THANH TRÙNG, TIỆT TRÙNG

Chương THANH TRÙNG, TIỆT TRÙNG Trong sản xuất thực phẩm, trùng, tiệt trùng có tác dụng định đến thời gian bảo quản chất lượng thực phẩm Thanh trùng, tiệt trùng biện pháp xử lý thực phẩm để tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh vi sinh vật gây hư hỏng có thực phẩm Đối với đồ hộp thực phẩm, tiệt trùng nhiệt có tác dụng làm chín sản phẩm tạo cho sản phẩm có mùi vị thơm ngon, tăng giá trị dinh dưỡng Thanh trùng, tiệt trùng thực nhiều phương pháp khác phương pháp dùng nhiệt (thanh trùng Pasteur, tiệt trùng bao bì, tiệt trùng UHT), phương pháp dùng dòng điện cao tần, phương pháp dùng tia ion hóa, phương pháp dùng sóng siêu âm… THANH TRÙNG, TIỆT TRÙNG BẰNG NHIỆT 1.1 Khái niệm chung Trong phương pháp sử dụng nhiệt để tiêu diệt vi sinh vật, người ta dùng thuật ngữ "thanh trùng" thực phẩm gia nhiệt đến nhiệt độ 100 0C, dùng thuật ngữ "tiệt trùng" thực phẩm gia nhiệt đến nhiệt độ 100 0C Có thể chia phương pháp sau: trùng (thanh trùng Pasteur trùng HTST), tiệt trùng (tiệt trùng hộp tiệt trùng UHT) Trong công nghiệp thực phẩm, phương pháp dùng nhiệt sử dụng phổ biến đơn giản, dễ thao tác ứng dụng với đa số sản phẩm thực phẩm Yêu cầu kỹ thuật trùng, tiệt trùng vừa đảm bảo tiêu diệt vi sinh vật có hại, số lại đến mức độ phát triển để làm hư hỏng thực phẩm không làm ảnh hưởng sức khoẻ người ăn, lại vừa đảm bảo cho thực phẩm có chất lượng tốt giá trị cảm quan dinh dưỡng 1.1.1 Vi sinh vật thực phẩm - Theo nhu cầu oxy phát triển vi sinh vật, người ta chia vi sinh vật thành nhóm: + Vi khuẩn hiếu khí * Bacillus mesentericus: có bào tử, không độc, có nước bề mặt rau Bào tử bị phá hủy 1100C Loại có tất loại đồ hộp, phát triển nhanh nhiệt độ quanh 370C * Bacillus subtilis: có bào tử, không gây bệnh Bào tử chịu 100 0C giờ, 1150C phút Loại có đồ hộp cá, rau, thịt Không gây mùi vị lạ, phát triển mạnh 25 - 350C * Salmonella: thuộc nhóm vi khuẩn gây bệnh, hiếu khí, ưa ẩm, bào tử có độc tố + Vi khuẩn yếm khí * Clostridium sporogenes: Chúng phân hủy protein thành muối NH 3, thải NH3, sản sinh H2S, H2 CO2 Bào tử chịu đựng nước sôi Clostridium sporogenes có độc tố, song bị phá hủy đun sôi lâu Loại có 133 đồ hộp, phát triển mạnh 27 - 580C Nhiệt độ tối thích 370C * Clostridium putrificum: loại vi khuẩn đường ruột, có bào tử, không gây bệnh Các loại nguyên liệu thực vật đề kháng mạnh với Clostridium putrificum Loại có đồ hộp, nhiệt độ tối thích 370C * Bacillus botulinus: có tên Clostridium botulinum Thực phẩm bị nhiễm loại không tuân theo nguyên tắc vệ sinh tiệt trùng Bào tử có khả đề kháng mạnh: 100oC 30 phút, 115oC 10 phút, 120oC phút Độc tố bị phá hủy hoàn toàn đun nóng 80oC 30 phút + Vi khuẩn vừa hiếu khí vừa kỵ khí * Bacillus thermophillus: có đất, phân gia súc, không gây bệnh, có bào tử Tuy có đồ hộp khó bị loại trừ Nhiệt độ tối thích 60 - 70oC * Staphylococcus pyrogenes aureus: có bụi nước, bào tử Thỉnh thoảng gây bệnh sinh độc tố, dễ bị phá hủy 60 - 70 oC Phát triển nhanh nhiệt độ thường + Nấm men: chủ yếu Saccharomyces ellipsoides, diện rộng khắp thiên nhiên Nấm men thường thấy đồ hộp có chứa đường Bào tử nấm men khả chịu đựng nhiệt độ cao, chúng chết nhanh nhiệt độ 60oC + Nấm mốc: thấy đồ hộp Nói chung nấm men nấm mốc dễ bị loại trừ trình xử lý nhiệt thực phẩm - Theo nhiệt độ phát triển tối ưu, vi sinh vật phân loại sau: + Vi sinh vật ưa lạnh: phát triển phạm vi nhiệt độ từ -10° đến 10°C (14° đến 50°F) Những sinh vật gây hư hỏng thực phẩm tủ lạnh + Vi sinh vật ưa ấm: phát triển phạm vi nhiệt độ từ 10° đến 40°C (50° đến 104°F) Đa số vi sinh vật thực phẩm thuộc vào thể loại + Vi sinh vật ưa nhiệt: tồn thường phát triển mạnh nhiệt độ cao khác nhau, từ 40° đến 80°C (104°F đến 176°F) Ngành công nghiệp thực phẩm quan tâm đến vi sinh vật nhóm khả tồn nhiệt độ cao chúng Xử lý nhiệt thích hợp cần thiết để đảm bảo phá hủy bào tử vi sinh vật ưa nhiệt Sự phân loại vi sinh vật theo khoảng nhiệt độ mà chúng phát triển mô tả hình (6.1) Trong trình xử lý nhiệt vi sinh vật yếm khí Clostridium botulinum mục tiêu cần loại trừ vì: Có thể sản sinh độc tố làm chết người dù liều lượng thấp, có khả hình thành bào tử, bền nhiệt, hầu hết nguyên liệu nhiễm vi sinh vật này, nên chúng quan hệ mật thiết tới lĩnh vực an toàn thực phẩm Chính lý trên, Clostridium botulinum xem nguyên nhân gây ngộ độc thực phẩm Trong thực tế khó vô hoạt bào tử Clostridium botulinum Để vô hoạt bào tử 134 Clostridium botulinum, đòi hỏi phải xử lý nhiệt độ cao, nguyên nhân dẫn đến việc giảm giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan thực phẩm, không đáp ứng đòi hỏi người tiêu dùng Chính thế, việc ngăn cản hư hỏng thực phẩm thường hạn chế phát triển nhanh bào tử Clostridium botulinum vô hoạt Việc xử lý nhiệt thành công để phá hủy bào tử Clostridium botulinum kết hợp với nhiều yếu tố (yếu tố bên bên ngoài) pH, nhiệt độ, oxy, hoạt độ nước, phụ gia bảo quản kết hợp với nhóm vi sinh vật cạnh tranh Hình 6.1 khoảng nhiệt độ thích hợp loại vi inh vật Thông thường bào tử Clostridium botulinum không hình thành phát triển thực phẩm có pH < 4,5 Vì vậy, pH = 4,5 chọn ranh giới phân chia thực phẩm acid thực phẩm acid - Trong thực phẩm acid (pH < 4,5) bào tử Clostridium botulinum diện, dấu hiệu liên quan đến phát triển nhanh, áp dụng xử lý nhiệt trung bình để phá hủy chúng (thanh trùng) - Trong thực phẩm acid (pH > 4,5) xử lý nhiệt mức độ tương đối cao sử dụng với mục đích tiêu diệt bào tử Clostridium botulinum, phải kết hợp với trình bảo quản mát Trong trường hợp này, trình tiệt trùng thường áp dụng Như vậy, dựa vào tác động nhiệt độ lên tế bào vi sinh vật mà người ta xây dựng nên phương pháp trùng, tiệt trùng nhiệt độ cao Tùy vào đặc điểm nguyên liệu, yêu cầu chất lượng sản phẩm, dạng bao bì… mà dùng phương pháp trùng Pasteur, tiệt trùng UHT (Ultra High Temperature), tiệt trùng hộp kín (ở nhiệt độ cao áp suất cao) 1.1.2 Sự vô hoạt vi sinh vật nhiệt Sự tồn vi sinh vật sản phẩm thực phẩm ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng mà vấn đề quan tâm nhà 135 sản xuất làm giảm thời gian bảo quản thực phẩm Sự tồn vi sinh vật sản phẩm chế biến nguyên nhân gây hư hỏng sản phẩm cách nhanh chóng Vì người ta dựa ảnh hưởng nhiệt độ lên tế bào vi sinh vật nhằm hạn chế hoạt động chúng tiêu diệt phần lớn vi sinh vật giúp kéo dài thời hạn bảo quản tránh tượng ngộ độc thực phẩm chúng gây Khi nâng nhiệt độ môi trường nhiệt độ tối thích vi sinh vật hoạt động vi sinh vật bị chậm lại Ở nhiệt độ cao, protein chất nguyên sinh vi sinh vật bị đông tụ làm cho vi sinh vật bị chết Quá trình đông tụ protein không thuận nghịch, nên hoạt động vi sinh vật không phục hồi sau hạ nhiệt độ Khả chịu đựng nhiệt độ cao vi sinh vật có thực phẩm khác nhau, bào tử chịu nhiệt tốt vi sinh vật sinh trưởng Vi sinh vật dạng sinh trưởng bị chết 60-700C khoảng 30 phút Bào tử vi khuẩn chịu nhiệt độ cao,đến 1000C, bào tử nấm men nấm mốc chết nhiệt độ 65-800C 1.1.3 Động học trình tiêu diệt vi sinh vật nhiệt Từ thực nghiệm tiêu diệt vi sinh vật thể phương trình: (6.1) Trong đó: N- lượng vi sinh vật sản phẩm sau thời gian xử lý nhiệt t, (cfu/ml) KT - hệ số vận tốc tiêu diệt vi sinh vật nhiệt T, tùy theo loại vi sinh vật tính chất thực phẩm mà trị số KT thay đổi τ- thời gian xử lý (phút); n- bậc phản ứng Trong hầu hết trường hợp, bậc phản ứng 1, tiến trình vô hoạt bậc viết sau: (6.2) Hay: (6.3) Lấy tích phân phương trình vi phân (6.3) theo điều kiện: thời điểm ban đầu τ = N = N0 thời điểm τ = τ N = N Ta được: (6.4) Ở nhiệt độ không đổi, KT = số (quá trình đẳng nhiệt) 136 Ta viết phương trình (6.4) sau: (6.5) ln (N) – ln (N0) = - KT τ (6.6) ln (N/No) = -KT.τ lg Đổi từ logarit số e thành số 10, ta có: (6.7) KT N =− τ No 2, 303 (6.8) N = N0 e-KT τ Hay Trong đó: N- lượng vi sinh vật sản phẩm thời điểm t (cfu/ml) N0- lượng vi sinh vật ban đầu (cfu/ml) KT- hệ số vận tốc tiêu diệt vi sinh vật τ- Thời gian gia nhiệt (phút) Vậy, nhiệt độ không đổi, lượng vi sinh vật giảm theo hàm số mũ theo thời gian Điều có nghĩa tổng số vi sinh vật giảm đến Vì vậy, đảm bảo tuyệt đối tất 100% vi sinh vật bị tiêu diệt trình Đường biểu diễn mức độ tiêu diệt vi sinh vật theo thời gian gọi (hình 6.2) Nếu biểu diễn theo phương trình (6.8) hệ trục tọa độ trục tung có giá trị lg(N/No) trục hoành t, giảm số lượng vi sinh vật theo thời gian đường thẳng với hệ số góc − KT 2, 303 , đường logarit biểu diễn mức độ chết vi sinh 137 hay gọi đường tốc độ chết (hình 6.3) - Thời gian tiệt trùng để giảm số lượng vi sinh vật Gọi D thời gian cần thiết nhiệt độ xác định để tiêu diệt 90% lượng vi sinh vật ban đầu, tức số lại 10% (từ 100 10, 10 1, 0,1 v.v ) gọi thời gian giảm thập phân Ví dụ: số xem vi sinh vật ban đầu 100%, tiệt trùng nhiệt tiêu diệt được 90%, số vi sinh vật sống sót 10% Như vậy, so với ban đầu số vi sinh vật giảm 10 lần Ta có thời gian thập phân 1D Tương tự, thời gian thập phân 2D giảm 99% (số lại 1%, tỷ số giảm 100%/1% = 100 lần có D=2, thời gian thập phân 3D giảm 99,9% Hình 6.3 Mối quan hệ logarite giảm số vi sinh vật theo thời gian - Giá trị tiệt trùng Để đánh giá trình tiệt trùng, người ta sử dụng giá trị tiệt trùng, ký hiệu SV (sterilization value) Giá trị tiệt trùng số thập phân cần giảm số lượng vi sinh vật có ban đầu Chẳng hạn, số lượng vi sinh vật có thực phẩm N, giá trị trùng 12, nghĩa cần giảm 12 số thập phân số N, tức giảm 10 12 lần số vi sinh vật có (N), số vi sinh vật lại N/1012 = N.10-12 Ví dụ: Một loại đồ hộp chứa 102 vi sinh vật hộp Một trình trùng có giá trị 6D nhằm để giảm số lượng vi sinh vật xuống số mũ thập phân tức giảm số lượng vi sinh vật hộp xuống 10 2x10-6 =10-4 Số tương đương với việc cho phép 10.000 hộp có 01 vi sinh vật Một giá trị tiệt trùng 12 giảm số vi sinh vật có xuống đến 10-10 cá thể hộp, tức giảm số vi sinh vật sống 138 sót xuống 1010 hộp Giá trị 12 dựa sở phá hủy Clostridium botulinum, tiêu chuẩn thực thời gian dài công nghiệp thuwccj phẩm đồ hộp Theo hình 6.3 phương trình (6.8) ta xây dựng mối quan hệ hệ số vận tốc KT thời gian D: − K =− T D 2, 303 (6.9) lg N =− No Dτ (6.10) Nên phương trình (6.8) viết: Vậy thời gian tiêu diệt vi sinh vật là: τ= D lg N0 N (6.11) SV - giá trị tiệt trùng, số thập phân giảm lượng vi sinh vật ban đầu Từ (6.11), ta có: hay (6.12) Giá trị D phụ thuộc vào loài vi sinh vật, giá trị D loài vi sinh vật lớn sức kháng nhiệt vi sinh vật lớn Giá trị D phụ thuộc vào số lượng vi sinh vật ban đầu nguyên liệu, sản phẩm, số lượng ban đầu lớn D lớn Sự phá hủy vi sinh vật tỷ lệ thuận với nhiệt độ Nhiệt độ cao vi sinh vật bị tiêu diệt nhanh Biểu diễn trị số D theo nhiệt độ ta đường biểu diễn đường thẳng gọi đường thời gian chết theo nhiệt độ vi sinh vật Gọi z số nhiệt độ cần thiết để làm xảy thay đổi 10 lần thời gian chết nhiệt D, tính oC Giá trị z biểu diễn giá trị hình (6.4) Giá trị D giá trị z dùng để đặc trưng cho khả kháng nhiệt vi sinh vật Giá D giá trị z nhóm vi sinh vật cho bảng sau (bảng 6.1) Bảng Giá tri D z số loại vi sinh vật (theo Fellows ) Vi sinh vật Z121 (phút) D (°C) Loại thực phẩm Bacillus stearothermophilus 10 4,0 Rau quả, sữa Clostridium thermosaccharolyticum 7,2 - 10 3,0 - 4,0 Rau Clostridium sporogenes 8,88 - 11,1 0,8 - 1,5 Thịt Bacillus subtilis 4,1 - 7,2 0,5 - 0,76 Các sản phẩm sữa Loại ưa nhiệt (35° - 55°C) Loại ưa ấm (10° to 40°C) 139 C botulinum toxyns A and B 5,5 0,1 – 1,3 Các thực phẩm acid thấp 10 3,0 (60°C) Các thực phẩm acid thấp Loại ưa lạnh (–5° to 1,5°C) C botulinum toxyn E Hình 6.4 Sự phụ thuộc thời gian làm giảm vi sinh vật nhiệt độ - Xác định phụ thuộc thời gian tiệt trùng theo nhiệt độ Gọi t0 thời gian cần thiết nhiệt độ tham khảo 121,1 oC (250oF) để đạt giá trị tiệt trùng mong muốn Ta cần tìm phương pháp xác định thời gian cần thiết để đạt giá trị tiệt trùng mong muốn nhiệt độ khác 121,1oC Giả sử thời gian giảm lượng vi sinh vật theo nhiệt độ loại vi sinh vật giả định cho hình (6.5) Ta thiết lập phương trình đường biểu diễn phụ thuộc thời gian diệt vi sinh vật theo nhiệt độ Xuất phát từ phương trình tổng quát đường thẳng có dạng: y= mx + b, ta tìm giá trị m b Xét hệ trục tọa độ vuông góc, trục Y logarit thời gian, Y=log τ Trục X nhiệt độ (T) Hệ số góc (độ dốc) m ΔY/ ΔX Theo đồ thị, ta có ΔY = -log10 = -1; ΔX =z Vậy m = -1/z Thay vào phương trình đường thẳng, ta có: log τ = (-1/z) T + b (6.13) Xác định giá trị b Đường thẳng qua điểm (t 0; 121,1oC) (theo định nghĩa trên) Thay vào phương trình (6.13), ta được: log τ =(-1/z) 121,1 + b 140 b = log t0 + 121,1/z Thay kết tìm vào phương trình (6.13), ta được: (6.14) Hình 6.5 Đường biểu diễn phụ thuộc thời gian diệt vi sinh vật theo nhiệt độ Ví dụ Một kỹ thuật viên công nghệ thực phẩm sử dụng nhiệt để tiệt trùng đồ hộp đậu Người kỹ thuật viên nhận thấy tiệt trùng làm cho 99,9999% số tế bào Clostridium botulinum bị tiêu diệt so với ban đầu Hỏi giá trị tiệt trùng trình bao nhiêu? Giải Phần trăm số lượng vi sinh vật lại sau trình tiệt trùng là: 100% - 99,9999% = 0,0001% Tỷ lệ số vi sinh vật ban đầu so với số vi sinh vật cuối lại là: 100%/0,0001% = 106 Số thập phân giảm là: lg106 = Giá trị trùng trình xử lý nhiệt Ví dụ Người ta dùng nhiệt để tiệt trùng thực phẩm chứa hộp Người ta thấy tiệt trùng lần đạt kết 99,9999% vi sinh vật C Botulinum bị bất hoạt Hãy xác định tỷ số vi sinh vật ban ban đầu số vi sinh vật sống sót sau tiệt trùng nhiệt số thập phân vi sinh vật bị giảm Giải Số phần trăm vi sinh vật lại sau xử lý là: 100% - 99,9999% = 0,0001% 141 Tỷ số vi sinh vật ban đầu vi sinh vật sống là: 100% / 0,0001% = 1.000.000 = 106 Số logarit thập phân vật ban đầu vi sinh vật sống là: lg (N0/N) = lg106 = Ví dụ Một loại đồ hộp thịt gà cần xử lý nhiệt độ không đổi giảm 99,9999% vi khuẩn C.Botulinum Biết giá trị D (thời gian cần thiết để lượng vi sinh vật ban đầu giảm 10 lần) C.Botulinum 0,6 phút Hỏi thời gian cần thiết phải trì nhiệt độ không đổi để đạt kết mong muốn nói trên? Đồng thời đồ hộp có chứa 10 bào tử vi sinh vật gây hư hỏng thứ hai, có giá trị D 2,1 phút Hỏi với thời gian trì nhiệt độ không đổi phần trăm vi sinh vật lại hộp bao nhiêu? Giải Tỷ lệ C.Botulinum lại đồ hộp theo yêu cầu là: 100% - 99,999% = 0,001% Số logarit tỷ số C.Botulinum ban đầu C.Botulinum sau tiệt trùng là: lg (N0/N) = lg(100/0,001) = lg105 = Thời gian cần thiết giữ nhiệt để tiêu diệt C.Botulinum theo mong muốn (áp dụng công thức (6.11) t= D lg N0 N = 0,6* = phút Sử dụng thời gian vừa tìm được, xác định giảm vi sinh vật thời gian tiệt trùng (logarit thập phân tỷ số số vi sinh vật lúc ban đầu sống sau xử lý nhiệt): Từ công thức (6.10) ta có: lg (N0/N) = D/t = 3/2,1 =1,429 Suy N0/N = 101,429 Số phần trăm vi sinh vật thứ hai sống: N = N0/101,429 = 100%*0,037=3,7% Ví dụ Một nhà máy sản xuất đồ hộp thực phẩm muốn giảm thời gian tiệt trùng sản phẩm đóng hộp cách nâng nhiệt độ tiệt trùng sản phẩm lên đến 1350C Trước sản phẩm đồ hộp tiệt trùng 121 0C Cho biết thời gian tiệt trùng 1210C t0=2,5 phút z=100C Hãy xác định thời gian tiệt trùng 1350C Giải Áp dụng phương trình (6.14), ta có: 142 Tiệt trùng UHT sử dụng rộng rãi để tiệt trùng nhiều loại thực phẩm dạng lỏng, bao gồm sữa, nước trái chất cô đặc, kem, sữa chua, rượu vang hỗn hợp kem Nó sử dụng để xử lý loại thực phẩm có chứa hạt nhỏ rời rạc Ví dụ, loại thực phẩm trẻ em, sản phẩm súp cà chua, trái loại rau 1.4 Ảnh hưởng tiệt trùng thực phẩm Mục đích trình tiệt trùng nhiệt để kéo dài hạn sử dụng sản phẩm, bảo quản sản phẩm nhiệt độ môi trường giá trị dinh dưỡng chất lượng bị thay đổi Trong phần so sánh thay đổi thực phẩm tiệt trùng công nghệ truyền thống với tiệt trùng công nghệ UHT - Màu sắc Tiệt trùng nhiệt độ cao thực phẩm đóng hộp có ảnh hưởng đáng kể đến chất màu tự nhiên thực phẩm Ví dụ thịt có sắc tố oxymyoglobin màu đỏ, chuyển sang metmyoglobin có màu nâu, màu đỏ tía myoglobin chuyển sang đỏ nâu myohemichromogen Phản ứng Maillard trình caramen hoá góp phần tạo màu sản phẩm tiệt trùng Tuy nhiên thay đổi chấp nhận trình chế biến thịt Mặt khác, Trong chế biến thịt, người ta thêm sodium nitrite sodium nitrate vào số sản phẩm để làm giảm nguy C botulinum phát triển Kết màu đỏ hồng tạo tạo thịt nitric oxyde myoglobin metmyoglobin nitrite Trong trái rau, chlorophyll chuyển thành pheophytin thành chất màu nhạt anthocyanin phân huỷ thành màu nâu Việc màu thường điều chỉnh việc sử dụng chất màu tổng hợp Việc màu thực phẩm hộp xảy trình bảo quản, ví dụ sắt thiếc phản ứng với anthocyanin tạo thành màu tím chất không màu leucoanthocyanin tạo anthocyanin màu hồng số sản phẩm đậu Trong sữa tiệt trùng màu sáng bị thay đổi phản ứng caramen, maillard, nhiên thay đổi màu sắc trình xử lý khó phát Trong trình tiệt trùng UHT, có xảy phản ứng caramen Maillard Caroten không ảnh hưởng, chlorophyll anthocyanin giữ tốt Màu trắng sữa giữ vững - Mùi vị Khi tiệt trùng, thịt đóng hộp có biến đổi hóa học phức tạp xảy nhiệt phân, deamin hóa, decarboxyl hóa aminoacid; phản ứng Maillard, caramen hoá, phân huỷ carbohydrate để tạo furfural hydroxymethylfurfural; oxy hoá decarboxyl hóa lipid Sự tương tác thành phần tạo 600 chất tạo mùi khác Trong trái rau, thay đổi phản ứng phức tạp liên quan đến 157 phân huỷ, kết hợp lại bay aldehyd, keton, đường, lacton, minoacid acid hữu Khi tiệt trùng sữa, có xảy biến đổi mùi phân hủy protein để tạo thành H2S tạo thành methyl ketone từ lipid Trong trình tiệt trùng, sữa, trái cây, rau biến đổi mùi gay gắt mùi tự nhiên giữ tốt - Cấu trúc độ nhớt Ở thịt đóng hộp, thay đổi cấu trúc đông tụ nước protein Thể tích protein bị co rút chuỗi bị cứng lại Sản phẩm bị mềm thuỷ phân collagen, hoà tan gelatin, tan chảy phân tán chất béo vào sản phẩm Có thể bổ sung polyphosphate vào số sản phẩm để ngăn nước đồng thời làm tăng đô mềm làm giảm việc co rút protein Trái rau bị mềm thuỷ phân pectin, hồ hóa tinh bột hoà tan phần hemicellulose, kết hợp với việc trương nở tế bào Để làm tăng độ cứng sản phẩm rau đóng hộp thêm vào sản phẩm chế biến muối canxi để tạo thành dạng calcium pectat không hoà tan - Giá trị dinh dưỡng Việc tiệt trùng hộp gây thuỷ phân carbohydrat lipid giá trị dinh dưỡng thực phẩm Protein bị đông tụ amino acid bị từ 10-20 % dẫn đến giảm giá trị sinh học protein xuống 6-9% Sự vitamin: thiamin từ 50 đến 75% pantothenic acid từ 20 đến 35% Trong sản phẩm rau quả, vitamine hoà tan nước bị đáng kể, đặc biệt ascorbic acid Tuy nhiên vitamin tùy thuộc vào loại thực phẩm công nghệ chế biến, đóng hộp thực phẩm Việc tiệt trùng đậu nành làm tăng giá trị dinh dưỡng nhờ việc phá huye chất ức chế trypin đậu nành THANH TRÙNG BẰNG TIA BỨC XẠ 2.1 Khái niệm chung Thanh trùng xạ hay chiếu xạ trình làm bất hoạt vi sinh vật sản phẩm nhờ hiệu ứng tia xạ Quá trình thực nhờ thiết bị thiết kế chuyên dụng phát xạ ion hóa: tia gamma (γ) Co-60 Cs-137, chùm tia điện tử (electron) máy gia tốc điện tử tia X máy chiếu tia X Các tia X, tia γ, chùm tia điện tử có lượng lớn, vật chất hấp phụ chúng có khả bẻ gãy liên kết hóa học chất hấp thu chúng bắn electron từ nguyên tử vật chất Vì tia X, tia γ, tia điện tử gọi tia xạ ion hóa Như vậy, sản phẩm trình ion hóa phần tử mang điện (ion) phần tử trung hòa (các gốc tự do) Các phần tử tiếp tục gây biến đổi dây chuyền thực phẩm sinh thêm gốc tự khác (gọi phân giải phóng xạ), biến đổi làm cho vi sinh vật, côn 158 trùng ký sinh trùng thực phẩm bị tiêu diệt trình chiếu xạ Trong thực phẩm có độ ẩm cao nên nước bị ion hóa tia phóng xạ làm giải phóng electron bẻ gãy liên kết hóa học nước Các gốc tự tồn thời gian ngắn (nhỏ 10-5s) chúng đủ khả phá hủy tế bào vi sinh vật Riêng tia hồng ngoại tia xạ với chiều dài sóng lớn hơn, có lượng nhỏ không đủ gây nên biến đổi hóa học, tác dụng trước hết dạng nhiệt 2.2 Các loại tia xạ sử dụng để tiệt trùng sản phẩm thực phẩm 2.2.1 Tia tử ngoại Tia tử ngoại có bước sóng từ 10-300 nm So với ánh sáng mặt trời tia tử ngoại có tác dụng mạnh lại có lượng nhỏ so với xạ ion hóa Khi bị vật chất hấp phụ không gây tượng ion hóa kích thích phân tử nghĩa chuyển điện tử đến mức lượng cao Tia tử ngoại có tác dụng mạnh vi sinh vật vùng có bước sóng 260 nm có lượng khoảng 3-5 ev (electron volt) (1Mev=1,602.10-13J) Ở vùng này, acid nucleic vi sinh vật hấp thụ tia tử ngoại làm biến đổi bazơ nucleic Do tế bào dinh dưỡng vi sinh vật bị tiêu diệt Tuy nhiên, số tế bào vi sinh vật có khả chống lại tác động tia tử ngoại Các loài micrococus có khả tạo sắc tố, sắc tố hấp thụ tia tử ngoại Vì vậy, làm giảm tác động tia tử ngoại lên tế bào vi sinh vật Ngoài vi sinh vật có khả sửa chữa sai sót bazơ nitơ bị tia tử ngoại tác động Tùy vào loại vi sinh vật khác mà khả tác dụng tia tử ngoại khác nhau: Virus > nhóm tạo bào tử > vi khuẩn tạo bào tử > nấm men > vi khuẩn Gram (+) > vi khuẩn Gram (-) Mặt khác, khả tác động tia tử ngoại phụ thuộc lớn vào thành phần môi trường, cường độ chiếu Trong dung dịch có nhiều chất hữu cơ, khả tác động UV giảm nhiều Tia sáng mặt trời có chứa phần tia tử ngoại phần lớn tia bị khí (ozone, mây) giữ lại Vì ánh nắng có tác dụng diệt khuẩn nhỏ tia tử ngoại phòng thí nghiệm (đèn tử ngoại) 2.2.2 Các loại tia xạ ion hóa - Bao gồm: Tia vũ trụ có bước sóng λ = 10-6-10-3µm Tia X (Rơngen), tia gamma có bước sóng λ = 10-1µm Tia phóng xạ α, β có bước sóng λ = 10-6-10-3µm - Đặc điểm chung tia xạ ion hóa + Các tia có tần số dao động cao có lực đâm xuyên cao + Các tia ion hóa có tác dụng làm thay đổi cấu trúc số phân tử protein tế bào vi sinh vật làm ion hóa dung môi + Hiệu trùng tia ion hóa tùy thuộc vào thời gia xử lí, độ dày 159 thực phẩm lượng vi sinh vật nhiễm vào thực phẩm + Các tia phóng xạ ion có tác dụng sát trùng mạnh, định lượng đảm bảo đầy đủ tiệt trùng hoàn toàn vài giây + Ngoài khả tiêu diệt vi sinh vật bề mặt có khả xuyên sâu vào thực phẩm Hiện nay, phương pháp tiệt trùng tia ion hóa, đặc biệt tia X tia gammma sử dụng để tiệt trùng thực phẩm Tia X tia gamma tạo từ đồng vị 60Co Tia có lượng cao vào khoảng 1,1MeV có khả xâm nhập sâu vào thực phẩm đến 20cm 2.2.3 Ảnh hưởng tia ion hóa lên vi sinh vật Các loại tia ion hóa có khả tiêu diệt vi sinh vật cao Chúng làm thay đổi cấu trúc phân tử tế bào, đồng thời có khả phân hủy phân tử nước Chúng làm phá hủy liên kết hydro phân tử AND, kết hydro tách khỏi deoxyribose Chúng có khả thủy phân purin pyrimidine Tác dụng tia ion hóa lên tế bào vi sinh vật chịu ảnh hưởng số yếu tố môi trường môi trường có oxy vi sinh vật nhạy cảm đặc biệt với tia môi trường có nhóm –SH tế bào vi sinh vật bảo vệ Giống trường hợp tia tử ngoại, sau bị chiếu xạ tia ion hóa tế bào phục hồi lại AND nhờ hệ thống men sửa chữa endonuclease, ANDpolinuclease Tuy nhiên khả chống lại tia ion hóa vi sinh vật khác khác nhau: Virus > nấm men > bào tử > nấm mốc > vi khuẩn Gram (+) > vi khuẩn Gram (-) Trực khuẩn Gram (-) Pseudomonas vi khuẩn nhạy cảm với tia ion hóa Tế bào vi sinh vật trạng thái khô có khả chống lại chiếu xạ tốt tế bào trạng thái có độ ẩm cao Tế bào vi sinh vật giai đoạn phát triển có khả chống lại chiếu xạ tốt giai đoạn phát triển Hiện việc sử dụng tia ion hóa có qui định cụ thể liều lượng để tránh gây độc thực phẩm Tổ chức Lương Nông Thế giới (FAO) Liên hiệp tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đưa giới hạn cho phép độ hấp thu chiếu xạ thực phẩm 10 kGy (Gray, kí hiệu Gy đơn vị quốc tế liều hấp thụ xạ Một Gy hấp thụ Joule (J) lượng xạ ion hóa kg vật chất, Gy = J/kg = 1m2s-2) 2.2.4 Ảnh hưởng tia ion hóa đến chất lượng sản phẩm - Sự thay đổi thành phần chất Các ion gốc tự tạo thành trình chiếu xạ (xem mục 4.1) phản ứng với thành phần khác thực phẩm để sinh gốc tự Mức độ ion hóa số lượng gốc tự phụ thuộc vào loại thực phẩm cường độ chiếu xạ Trong điều kiện yếm khí, thực phẩm sau chiếu xạ màu, mùi Một phương pháp giữ mùi chiếu xạ phải đưa nhiệt độ xuống thấp 160 Khi nhiệt độ thấp, phản ứng phân hủy nước giảm, protein hợp chất chứa nước nhạy cảm với chiếu xạ Sản phẩm thực phẩm có hợp phần protein, acid amin, peptid phụ thuộc vào liều lượng chiếu xạ nhiệt độ chiếu xạ mà tạo thành NH 3, H2, CO2, H2S cacboxyl gây hương vị không tốt cho thực phẩm Các acid amin nhạy cảm với chiếu xạ methionin, cystein, histidin, arginin, tyrosin, nhạy cảm cystein Cacbohydrat bị thủy phân oxy hóa thành chất đơn giản Tùy theo mức độ chiếu xạ mà bị depolyme hóa trở nên nhạy cảm với enzim thủy phân Tuy nhiên tổng lượng cacbohydrat không thay đổi nên giảm giá trị dinh dưỡng Trạng thái cảm quan thực phẩm chiếu xạ bị thay đổi chất đạm bị phá huỷ, mùi ôi mỡ bị oxy hoá Nếu chiếu xạ môi trường oxy chân không khử oxy, thành phần dinh dưỡng tính chất cảm quan bị thay đổi Khi chiếu xạ lipid bị biến đổi mạnh, đặc biệt trường hợp có mặt oxy Sản phẩm trình hydroperoxyt tạo mùi vị không tốt cho sản phẩm Có thể giảm tác động chiếu xạ lên chất béo cách thực trình chiếu xạ nhiệt độ thấp lạnh đông Nhìn chung sản phẩm giàu lipid không phù hợp với trình chiếu xạ Mức độ nhạy cảm vitamin tan nước, chất béo khác chiếu xạ Mức độ nhạy cảm vitamin tan nước chiếu xạ theo thứ tự: thiamin > acid ascorbic > pyridoxyn > riboflavin > acid folic > coban amin > acid nicotinic Mức độ nhạy cảm vitamin tan chất béo chiếu xạ theo thứ tự: vitamin E > caroten > vitamin A > vitamin K > vitamin D Các chất pentin cellulose bị biến đổi khí chiếu xạ rau trở nên mềm Trước chiếu xạ, người ta thêm vào thực phẩm hoá chất để bảo quản chất chống oxy hoá, chất dinh dưỡng thực phẩm bị ảnh hưởng - Khả bảo quản thực phẩm chiếu xạ Thực phẩm sau chiếu xạ thực phẩm an toàn mặt vi sinh vật Tuy nhiên, trình chiếu xạ cho thấy ảnh hưởng chúng đến khả bảo quản thực phẩm Trong trình chiếu xạ với liều lượng không cao loại enzim thường không bị phá hủy Thực phẩm đóng gói chiếu xạ, mùi giữ nguyên chiếu xạ với liều lượng 10,8 KGy Đồng thời thịt bảo quản 12 năm không thấy thay đổi chất lượng Nhìn chung sản phẩm thực phẩm chiếu xạ tăng khả bảo quản 2.2.5 Ảnh hưởng tia ion hóa lên vật liệu bao bì Các tia phóng xạ đâm xuyên qua bao bì nên giảm nguy nhiễm vi sinh vật cách chiếu xạ sau đóng gói từ mang lại nhiều lợi ích cho 161 trình sản xuất Tuy nhiên, vật liệu bao bì bị tác động phóng xạ tạo hydrocacbon polyme có phân tử lượng thấp (các polyme thường halogen hóa) Các chất có khả nhiễm vào thực phẩm tạo hương vị không tốt cho thực phẩm 2.2.6 Phương pháp thực tia xạ ion hóa - Các chất đồng vị phóng xạ bị phân rã liên tục dừng lại nên để ngừng chiếu xạ người ta ngâm chất phóng xạ hồ nước nặng bên khu vực chiếu xạ, sau nhân viên vận hành vào thao tác Đến cần chiếu xạ người ta đưa chất phóng xạ khỏi nước nặng đưa thực phẩm cần chiếu xạ qua khu vực chiếu xạ hệ thống băng tải tự động - Thiết bị chiếu xạ phổ biến gồm nguồn phát phóng xạ chất đồng vị phóng xạ lượng cao (như 60Co, 137Cs) để phát tia gamma có lượng 1,17Mev 1,33Mev, máy tạo chùm tia electron lượng cao - Việc sử dụng chất đồng vị phóng xạ thường đòi hỏi thiết bị phức tạp máy phát tia electron Máy phát tia electron máy gia tốc electron, gồm catod đốt nóng để tạo electron ống chân không, electron gia tốc trường tĩnh điện có điện cao Các chùm tia electron sử dụng để chiếu trực tiếp vào thực phẩm hay bắn vào vật liệu thích hợp để tạo tia X Hình 6.6 Hệ thống phóng xạ đồng vị 1- Buồng phóng xạ; 2- Phòng điều chỉnh; 3-băng tải nạp liệu; 4-Băng tải đưa vật liệu ra; 5-Phòng tồn trữ nguyên liệu; 6- Phòng tồn trữ sản phẩm chiếu xạ; 7- Tường bảo vệ bêtông 2.2.7 Ưu, nhược điểm tiệt trùng tia phóng xạ (phương pháp chiếu xạ) - Ưu điểm + Các tia phóng xạ hầu hết không sinh nhiệt thực phẩm nên gây biến đổi tính chất cảm quan thực phẩm + Thực phẩm đóng gói thực phẩm lạnh đông áp dụng 162 + Thực phẩm tươi sống bảo quản trình xử lí mà không cần sử dụng phụ gia bảo quản Đặc biệt, bảo quản có sử dụng etylen dibromid (gây độc thực phẩm) metyl bromid (gây thủng tầng ozon) cấm sử dụng nhiều nước + Yêu cầu lượng thấp + Sự biến đổi thành phần dinh dưỡng tương đương phương pháp bảo quản khác + Quá trình chiếu xạ kiểm soát hoàn toàn tự động với chi phí vận hành thấp - Nhược điểm + Chi phí đầu tư thiết bị lớn + Vấn đề sử dụng chiếu xạ nhiều tranh cãi nhiều ý kiến khác nên nhiều nước không cho phép áp dụng chiếu xạ thực phẩm lí sau: Phương pháp chiếu xạ tiêu diệt số lượng lớn vi sinh vật thực phẩm, vi sinh vật gây hư hỏng bị tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh không bi tiêu diệt người tiêu dùng khó nhận biết tính an toàn vệ sinh thực phẩm da số thực phẩm bị vi sinh vật gây hư hỏng công có vi sinh vật gây bệnh Thực phẩm chứa mối nguy sức khỏe vi sinh vật sinh độc tố bị tiêu diệt sau sinh độc tố mà độc tố không bị loại bỏ trình chiếu xạ Có khả phát triển chủng vi sinh vật kháng phóng xạ Tổn thất số dinh dưỡng chùm tia phóng xạ chùm tia ion hóa gây ion hóa số thành phần thực phẩm Hiện khó phát thực phẩm qua chiếu xạ hay không Sự lo sợ công chúng khả nhiễm xạ thực phẩm vấn đề liên quan đến công nghiệp hạt nhân Vì hầu cho phép dụng thực phẩm chiếu xạ bắt buộc nhà sản xuất phải thực phẩm hay thành phần thực phẩm chiếu xạ cách đặt biểu tượng chiếu xạ thực phẩm lên bao bì Nếu đóng gói lại sau phân phối phải ghi dòng chữ “Treated by irradiation, not irradiate again” nghĩa thực phẩm qua chiếu xạ, không chiếu xạ lại 2.2.8 Phạm vi ứng dụng - Tiệt trùng + Về mặt kỹ thuật tiệt trùng thịt sản phẩm khác chiếu xạ yêu cầu >10 KGy, nhiên cường độ chiếu xạ cao ảnh hưởng đến tính chất cảm quan + Các sản phẩm bột gia vị thường chứa vi sinh vật chịu nhiệt vi khuẩn sinh bào tử, chúng tiệt trùng chiếu xạ cường độ 8-10KGy 163 mà không làm tinh dầu chất đặc trưng sản phẩm - Tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh Các vi sinh vật gây bệnh nhạy cảm với chiếu xạ vi sinh vật gây bào tử bị tiêu diệt cường độ 3-10 KGy - Kéo dài tuổi thọ sản phẩm Với cường độ chiếu xạ thấp tiêu diệt nấm men, nấm mốc vi khuẩn không sinh bào tử chiếu xạ sử dụng để kéo dài tuổi thọ sản phẩm Các vi khuẩn sống sót sau trình chiếu xạ nhạy cảm với xử lí nhiệt nên việc chiếu xạ kết hợp với xử lí nhiệt đạt hiệu cao việc tiêu diệt vi sinh vật - Kiểm soát trình chín rau Quá trình chiếu xạ làm ức chế trình chín rau đạt độ chín cần bảo quản ức chế trình tạo hormon ngăn cản trình hóa sinh việc phân chia tăng trưởng tế bào - Tăng thời gian bảo quản sản phẩm lên 2-3 lần so với bảo quản 10 0C số loại rau dâu tây, cà chua Thời gian bảo quản nấm rơm tăng gấp đôi ức chế tượng nở (bung mũ nấm) với cường độ chiếu xạ 2-3KGy Có thể chiếu xạ với cường độ thấp kết hợp chiếu xạ với kỹ thuật bao gói khí biến đổi Cần kết hợp trình xử lí nhiệt để kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm enzyme tham gia vào trình gây hư hỏng thực phẩm không bị ức chế hoàn toàn chiếu xạ - Tiêu diệt côn trùng: thực phẩm dễ nhiễm côn trùng hay ký sinh trùng ngũ cốc loại nhiệt đới với cường độ [...]... so sánh của Fellows (bảng 6.4) + Tiệt trùng UHT do thực phẩm được gia nhiệt trước khi đóng hộp nên kích thước của hộp không phải là một hạn chế như trong tiệt trùng đồ hộp Bảng 6.4 So sánh tiệt trùng thông thường và tiệt trùng UHT đối với súp rau quả (Fellows-1988) Tiệt trùng đồ hộp Loại hộp A2 Loại hộp A10 155 Tiệt trùng UHT Nhiệt độ tiệt trùng 121°C Thời gian tiệt trùng 120 phút 121°C 140°C 218 phút... hành tiệt trùng đồ hộp Quá trình tiệt trùng đồ hộp thường được tiến hành như sau: + Đưa đồ hộp vào thiết bị thanh trùng, + Nâng nhiệt độ của đồ hộp từ nhiệt độ bình thường lên đến nhiệt độ quy định rồi giữ nhiệt độ đó trong một thời gian nhất định + Hạ nhiệt xuống 40 – 50oC + Lấy đồ hộp ra khỏi thiết bị Mỗi một dạng đồ hộp tiệt trùng trong các thiết bị tiệt trùng khác nhau đều có chế độ tiệt trùng. .. như trong tiệt trùng đồ hộp Hình 6.7 So sánh thời gian và nhiệt độ khi tiệt trùng UHT và tiệt trùng thông thường - Ưu điểm của phương pháp UHT Tiệt trùng UHT ưu điểm đáng kể so với tiệt trùng đồ hộp truyền thống: + Thiệt hại về chất lượng thực phẩm do phân hủy các chất dinh dưỡng và các tính chất cảm quan của thực phẩm được giữ ở mức tối thiểu nhờ thời gian gia nhiệt ngắn + Thời gian tiệt trùng UHT... đổi trong thiết bị tiệt trùng (phút) C- Thời gian hạ nhiệt từ nhiệt độ tiệt trùng tới nhiệt độ có thể lấy đồ hộp ra (phút) T0- Nhiệt độ tiệt trùng (oC) p- Áp suất đối kháng cần tạo ra trong thiết bị tiệt trùng (atm) Trong thực tế, có thể không ghi các giá trị a và p Ví dụ: Công thức thanh trùng của nhãn nước đường là: Có nghĩa là: thời gian nâng nhiệt của nước trong thiết bị tiệt trùng từ khi cho đồ... này người ta tiến hành tiệt trùng UHT - Khái niệm về tiệt trùng UHT (Ultra high temperature) Tiệt trùng UHT (ultra high temperature) là phương pháp làm cho sản phẩm được vô trùng bằng cách xử lý ở nhiệt độ cao (trên 140oC), trong thời gian rất ngắn Để bảo đảm thời hạn sử dụng được lâu dài, sản phẩm đã tiệt trùng được đóng vào trong bao bì đã được khử trùng trong môi trường vô trùng rồi ghép kín để chống... hết là kém bền đối với nhiệt nên có thể thanh trùng các loại đồ hộp có độ acid cao ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thanh trùng các loại đồ hộp ít chua Các loại đồ hộp ít chua như các loại đồ hộp hạt đậu, ngô thường có vi sinh vật ưa nóng phát triển là Clostridium Pasteurianum có khả năng chịu nhiệt đến 100 0C nên dùng phương pháp tiệt trùng 1.3 Tiệt trùng Tiệt trùng trùng là một quá trình mà trong đó thức... bằng nhiệt độ ở thiết bị thanh trùng đối với đồ hộp lỏng, hoặc thấp hơn nhiệt độ ở thiết bị thanh trùng 0,5-1,50C đối với đồ hộp đặc Ở một nhiệt độ thanh 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... đột ngột để tiêu diệt vi sinh vật có trong thực phẩm Sau này, người ta thanh trùng một số sản phẩm theo một quá trình liên tục, tiến hành ở nhiệt độ cao thời gian ngắn (high-temperature short-time) gọi là thanh trùng HTST và quá trình này cũng được xem là một dạng thanh trùng Pasteur Thanh trùng HTST được xem như quá trình thanh trùng Pasteur nhanh” (flash Pasteurisation ) 145 Ví dụ trong quá trình... trùng, trong đó nhiệt độ và thời gian là 2 thông số cơ bản - Thiết bị tiệt trùng làm việc gián đoạn Thiết bị tiệt trùng gián đoạn dùng để tiệt trùng các loại đồ hộp có yêu cầu nhiệt độ từ 1000C trở lên, có nắp đậy kín, còn gọi là nồi hấp thanh trùng Có 2 loại nồi hấp: loại đặt thẳng đứng và loại đặt nằm ngang + Thiết bị hấp thanh trùng loại đặt nằm ngang: thân thiết bị đặt nằm ngang, bên trong không... giỏ, loại 3 giỏ (Hình 6.6) 153 Hình 6.6 Thiết bị thanh trùng dạng thẳng đứng 1-Van an toàn; 2-Van xả hơi nóng; 3-Đồng hồ áp suất; 4-Nhiệt kế; 5-Bộ cảm biến; 6-Hộp nhiệt; 7-bề mặt phân phối hơi; 8- Không khí làm mát sau tiệt trùng 1.3.2 Tiệt trùng UHT Phương pháp thanh trùng Pasteur đối với các sản phẩm thực phẩm có rất nhiều hạn chế Ví dụ: sữa thanh trùng là sản phẩm sữa được làm từ sữa tươi, sữa nguyên ... Các loại tia xạ ion hóa - Bao gồm: Tia vũ trụ có bước sóng λ = 1 0-6 -1 0-3 µm Tia X (Rơngen), tia gamma có bước sóng λ = 1 0-1 µm Tia phóng xạ α, β có bước sóng λ = 1 0-6 -1 0-3 µm - Đặc điểm chung tia xạ... Hình 6.6 Thiết bị trùng dạng thẳng đứng 1-Van an toàn; 2-Van xả nóng; 3- ồng hồ áp suất; 4-Nhiệt kế; 5-Bộ cảm biến; 6-Hộp nhiệt; 7-bề mặt phân phối hơi; 8- Không khí làm mát sau tiệt trùng 1.3.2... thermosaccharolyticum 7,2 - 10 3,0 - 4,0 Rau Clostridium sporogenes 8,88 - 11,1 0,8 - 1,5 Thịt Bacillus subtilis 4,1 - 7,2 0,5 - 0,76 Các sản phẩm sữa Loại ưa nhiệt (35° - 55°C) Loại ưa ấm (10°