Tiểu luận môn vi sinh vật thực phẩm HƯ HỎNG CÁ DO VI SINH VẬT VÀ CÁCH XỬ LÝ

GVHD: Đào Hồng Hà Nhóm 1 MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU 2 1. DESCRIBING A HEAT PROCESS 4 2. MÊU TẢ QUÁ TRÌNH NHIỆT 8 3. MỐI LIÊN HỆ GIỮA TRỊ SỐ Z VÀ D 14 4.ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN VI SINH VẬT 17 5. CLOSTRIDIUM BOTULINUM 20 Trang 1/23 GVHD: Đào Hồng Hà Nhóm 1 LỜI MỞ ĐẦU Cũng giống như các sinh vật khác, nhiệt độ của môi trường cũng có ảnh hưởng rất lớn đối với vi sinh vật. Trên thực tế, do vi sinh vật thường là các sinh vật đơn bào cho nên chúng rất mẫn cảm với sự biến hóa của nhiệt độ, và thường bị biến hóa cùng với sự biến hóa về nhiệt độ của môi trường xung quanh. Chính vì vậy, nhiệt độ của tế bào vi sinh vật cũng phản ánh trực tiếp nhiệt độ của môi trường xung quanh. Một nhân tố quyết định ảnh hưởng của nhiệt độ đối với sự sinh trưởng của vi sinh vật đó là tính mẫn cảm với nhiệt độ của các phản ứng xúc tác nhờ enzym. Trong phạm vi nhiệt độ thấp, khi nhiệt độ tăng lên sẽ làm tăng tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật, vì phản ứng xúc tác nhờ enzyme cũng giống như các phản ứng hóa học nói chung, khi nhiệt độ tăng lên 10 0 C tốc độ phản ứng sẽ tăng gấp đôi. Vì các phản ứng trong tế bào đều tăng cho nên toàn bộ hoạt động trao đổi chất sẽ tăng lên khi nhiệt độ cao hơn, và vi sinh vật sẽ sinh trưởng nhanh hơn. Lúc nhiệt độ tăng lên đến một mức độ nhất định thì nhiệt độ càng tăng tốc độ sinh trưởng càng giảm. Khi nhiệt độ tăng quá cao vi sinh vật sẽ chết. Khi nhiệt độ quá cao sẽ gây ra sự biến tính của enzym, của các thể vận chuyển (transport carriers) và các protein khác. Màng sinh chất sẽ bị tổn thương vì hai lớp lipid sẽ bị hòa tan. Do đó mặc dầu ở nhiệt độ càng cao các phản ứng xúc tác tiến hành càng nhanh nhưng do các nguyên nhân nói trên mà tế bào bị tổn thương đến mức khó hồi phục và dẫn đến việc ức chế sinh trưởng. Tại điều kiện nhiệt độ rất thấp màng sinh chất bị kết đông lại, enzyme cũng ngừng hoạt động. Nói chung, nếu vượt quá nhiệt độ tốt nhất đối với vi sinh vật, chức năng và kết cấu tế bào đều bị ảnh hưởng. Nếu nhiệt độ rất thấp, tuy chức năng chịu ảnh hưởng nhưng thành phần hóa học và kết cấu không nhất thiết chịu ảnh hưởng. Do ảnh hưởng hai mặt, vừa có lợi vừa có hại của nhiệt độ đối với vi sinh vật mà có thể xác định các loại nhiệt độ cơ bản (cardinal temperaturre) đối với sự sinh trưởng của vi sinh vật. Đó là nhiệt độ thấp nhất (minimum), nhiệt độ tốt nhất (optimum) và nhiệt độ cao nhất (maximum) đối với sự sinh trưởng. Độc tố của vi khuẩn là một trong những nguyên nhân gây ngộ độc thực phẩm và ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của con người. Nó liên quan mật thiết đến công Trang 2/23 GVHD: Đào Hồng Hà Nhóm 1 tác kiểm tra và vệ sinh an toàn toàn thực phẩm. Vì vậy vấn đề vệ sinh và an toàn thực phẩm càng phải được quan tâm ở các cấp, các ngành. Và các quá trình gia nhiệt để tiêu diệt vi sinh vật trong thực phẩm có ý nghĩa rất quan trọng, có như vậy mới có thể đáp ứng nhu cầu thực phẩm ngày càng nhiều của người dân cùng với ngành công nghiệp sản xuất và chế biến thực phẩm cũng như các nhà hàng khách sạn ngày càng phát triển mạnh. Trang 3/23 GVHD: Đào Hồng Hà Nhóm 1 1. DESCRIBING A HEAT PROCESS Heating processes are neither uniform nor instantaneous. To be able to compare the lethal effect of different processes it is necessary for us to have some common currency to describe them. For appertization processes this is known as the F value; aparameter which expresses the integrated lethal effect of a heat process in terms of minutes at a given temperature indicated by a subscript. A process may have an F 121 value of say 4, which means that its particular combination of times and temperatures is equivalent to instantaneous heating to 121 0 C, holding at that temperature for four minutes and then cooling in- stantly, it does not even necessarily imply that the product ever reaches121 0 C. The F value will depend on the z value of the organism of concern; if z=10 0 C then 1 minute at 111 0 C has an F 121 = 0.1, if z = 5 0 C then the F 121 value will be 0.01. It is therefore necessary to specify both the z value and the temperature when stating F. For spores z is commonly about 10 0 C and the F 121 determined using this value is designated F 0 . To determine the F 0 value required in a particular process one needs to know the D 121 of the target organism and the number of decimal reductions considered necessary. F 121 = D 121 *(logN 0 – log N) In this exercise, the canner will have two objectives, a safe product and a stable product. From the point of view of safety in low acid canned foods (defined as those with a pH >=44.5) Clostridium botulinum is the principle concern. The widely accepted minimum lethality for a heat process applied to low-acid canned foods is that it should produce 12 decimal reductions in the number of surviving C. botulinum spores (log N 0 - log N =12). This is known as the 12D or botulinum cook. If D 121 of C.botulinum is 0.21 minutes then a botulinum cook will have an F 0 of 12 * 0.21 = 2.52 min. The effect of applying a process with this F 0 to a product in which every can contains one spore of C.botulinum (N 0 =1) will be that a spore will survive in one can out of every 10 12 Trang 4/23 GVHD: Đào Hồng Hà Nhóm 1 The canner also has the objective of producing a product which will not spoil at an unacceptably high rate. Since spoilage is a more accept-able form of process failure than survival of C. botulinum, the process lethality requirements with respect to spoilage organisms do not need to be so severe. In deciding the heat process to be applied, a number of factors have to be weighed up. (1) What would be the economic costs of a given rate of spoilage? (2) What would be the cost of additional processing to reduce the rate of spoilage? (3) Would this additional processing result in significant losses in product quality? Most canners would regard an acceptable spoilage rate due to under- processing as something around 1 in 10 5 –10 6 cans and this is normally achievable through 5–6 decimal reductions in the number of spores with spoilage potential (the USFDA use 6D as their yardstick). PA3679, Clostridium sporogenes is frequently used as an indicator for process spoilage and typically has a D 121 of about 1 min. This will translate into a process with an F 0 value of 5–6; sufficient to produce about 24–30 decimal reductions in viable C. botulinum spores – well in excess of the minimal requirements of the botulinum cook. Some typical F 0 values used in commercial canning are presented in Table 4.4 Table 4.4 Typical F 0 values for some canned foods Food F 0 (min) Asparagus 2–4 Beans in tomato sauce 4–6 Carrots 3–4 Peas 4–6 Milk pudding 4–10 Meats in gravy 8–10 Potatoes 4–10 Mackerel in brine 3–4 Meat loaf 6 Chocolate pudding 6 Having decided the F value required, it is necessary to ensure that the F 0 value actually delivered by a particular heating regime achieves this target value. To Trang 5/23 GVHD: Đào Hồng Hà Nhóm 1 do this, the thermal history of the product during processing is determined using special cans fitted with thermocouples to monitor the product temperature. These must be situated at the slowest heating point in the pack where the F 0 value will be at a minimum. The precise location of the slowest heating point and the rate at which its temperature increases depend on the physical characteristics of the can contents. Heat transfer in solid foods such as meats is largely by conduction which is a slow process and the slowest heating point is the geometric centre of the can (Figure 4.5). When fluid movement is possible in the can, heating is more rapid because convection currents are set up which transfer heat more effectively. In this heating point lies on the can is central axis but nearer the base. The slowest heating point is not always easy to predict. It may change during processing as in products which undergo a sol–gel transition during heating, producing a broken heating curve which shows a phase of convection heating followed by one of conduction heating. In most cases heating is by conduction but some can contents show neither pure convection nor pure conduction heating and the slowest heating point must be determined experimentally. Movement of material within the can improves heat transfer and will reduce the process time. This is exploited in some types of canning retort which agitate the cans during processing to promote turbulence in the product. The F value can be computed from the thermal history of a product by assigning a lethal rate to each temperature on the heating curve. The lethal rate, L R , at a particular temperature is the ratio of the microbial death rate at that temperature to the death rate at the lethal rate reference temperature. For example, using 121 0 C as the reference tem-perature: L R = D 121 /D T where L R is the lethal rate at 121 0 C. Since z = (T 2 – T 1 ) / (log D 1 – log D 2 ) and substituting T 2 = 121 0 C; T 1 = T; D 2 = D 121 and D 1 = D T L R = 1/10 (121 -T)/z Trang 6/23 GVHD: Đào Hồng Hà Nhóm 1 Lethal rates calculated in this way can be obtained from published tables where the L R can be read off for each temperature (from about 90 0 C and above) and for a number of different z values (Table 4.5). Nowadays though this is unnecessary since the whole process of F value calculation tends to be computerized. Total lethality is the sum of the individual lethal rates over the whole process; for example 2 minutes at a temperature whose L R is 0.1 contributes 0.2 to the F 0 value, 2 minutes at a L R of 0.2 contributes a further 0.4, and so on. Another way of expressing this is that the area Table 4.5 Selected lethal rate values (F 121.1 min -1 ) z value Temp. ( 0 C) 7 8 9 10 11 12 100.0 0.001 0.002 0.005 0.008 0.012 0.017 101.0 0.001 0.003 0.006 0.010 0.015 0.021 102.0 0.002 0.004 0.008 0.012 0.018 0.026 103.0 0.003 0.005 0.010 0.015 0.023 0.031 104.0 0.004 0.007 0.013 0.019 0.028 0.038 105.0 0.005 0.010 0.016 0.024 0.034 0.045 110.0 0.026 0.041 0.058 0.077 0.098 0.119 115.0 0.134 0.172 0.209 0.245 0.278 0.310 120.0 0.694 0.727 0.753 0.774 0.793 0.808 under a curve describing a plot of lethal rate against time gives the overall process lethality, F 0 (Figure 4.6). Trang 7/23 GVHD: Đào Hồng Hà Nhóm 1 F 0 = L R dt This procedure has safeguards built into it. If the slowest heating point receives an appropriate treatment then the lethality of the process elsewhere in the product will be in excess of this. A further safety margin is introduced by only considering the heating phase of the process; the cooling phase, although short, will also have some lethal effect. Process confirmation can also be achieved by microbiological testing in which inoculated packs are put through the heat process and the spoilage/survival rate determined. Heat penetration studies though give much more precise and useable information since inoculated packs are subject to culture variations which can affect resistance and also recovery patterns. A change in any aspect of the product or its preparation will require the heat process to be re-validated and failure to do this could have serious consequences. An early example of this was the scandal in the mid-nineteenth century when huge quantities of canned meat supplied to the Royal Navy putrefied leading to the accusation that the meat had been bad before canning. It transpired that the problem arose because cans with a capacity of 9–14 lb were being used instead of the original 2–6 lb cans. In these larger cans the centre of the pack took longer to heat and did not reach a temperature sufficient to kill all the bacteria. More recently, replacement of sugar with an artificial sweetener in hazelnut puree meant that spores of C. botulinum surviving the mild heat process given to the product were no longer prevented from growing by the reduced a w (see Section 7.5.5). 2. MIÊU TẢ QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỐI VỚI VI SINH VẬT Quá trình gia nhiệt không phải là không tức thời hay thống nhất. Để có thể so sánh hiệu quả gây chết của tế bào của các quá trình khác nhau đó là cần thiết để chúng ta có một số phương thức chung để mô tả chúng. Đối với appertization quá trình này được biết đến như giá trị F; ; một tham số thể hiện sự tác động tích hợp gây chết của một quá trình nhiệt trong khoảng thời gian tính bằng phút ở một nhiệt Trang 8/23 GVHD: Đào Hồng Hà Nhóm 1 độ xác định. Một quá trình có thể có một giá trị F 121 là 4, có nghĩa là sự kết hợp đặc biệt của thời gian và nhiệt độ tương đương với nhiệt tức thời đến 121 0 C, giữ tại nhiệt độ đó trong bốn phút và sau đó làm lạnh ngay lập tức, nó thậm chí không nhất thiết có nghĩa rằng sản phẩm bao giờ cũng đạt đến 121 0 C. Giá trị F sẽ phụ thuộc vào giá trị z của các sinh vật quan tâm, nếu z = 10 0 C sau đó 1 phút ở 111 0 C có F 121 = 0.1, nếu z = 5 0 C sau đó F 121 sẽ có giá trị là 0.01. Do đó, cần thiết để xác định cả hai giá trị z và nhiệt độ khi nói tới giá trị F. Đối với các bào tử z thường khoảng 10 0 và F 121 được xác định bằng cách sử dụng giá trị này được chỉ định là F 0 . Để xác định giá trị F 0 cần thiết trong một quá trình cụ thể ta cần phải biết D 121 của sinh vật mục tiêu và số lượng thập phân cần thiết. F 121 = D 121 (log N 0 – log N) Trong đó: D là thời gian cần thiết tại một nhiệt độ xác định để tiêu diệt 90% lượng vi sinh vật ban đầu. Được gọi là “thời gian tiêu diệt thập phân”. No: lượng vi sinh vật ban đầu (cfu/ml) N : lượng vi sinh vật trong sản phẩm ở thời điểm t (cfu/ml) F : thời gian cần thiết (tính bằng phút) để tiêu diệt vi sinh vật, tại một nhiệt độ nhất định. Trong thí nghiệm này, các sản phẩm sẽ có hai mục tiêu, một sản phẩm an toàn và ổn định. Từ quan điểm an toàn trong thực phẩm đóng hộp acid thấp. (định nghĩa là những người có một pH>4.5) Clostridium botulinum là một yếu tố cơ bản để quan tâm. Các tác nhân gây chết tối thiểu chấp nhận rộng rãi cho một quá trình nhiệt áp dụng cho thực phẩm đóng hộp có độ acid thấp là nó sẽ giảm 12 số thập phân trong số các bào tử C. botulinum còn sống sót (log N 0 - log N = 12). Điều này được gọi là đun nóng 12D hoặc nấu botulinum. Nếu D 121 của C.botulinum là 0,21 phút sau đó nấu botulium sẽ có một giá trị F 0 của 12* 0,21 = 2.52 phút. Hiệu quả Trang 9/23 GVHD: Đào Hồng Hà Nhóm 1 của việc áp dụng một quá trình F 0 trong đó tới mỗi sản phẩm có thể chứa một bào tử của C. Botulium ( N 0 = 1) sẽ là một bào tử sẽ tồn tại trong mỗi 10 12 . Sản phẩm nào cũng có mục tiêu là không hỏng với một tỷ lệ quá cao. Khi hư hỏng là một sự chấp nhận thất bại so với sự sống C. botulinum, yêu cầu đối với hư hỏng liên quan không cần phải quá nghiêm trọng. Trong quyết định quá trình nhiệt được áp dụng, một số yếu tố phải được cân nhắc. (1) Chi phí kinh tế của một tỷ lệ nhất định hư hỏng ? (2) Chi phí xử lý bổ sung để giảm tỷ lệ hư hỏng ? (3) Sự bổ sung chế biến này có dẫn đến thiệt hại đáng kể chất lượng sản phẩm ? Hầu hết các công ty đóng hộp có tỷ lệ hư hỏng chấp nhận được trong quá trình chế biến là trong 1năm khoảng 10 5 -10 6 và điều này là bình thường đạt được thông qua 5-6 lần giảm số lượng bào tử có nguy cơ bị hư hỏng (các USFDA sử dụng như là thước đo 6D của họ). PA3679, Clostridium sporogenes thường được sử dụng như là một dự báo cho quá trình hư hỏng và thường có một D 121 trong khoảng 1 phút. Điều này sẽ chuyển thành một quá trình với một giá trị F 0 của 5-6, đủ để sản xuất khoảng 24-30 lần giảm số bào tử C. botulinum khả thi - cũng vượt yêu cầu tối thiểu của các quá trình nấu botulinum. Một số F 0 giá trị tiêu biểu được sử dụng trong đồ hộp thương mại được trình bày trong bảng 4.4 Thực phẩm F 0 (min) Măng tây 2–4 Hột trong nước sốt cà chua 4–6 Carrots 3–4 Đậu hà lan 4–6 Bánh sữa pudding 4–10 Trang 10/23 [...]... hại do các tinh thể băng được tạo thành nhưng kích thước nhỏ, do tế bào không bị phân hủy Nếu làm lạnh trong chân không, các tinh thể băng sẽ thăng hoa, đó là phương pháp đông khô vi sinh vật Nhiệt độ thấp được sử dụng để ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Đây là phương pháp quan trọng ngành vi sinh vật học thực phẩm Ở nhiệt độ -20°C hay thấp hơn, vật phẩm bị đông lạnh, vi sinh vật. .. tiêu thụ, tránh để tổn hại và để cho các vi sinh vật gây bện phát triển Bảo quản lạnh giúp làm chậm sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, nhưng không đủ làm ngừng hẳn sự sinh trưởng Đáng mừng là phần lớn các vi sinh vật gây bệnh là thuộc loại ưa ấm (mesophilic) và không sinh trưởng được ở nhiệt độ 4°C Các vật giữ lạnh bị hư hỏng bởi các vi khuẩn ưa lạnh (psychrophilic) và chịu lạnh (psychrotrophic)... bị đình chỉ sinh trưởng Một số vi sinh vật bị chết vì các tinh thể băng là phá vỡ màng tế bào,.nhưng lạnh sâu không làm chết phần lớn các vi sinh vật nhiễm trên vật phẩm Trên thực tế nhiều Trang 18/23 GVHD: Đào Hồng Hà Nhóm 1 phòng thí nghiệm dùng các tủ lạnh sâu -30°C hay -70°C để bảo quản vi sinh vật Vì thực phẩm đông lạnh có thể chứa nhiều vi sinh vật, cho nên khi làm tan băng phải xử lý ngay để... botulinum và có thể gây hư hỏng cho sản phẩm, nhưng không sinh ra độc tố trong khi bảo quản thực phẩm Vì vậy, vi c thiết lập quá trình nhiệt tối thiểu là hư ng đến vi c 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 1 chu trình logarit tiêu diệt vi sinh vật) và nhiệt độ thực hiện quá trình tiêu diệt vi sinh vật Điểm... vùng nhiệt sinh trưởng của vi sinh vật Giới hạn này rất khác nhau giữa các loài vi khuẩn: tương đối rộng ở các vi khuẩn hoại sinh nhưng rất hẹp ở các vi khuẩn gây bệnh Tùy theo quan hệ với vùng nhiệt có thể chia vi khuẩn thành một số nhóm Vi khuẩn ưa lạnh: sinh trưởng tốt nhất ở nhiệt độ dưới 20 0C thường gặp trong nước biển, các hồ sâu và suối nước lạnh, chẳng hạn vi khuẩn phát quang, vi khuẩn sắt,... Giới hạn nhiệt độ sinh trưởng là 30-70oC, thích hợp 5560oC gồm các vi sinh vật sinh trưởng trong đất, phân rác, suối nước nóng Các vi khuẩn ưa nóng gồm chủ yếu là các xạ khuẩn, các vi khuẩn sinh bào tử Thường gặp chúng trong suối nước nống, trong phân ủ Các giới hạn nhiệt độ cực tiểu, tối thích và cực đại được trình bày trong bảng sau Các loài Bacillus sống trong đất, thường có nhiệt độ sinh trưởng khá... là phương pháp thường dùng nhất để diệt khuẩn Chủ yếu có phương pháp dùng sức nóng ẩm và sức nóng khô Sức nóng ẩm dễ dàng gây chết virus, vi khuẩn và nấm (bảng 15.2) Trong nước sôi sau 10 phút có thể làm chết các tế bào dinh dưỡng và bào tử của các vi sinh vật có nhân thực Nhưng nhiệt độ sôi (100°C) không đủ sức làm chết nội bào tử của vi khuẩn Bào tử vi khuẩn có thể tồn tại vài giờ trong nước sôi Do. .. gian chết nhiệt” thực hiện một chu trình logarite (Đối với mỗi loại vi sinh vật và thực phẩm khác nhau, có giá trị D và z khác nhau) z : tùy thuộc vào loại vi sinh vật cần tiêu diệt và tính chất của sản phẩm Nói chung, người ta chọn loài sinh bào tử Clostridium botulinum là mục tiêu của quá trình thanh trùng và đại diện cho loài chịu nhiệt, có z = 10oC b) Mối liên hệ giữa trị số Z và D Vì tăng nhiệt... của Prescott, Harley và Klein) Trị số D và trị số Z được ứng dụng rộng rãi trông công nghiệp chế biến thực phẩm Khi sản xuất đồ hộp cần xử lý nhiệt sau khi đưa thực phẩm vào hộp và hàn hộp lại Cần xử lý nhiệt để đủ mức diệt được vi khuẩn gây ngộ độc thịt Clostridium botulinum Vi khuẩn này gây ra độc tố botulism rất nguy hiểm Xử lý nhiệt độ đủ dài để làm cho số lượng bào tử của vi khuẩn này nếu có từ... (psychrotrophic) nhất là khi có tồn tại nước, các tủ lạnh chỉ dùng để bảo quản ngắn hạn thực phẩm và các vật phẩm khác b) Nhiệt độ cao Nhiệt độ cao trên 650C sẽ gây tác hại cho vi sinh vật và ở nhiệt độ 100 0C hoặc hơn vi sinh vật sẽ bị tiêu diệt gần hết trong một thời gian nhất định Đó là do nhiệt độ cao đã làm biến tính protein tế bào, enzyme bất hoạt, mang tế bào bị phá hủy và có thể tế bào bị đốt cháy hoàn . cho các vi sinh vật gây bện phát triển. Bảo quản lạnh giúp làm chậm sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, nhưng không đủ làm ngừng hẳn sự sinh trưởng. Đáng mừng là phần lớn các vi sinh vật. sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Đây là phương pháp quan trọng ngành vi sinh vật học thực phẩm. Ở nhiệt độ -20°C hay thấp hơn, vật phẩm bị đông lạnh, vi sinh vật bị đình chỉ sinh. trường cũng có ảnh hư ng rất lớn đối với vi sinh vật. Trên thực tế, do vi sinh vật thường là các sinh vật đơn bào cho nên chúng rất mẫn cảm với sự biến hóa của nhiệt độ, và thường bị biến hóa