt độ không quá cao Tuy nhiên, một số vi khuẩn chịu nhiệt hay vi khuẩn tạo bào tử không bị tiêu diệt đối với phương pháp này như Clostridium [2], [4]

Các công nghệ chế biến thực phẩm áp dụng thanh trùng như chế biến sữa, công nghệ lên men (bia, rượu vang, nước trái cây lên men,…), công nghệ chế biến rau trái (sản xuất nước rau trái, rau trái đóng hộp) [4]

3.2 Tiệt trùng

Phương pháp tiệt trùng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật có trong thực phẩm

Tiệt trùng được sử dụng trong công nghệ chế biến sữa, quy trình đóng hộp thịt và thủy sản [4]

Vì dử dụng nhiệt độ cao nên có thể làm biến đổi tính chất của sản phẩm làm ảnh hưởng xấu đến tính chất cảm quan của chúng Một trong những biến đổi xấu phổ biến là gây ra phản ứng Maillard tạo ra các hỗn hợp các sản phẩm gọi là melanoidin Hỗn hợp sản phẩm này ảnh hưởng xấu đến tính chất cảm quan của thực phẩm Một ví dụ cho ảnh hưởng xấu đó là sản xuất sữa tiệt trùng, làm sữa sẫm màu và giảm giá trị dinh dưỡng [4]

4 Bảo quản bằng hóa chất

Một trong những phương pháp phổ biến nhất trong bảo quản thực phẩm khỏi vi sinh vật

là bảo quản bằng hóa chất Có nhiều loại hóa chất khác nhau được sử dụng trong bảo quản thực phẩm Mỗi loại có những đặc tính riêng, cơ chế chống vi sinh vật riêng, độc tính riêng và được sử dụng trong nhiều loại thực phẩm khác nhau Để chọn hóa chất trong bảo quản thực phẩm, loại hóa chất đó cần đáp ứng được một số yêu cầu cơ bản như: có tính kháng vi sinh vật, không gây độc cho người tiêu dùng ở liều lượng cho phép, ít làm thay đổi tính cảm quan của sản phẩm (trong một số trường hợp có thể thay đổi tính chất cảm quan nhiều tùy theo mục đích sử dụng),… Một số hóa chất được dùng nhiều như natri chloride, benzoic acid, sorbic acid và các nitrite,… [2]

4.1 Nitrite