nguyên lý và ứng dụng của PEF ở khía cạnh ức chế vi sinh vật trong công nghệ chế biến sữa

MC LC DANH MC HèNH Hỡnh Mụ hỡnh Htilsheger et al (1981) Figure 5.Hỡnh Schematic diagram of reversible and irreversible breakdown.Biu ca s phỏ hy hi phc v khụng th hi phc (a) cell membrane with potential V'm, (b) membrane compression, (c) pore formation with reversible breakdown, (d) large area of the membrane subjected to irreversible breakdown with large pores (Zimmermann, 1986) Hỡnh Electroporation of a cell membrane (Vega-Mercado, 1996b)Electroporation ca mt mng t bo 10 Hỡnh nh hng ca cng in trng lờn s tiờu dit E.coli thi gian x lý khụng i (ng mng) ng cong m biu din ng hi quy ca ng cong thi gian x lý xung l 40 v 2000 às iu kin x lý pH 7.0; súng vuụng 10 Hỡnh Mch in sn xut phõn ró theo hm m dng súng 11 Hỡnh S h thng x lý PEF 15 Hỡnh Cu hỡnh in cc ph bin cỏc bung xung in trng .16 Hỡnh Gin ca mt in trng thit k hot ng ca bung xung in h thng PEF .16 Hỡnh S vi sinh vt sa bo qun nhit 4C ngy 22 Hỡnh 10 Thnh phn ca h vi khun sa nguyờn liu bo qun 4C ngy .23 Hỡnh 11 Chun acid sa sau 70 ngy bo qun 4C 25 Hỡnh 12 Xung c trng s dng thớ nghim 29 Hỡnh 13 S log10 chu kỡ vi khun B subtilis subsp Niger, L plantarum, L monocytogenes, S aureus, E coli, E coli O157:H7, S Senftenberg 775W v Y enterocolitica sau x lớ PEF 25 kV/cm vi s xung 300 dung dch m citrate phosphate pH .32 Hỡnh 14 Mi tng quan gia kh nng chng PEF ca ging vi khun dung dch m pH 33 Hỡnh 15 S log10 chu kỡ c ch ging vi khun bng PEF 25 kV/cm vi s xung l 300 dung dch m cú pH v sau ú c gi gi cựng mụi trng 36 Hỡnh 16 Lng khun lc ca vi khun a nhit trung bỡnh i vi cỏc loi sa x lý cỏc phng phỏp khỏc 38 Hỡnh 17 Vi khun ng rut, vi khun a m v a lnh sa x lý bng PEF kt hp nhit nh v c tr lnh .40 Hỡnh 18 Chun acid ( theo lactic acid) sut thi gian bo qun cho c loi sa x lý bng PEF v HTST .41 DANH MC BNG Bng Vi khn nhn dng sa sau x lý HTST PEF sau 60 ngy bo qun 4C .24 Bng Log 10 ca vi khun gram dng b tiờu dit sau x lý PEF 25kV pH 7, sau thi gian x lý 2h 30 Bng S ln log10 chu kỡ c ch ca E coli, E coli O157:H7, S Senftenberg 775W v Y.enterocolitica sau x lớ PEF 25 kV/cm cho cỏc xung tng dn theo thp phõn 50, 100, 150, 200, v 300 dungdch m citrate phosphate vi pH 7, pH v gi li gi dung dch m ú pH 31 Bng 4: Vi khun ng rut, vi khun a m, vi khun a lnh sa nguyờn liu sau quỏ trỡnh bo qun lnh 37 GII THIU Ngy m bo cht lng v an ton v sinh thc phm, vi sinh c cỏc nh sn xut quan tõm hng u Khớa cnh ny cng c bit quan trng cụng ngh ch bin sa Sa l cht lng sinh lý tit t tuyn vỳ ca ng vt cha rt nhiu thnh phn dinh dng, l ngun protein di cung cp cho c th ngi Cng chớnh vỡ vy ú cng l ngun rt d b xõm nhim v phỏt trin ca vi sinh vt Vỡ vy trờn ó t lõu cỏc phng phỏp tiờu dit vi sinh vt ó c nghiờn cu v ng dng, tiờu biu nht l cỏc sn phm sa n bo vụ trựng xut hin vi quy trỡnh cụng ngh qua x lý nhit nh sa trựng, tit trựng, tit trựng UHT Chớnh nhit cao l nguyờn nhõn phỏ hy v c ch vi sinh vt Nhit cng cao vụ trựng cng cao v gn nh hon ton cho ta mụi trng sa vụ trựng thng mi Nhng mi li c t nhit quỏ cao li nh hng yu t cm quan v lm gim dinh dng ca sn phm sa l iu chc chn Vỡ vy ũi hi nh nghiờn cu cn tỡm cỏc phng phỏp x lý khỏc nhng khụng lm tng nhit nh hng n cht lng ban u ca sa (raw milk) v nhng phng phỏp ny thng c gi l cụng ngh khụng nhit (nonthermal technologies) Mt nhng phng phỏp khụng s dng nhit trờn c nghiờn cu v cho kt qu khỏ thnh cụng vi sn phm thuc sa l phng phỏp xung in trng (PEF) Bi bỏo cỏo sau s trỡnh by nguyờn lý v ng dng ca PEF khớa cnh c ch vi sinh vt cụng nghờ ch bin sa CHNG NGUYấN Lí CA TRNG XUNG IN Khỏi nim trng xung in 1.1 nh ngha Trng xung in (PEF) l mt phng phỏp khụng s dng nhit bo qun thc phm v cú s dng dũng in vụ hot hoỏ vi sinh vt v nh hng ti thiu hoc khụng gõy hi n cỏc thuc tớnh cht lng ca sa Quỏ trỡnh thc hin cng cao xung in trng (PEF) ỏp dng cỏc xung in ỏp cao (thng 20-80 kV/cm) vo thc phm c thi gian às n ms Thc phm c t gia hai in cc, cung cp xung dũng in cú hiu in th cao s sinh trng in t dng xung cú cng cao Xung ny tỏc ng vo thc phm c t gia hai cc nh sau: 1.2 Mụ hỡnh ng hc trng xung in Mụ hỡnh ng hc dựng cỏc phng trỡnh toỏn hc mụ t s thay i s lng vi sinh vt theo thi gian thc hin PEF.Thụng thng, cỏc mụ hỡnh biu din s c ch vi sinh vt trờn phng thc mụ t bng ng cong vi sinh vt sng sút Cú bn loi ng cong c tỡm thy cỏc nghiờn cu ng dng trờn cỏc sn phm sa x lý PEF: ng thng tuyn tớnh, ng cong lừm trờn, ng cụng lừm xung, ng xớch ma Loi ng thng tuyn tớnh v ng cong lừm trờn l ph bin nht Mt s nh nghiờn cu cũn phỏt hin v nhn thy rng ng thng tuyn tớnh ch ỳng vi mt khong xỏc nh thng nh hn n vũng log 4, ng thng s chuyn sang dng ng cong Do thi im ban u, s vi sinh vt b tiờu dit bi trng xung in s tng tuyn tớnh theo thi gian x lý cỏc thi im sau cỏc vi sinh vt b tiờu dit chm dn theo thi gian S gii thớch cho hin tng ny l sau mt thi gian x lý PEF mt s vi sinh vt ó thớch ng vi mụi trng xung in, vỡ vy s tiờu dit chỳng tr nờn ớt hn theo thi gian Nhm kim soỏt v a cỏc thụng s x lý phự hp, mụ hỡnh ng hc tớnh toỏn v trng xung in c nghiờn cu C s tớnh toỏn trng xung in da trờn s lng vi sinh vt b c ch v tiờu dit Phng trỡnh c trỡnh by nh sau: Ln(S) = -bt (1) t: thi gian x lý (às) bE: h s cng xung in trng tc: thi gian x lý ti thiu (di mc ny khụng cú vi sinh vt b c ch) S: t l vi sinh vt sng sút sau x lý = Ln(S) = -bE (1) E: Cng in trng (kV/cm) Ec: cng in trng x lý ti thiu (di mc ny khụng cú vi sinh vt b c ch) bN: h s cho s ln cung cp xung Ec v tc phu thuc vo a tớnh cht ca vi sinh vt kho sỏt Hỡnh1 Mụ hỡnh Htilsheger et al (1981) (a) quan h gia t l sng sút ca vi sinh vt theo thi gian (b) quan h gia t l sng sút ca vi sinh vt theo cng in trng Htilsheger (1981) ó a phng trỡnh: S=( -(E E )/k c (3) Vi k l hng s phự thuc vo tng loi vi sinh vt Phng trỡnh (3) cho ta quan h gia thi gian x lý v cng in trng cung cp Da vo giỏ tr Ec v tc ca mi loi vi sinh vt v t l vi sinh vt cn tiờu dit m ta la chn c thi gian v cng in trng x lý Phng trỡnh (4) Peleg a 1995 vi th ng cong xớch ma biu din mi quan h gia cng in trng v t l vi sinh vt sng sút sau x lý im c bit ca mụ hỡnh toỏn ny l trỡnh by c s xung (n) cn cung cp t c t l tiờu dit vi sinh vt nh mong mun vi cng in trng thớch hp S = (4) Eh: giỏ tr cng in trng S = 50 % (kV/cm) C ch c ch v tiờu dit vi sinh vt cụng nghip sa Khi sa c x lý vi lc in trng t 12 35 kV/cm - vi khong xung ngn (1 - 100às) ngi ta nhn thy cú s nh hng n vi sinh vt ó cú nhiu nghiờn cu c ch ca nh hng ny nhng cho n cha c gii thớch rừ Nhng thuyt sau c a mang tớnh hp lý khỏ cao v c s dng khỏ nhiu lnh vc PEF ta ang cp ny gm: Theo nghiờn cu ca Zimmermann (1974), nguyờn nhõn ca s c ch vi sinh vt ca xung in trng l nh hng lờn thnh t bo ca vi sinh vt Chớnh s phỏ v thnh t bo ny dn n t bo b v, cỏc thnh phn bờn nh cỏc cht quỏ trỡnh trao i, enzyme, protein, DNA b tht thoỏt ngoi dn n vi sinh vt b hy dit hoc c ch Khi c t in trng cỏc in tớch tnh in bờn t bo cht vi sinh vt b phõn chia v hai cc khỏc du theo in cc õm dng ca hai u in cc bung x lý Khỏc vi t bo cht, thnh t bo c xem l mt cht in mụi kh nng dn in kộm ca nú, tc ớt cú cỏc in tớch t do, ớt hn - Chớnh v vy cú s phõn chia in tớch cht in mụi ny in trng xut hin Chớnh s di chuyn v in tớch ó to nờn lc hỳt gia cỏc cc thnh t bo vi sinh vt v in cc bờn ngoi Khi in trng cng cao, lc hỳt cng ln to nờn ỏp sut nộn khin thnh t bo b nộn cht Lc hỳt t l thun vi cng trng E v t l nghch vi bỏn kớnh t bo Vỡ vy s gia tng in th mng dn n gim dy mng t bo Khi cng in trng t n mc gii hn chu c ca thnh t bo (Vm) cỏc l rng trờn thnh t bo s c hỡnh thnh gõy s di chuyn cỏc cht bờn t bo bờn ngoi v ngc li Khi cng in trng tng quỏ mc gii hn, thnh t bo s b v gõy cht vi sinh vt S phỏ hy cú th hi phc nu sn phm cỏc l rng l nh i vi tng b mt mng Above critical field strengths and with long exposure times, larger areas of the membrane are subjected to breakdown (Fig 5d) Trờn im ti hn cng trng vi thi gian tip xỳc di, khu vc ln hn ca mng l b phõn hy embrane subjected to irreversible breakdown with large pores (Zimmermann, 1986) Theo Mercado (1996) s c ch vi sinh vt xy theo hin tng Electroporation is the phenomenon in which a cell exposed to high voltage electric field pulses temporarily destabilizes the lipid bilayer and proteins of cell membranes (Castro and others 1993).Electroporation l hin tng ú mt t bo tip xỳc vi trng xung in cao ỏp dn n lm mt n nh lp mng lipid kộp v cỏc protein ca mng t bo T bo b bin dng, khong cỏch gia cỏc t bo cng ngy cng to v to l trờn lp mng Cỏc mng sinh cht ca cỏc t bo tr nờn thm qua c vi cỏc phõn t nh sau c tip xỳc vi mt in trng, v s thm thu sau ú gõy s sng phự v cui cựng l s thng mng t bo The main effect of an electric field on a microorganism cell is to increase membrane permeability due to membrane compression and poration (Vega-Mercado and others 1996b).Kinosita v Tsong (1977, 1979) ó chng minh rng mt in trng l 2,2 kV / cm gõy l rng hng cu ca ngi khong nm ng kớnh Kinosita and Tsong (1977) suggested a 2-step mechanism for pore formation in which the initial perforation is a response to an electrical suprathreshold potential followed by a time-dependent expansion of the pore size (Fig 6) L rng ln thu c bng cỏch tng cng in trng v thi gian xung hoc gim cng ion ca mụi trng Cỏc yu t nh hng hiu qu k thut PEF 3.1 Yu t cụng ngh 3.1.1 Cng in trng v rng xung Cng in trng l mt nhng yu t chớnh nh hng n kh nng vụ hot húa cỏc vi sinh vt (theo Hỹshelguer v Niemann 1980; Dunne v cng s 1996) S gia tng s lng cỏc vi khun b vụ hot t l thun vi s gia tng cng in trng ( theo Qin v cng s, nm 1998) iu ny phự hp vi lý thuyt electroporation Trong ú, cỏc tỏc ng gõy qua mng t bo l t l thun vi in trng ỏp dng Thụng thng ngi ta quan tõm kho sỏt giỏ tr EC nhm xỏc nh c cng x lý thớch hp vi thi gian x lý c nh E c cũn c cho l giỏ tr cng in trng nht bt u gõy nờn bin dng thnh t bo vi sinh vt v to l trờn thnh Hỡnh nh hng ca cng in trng lờn s tiờu dit E.coli thi gian x lý khụng i (ng mng) ng cong m biu din ng hi quy ca ng cong thi gian x lý xung l 40 v 2000 às iu kin x lý pH 7.0; súng vuụng rng ca xung in cng nh hng n kh nng vụ hot cỏc vi sinh vt Vớ d, vi rng xung ln hn 50 às thỡ Ec l 4,9 kV/cm, cũn vi rng xung nh hn 2às thỡ Ec l 40 kV/cm ( theo Schoenbach v nhng ngi khỏc 1997) 3.1.2 Hỡnh dng xung Trng xung in cú th c ỏp dng theo hỡnh thc phõn ró, súng vuụng, dao ng, lng cc - Mt ln súng in ỏp theo cp s nhõn phõn ró l mt in ỏp mt chiu m tng lờn nhanh chúng n mt giỏ tr ti a v phõn ró t t v giỏ tr khụng Cỏc mch nh hỡnh cú th c s dng to mt dng súng phõn ró theo hm m Mt ngun in DC np in cho mt t in ni tip vi mt in tr sc (R s) Khi mt tớn hiu kớch hot c ỏp dng, in nng lu tr t in chy vo thc n bung ch bin Hỡnh Mch in sn xut phõn ró theo hm m dng súng - Mt dng súng vuụng cú th thu c bng cỏch s dng mt mng li hỡnh thnh xung lc (PFN) bao gm mt lot cỏc t in v cun cm v cỏc thit b chuyn mch trng thỏi rn Trong ú, hỡnh thc dao ng l hiu qu nht vụ hot húa cỏc vi sinh vt v cỏc súng vuụng thỡ cú nhiu nng lng v hiu qu lm cht tt hn so vi cỏc xung phõn ró Xung lng cc lm cht tt hn so vi cỏc xung ch cú mt cc vỡ mt xung in trng gõy chuyn ng ca cỏc phõn t tớch in cỏc mng t bo ca vi sinh vt v i chiu theo hng hoc chiu phõn cc ca in trng gõy mt s thay i tng ng theo hng ca cỏc phõn t mang in (theo Ho v cng s 1995; Qin cng s 1994) Vi xung lng cc, s chuyn ng ca cỏc phõn t tớch in gõy ỏp lc trờn mng t bo v tng kh nng phỏ v nú Dựng xung lng cc s thun li vic tit kim nng lng, gim lng ng ca cỏc cht rn trờn b mt in cc As mentioned earlier in this report, the instant-charge-reversal pulse can be described as partially positive at first and partially negative immediately thereafter.Cỏc xung o ngc tc thỡ cú th c mụ t nh l mt phn mang in vo trc thỡ tc thỡ mt phn khụng mang in vo sau c tớnh ny ca hỡnh dng súng chu nh hng bi dn in ca cỏc thc phm em i x lý S khỏc bit gia cỏc xung o ngc v xung lng cc l thi gian phc hi ca cỏc xung Tỏc dng vụ hot húa ca cỏc xung o ngc liờn tc l gõy ỏp lc xen k trờn t bo vi khun l nguyờn nhõn lm cu trỳc ca chỳng yu i Hiu qu ca dng súng vụ hot húa cỏc vi sinh vt so vi phng phỏp khỏc l cú th tit kim 1/5 n 1/6 tng s nng lng v chi phớ thit 10 Nhỡn chung, phng phỏp PEF dựng c ch vi khun dng nh ph thuc khỏ nhiu vo loi vi sinh vt hay thm l huyt ca chỳng (lvarez, Manas, Condún & Raso, 2003) Gi thit cho rng nm men nhy cm PEF vi cng mnh hn nhúm vi khun sinh dng (Quin et al 1998), vi khun gram dng chng chu tt hn so vi vi khun gram õm (Aronsson et al., 2001) Do c ch c ch bi PEF cú liờn quan n dy cng nh nhng hiu ng tỏc ng trờn mng t bo cht ca t bo vi khun gram dng nờn loi vi khun ny cú sc chng chu PEF cao Thc kh nng chng chu ca vi sinh vt cng cú liờn quan n kớch thc v hỡnh dng t bo ca chỳng (Heinz, lvarez, Angersbach & Knorr, 2002) Nguyờn nhõn ch yu m nm men nhy cm vi PEF l kớch thc khỏ ln ca chỳng nh hng ca kớch thc t bo lờn kh nng c ch ca PEF liờn quan n th nng gia hai bờn mng t bo trng in bờn ngoi to Kớch thc t bo cng nh, th nng ú cng thp v iu ú ó lm gim nhng tỏc ng ca trng in lờn t bo, vy kh nng chu c PEF ca vi sinh vt c tng lờn (Zimmermann, Pilwat & Riemann, 1974) i vi s nh hng ca hỡnh dng t bo, Heinz et al (2002) nhn thy mun c ch t bo hỡnh que cn phi dựng xung in trng mnh gp ln so vi t bo hỡnh cu m ging v tt c cỏc c tớnh khụng gian Tuy nhiờn, hu ht cỏc nghiờn cu u khụng ng ý vi ý kin ny Vớ d nh theo MacGregor et al (2000), Bacillus cereus l vi khun gram dng nhng li nhy cm vi PEF hn l vi khun gram õm Pseudomonas aeruginosa Tng t nh vy, Pagỏn et al (2004) cng cho rng Salmonella enteric vi kiu huyt Senftenberg ó chng chu PEF tt hn Listeria monocytogenes V phn kớch thc t bo, Heinz et al (2002) quan sỏt thy Yersinia enterocolitica vi kớch thc t bo rt nh khỏ nhy cm vi PEF so vi nhng loi vi khun ln hn nh Escherichia coli hay Lactobacillus plantarum khớa cnh ny, Wouters, Bos v Ueckert (2001) cho rng t bo ca L plantarum ụi nhng kt qu trỏi ngc ny l s nh hng ca cỏc tỏc nhõn t ngoi mụi trng Hiu qu c ch vi sinh vt ca PEF b nh hng bi cng ca in trng, thi gian x lý, s xung, t l lp li ca xung, nhit , v cỏc c tớnh ca sn phm nh dn in, hot nc, hay pH (lvarez, Pagỏn, Condún & Raso 2002, lvarez, Raso, Palop & Sala 2000) Trong ú, pH cú nh hng n kh nng c ch vi sinh vt ca PEF cũn ang tranh cói rt nhiu Thc cht s thay i pH cú th tng gim hoay khụng nh hng n s mn cm ca vi sinh vt i vi PEF Mc ớch ca vic nghiờn cu l so sỏnh kh nng chu ng PEF ca loi vi khun gram dng (Bacillus subtilis, L monocytogenes, L plantarum, Staphylococcus aureus) v loi vi khun gram õm (E.coli, E coli O157:H7, Salmonella huyt Senftenberg 775W, Y 26 enterocolitica) da trờn s nh hng ca pH mụi trng Cỏc ging vi khun trờn khỏc v kớch thc, hỡnh dng t bo, khỏc v cu to ca mng t bo v thng b nhim vo thc phm T ú xỏc nh nh hng ca iu kin mụi trng cng nh nhng tớnh cht c trng ca vi khun n vic khỏng li PEF ta cú c khỏi nim chung v PEF v cú th thit k cng nh ti u húa quỏ trỡnh PEF 2.3 Nguyờn liu Vi sinh vt v iu kin phỏt trin: Ging B subtilis sp niger (NCTC 10073), L monocytogenes (ATCC15313), L plantarum (ATCC 14917), S aureus (ATCC 13565), E coli (NCTC 5934), Salmonella huyt Senftenberg 775W (ATCC 43485) v Y enterocolitica (ATCC 9610) c cung cp t Spanish Type Culture Collection Ging E coli O157:H7 thớ nghim l loi VTEC (loi phage 34) c tỏch bi tin s Chapman (Chapmen et al 1993) Trong sut quỏ trỡnh thớ nghim, ging vi sinh vt c gi trờn thch nghiờng Tryptic Soy cú cha 9.6% cht chit nm men (cho E coli, E coli O157:H7, L monocytogenes, S aureus, Y enterocolitica), bt agar dinh dng (B subtilis, subsp niger, S Senftenberg 775W) hay thch MRS (L plantarum) 2.4 K hoch thớ nghim Canh trng s c nuụi cy bng khun lc trờn a, mt ng cha 5ml dch Tryptic Soy ó qua tit trựng v c thờm vo tựy theo ging vi sinh vt ta c phộp i 0.6% cht chit nm men (E coli, E coli O157H7, L monocytogenes, S aureus, Y enterocolitica).Khi tip xỳc vi ng ng (L plantarun) Sau cy xong, cỏc ng nghim c 37OC 24 gi Vi cỏch ny ta cú th thu c s t bo khong 104 t bo / mL Cỏc ng ny c iu kin lc o 130 vũng/ phỳt 37OC cho n t c pha cõn bng X lý PEF Trc x lý, mi canh trng vi sinh vt c ly tõm 6000 xg phỳt, sau ú c hũa li vo dung dch m citrate, phosphate cú pH v (Dawson, Elliot, Jones, 1974) ó c chnh nng t c dn in 2mS/cm K tip, ly 0.5 mL huyn phự ú vi nng 109 CFU/ mL t vo bung x lý giỏn on bng mt ng tiờm vụ trựng (Raso, lvarez, Condún & Sala, 2000) Cỏc xung ln súng hỡnh di õy c to t cng in trng 25kV/cm v tn s lp li xung l 1Hz Nng lng u vo c trung cho mi xung l 3kJ/kg Trong tt c cỏ thớ nghim, nhit ca mu sau x lý u thp hn 35OC 27 Hỡnh 12 Xung c trng s dng thớ nghim m s khun lc Sau x lý PEF, mu c pha loóng thớch hp v c 0.1 mL mu s c cy theo phng phỏp a trờn thch TSAYE (E coli, E coli O157H7, L monocytogenes, S aureus, Y enterocolitica) thch NA (B subtilis subsp niger, S Senftenberg 775W) v thch MRS (L plantarum) Cỏc a s c 24 gi (E coli, B subtilis subsp niger,P aeruginosa, S Senftenberg , S aureus,) hoc 48 gi (L monocytogenes, Y enterocolitica, L plantarum) 37OC Cỏc thớ nghim trc cho thy rng thi gian lõu hn khụng nh hng n s t bo sng sút sau x lý PEF Sau , s khun lc c m bi mỏy m t ng (Protos, Analytical Measuring System, Cambrige, UK) S vi sinh vt cũn sng s l giỏ tr trung bỡnh ca ớt nht ln thớ nghim c lp vi o nhy cm i vi quỏ trỡnh lu tr sau x lý: Sau x lý PEF, mu c gi nhit phũng gi ri c em i m s khun lc Cỏc thớ nghim trc ch rng t bo bn a khụng nhy cm vi iu kin thớ nghim 2.5 Kt qu v bn lun Kh nng chng chu ca nhng ging vi khun gram dng sau x lý PEF da trờn iu kin pH ca mụi trng: Da trờn s xung, pH ca mụi trng, cng nh hỡnh dng v kớch thc t bo vi khun m ta ó tớnh c kh nng chng chu PEF ca ging vi khun gram dng Bng sau s cho thy s vũng log10 ca quỏ trỡnh vụ hot B subtilis subsp Niger, L plantarum, L monocytogenes v S aureus sau x lý PEF 25kV/cm vi s xung tng theo thp phõn 50, 100, 150, 200, v 300 dung dch m citrate phosphate cú pH v lu li dung dch m cú pH gi sau ú 28 Bng 2: Log 10 ca vi khun gram dng b tiờu dit sau x lý PEF 25kV pH 7, sau thi gian x lý 2h Trong bng 2, cựng iu kin thớ nghim, B subtilis subsp Niger, L plantarum, L monocytogenes cho thy kkh nng chng chu PEF pH ln hn pH v khụng ph thuc vo thi gian x lớ S aureus l ging nhy cm nht pH cũn L monocytogenes v L plantarum u cú th khỏng li PEF c pH v pH Trong ú, cú nhn xột núi rng kh nng chng li PEF ca L monocytogenes v L plantarum khụng khỏc l bao so vi L plantarum pH Thc cht, L plantarum cú kh nng chu c PEF cao ti pH m khụng ph thuc vo thi gian x lớ V phn nh hng ca thi gian x lớ n kt qu, a s trng hp, thi gian cng lõu thỡ hiu qu vụ hot t bo s cng c nõng cao Kh nng c ch cao nht ca PEF t c sau 200 300 xung in 25 kV/cm Cỏc mc nhy cm ca t bo vi PEF sau c lu tr cựng iu kin phũng thớ nghim cng c quan tõm Nu ta lu li mụi trng x lớ gi pH thỡ khụng cú s thay i ỏng k no v lng vi sinh cũn sút li sau PEF, nhng nu lu cỏc mu L monocytogenes v L plantarum cng gi pH cựng iu kin khỏc thỡ hiu qu c ch vi sinh tng mnh L plantarum l ging cú kh nng chng chu PEF cao nht pH li l ging nhy cm nht i vi vic lu tr pH Khi x lý PEF vi s xung l 100 hoc nhiu hn 25 kV/cm v gi mu gi pH s c ch nhiu hn 5log 10 chu kỡ ca L plantarum Ngc li, B subtilis v S aureus khụng quỏ nhy cm i vi vic tr mu li mụi trng acid Kh nng chng chu ca nhng ging vi khun gram õm sau x lý PEF da trờn iu kin pH ca mụi trng: 29 Bng sau l s ln log10 chu kỡ c ch ca E coli, E coli O157:H7, S Senftenberg 775W v Y enterocolitica sau x lớ PEF 25 kV/cm cho cỏc xung tng dn theo thp phõn 50, 100, 150, 200, v 300 dungdch m citrate phosphate vi pH 7, pH v gi li gi dung dch m ú pH Kớch thc v hỡnh dng t bo ca mi ging vi sinh vt (Bergey, 1986) cng c cp n Bng S ln log10 chu kỡ c ch ca E coli, E coli O157:H7, S Senftenberg 775W v Y enterocolitica sau x lớ PEF 25 kV/cm cho cỏc xung tng dn theo thp phõn 50, 100, 150, 200, v 300 dungdch m citrate phosphate vi pH 7, pH v gi li gi dung dch m ú pH Nh bng, vi khun gram õm trờn chng chu PEF tt hn pH so vi pH m khụng ph thuc vo thi gian thớ nghim Nu x lớ PEF vi s xung 200 hoc nhiu hn 25 kV/cm dung dch m citrate phosphate cú pH cho phộp c ch E coli v Y enterocolitica nhiu hn 5Log10 chu kỡ Trong ú E coli O157:H7 v S Senftenberg 775W cho kt qu khỏng PEF cao nht c pH v Nu gi mu gi pH thỡ khụng thy tng kh nng c ch vi sinh vt sau x lý PEF, nhng nu cỏc mu sau x lý PEF c gi gi pH4 thỡ s lng t bo b tiờu dit tng t n 3log10 chu kỡ Trong a s trng hp, s t bo cht i x lý v pH ớt hn pH So sỏnh kh nng chng chu PEF ca vi khun gram dng v gram õm da trờn pH ca mụi trng 30 Hỡnh 13 S log10 chu kỡ vi khun B subtilis subsp Niger, L plantarum, L monocytogenes, S aureus, E coli, E coli O157:H7, S Senftenberg 775W v Y enterocolitica sau x lớ PEF 25 kV/cm vi s xung 300 dung dch m citrate phosphate pH Hỡnh trờn, di cựng iu kin thớ nghim, B subtilis subsp Niger, L plantarum, L monocytogenes cú kh nng chu c PEF tt hn vi khun gram õm v S aureus pH Trong ú, iu kin PEF ny cú th tiờu dit log10 chu kỡ B subtilis v hn 4log10 chu kỡ ca ging vi sinh vt cũn li u b tiờu dit Ging vi khun khỏng PEF pH cao nht l L monocytogenes Hỡnh 14: Mi tng quan gia kh nng chng PEF ca ging vi khun dung dch m pH cựng iu kin thớ nghim, kh nng chng chu PEF khỏc tựy thuc vo tng ging, ú, cao nht l E coli O157:H7, S Senftenberg 775W v thp nht l L plantarum 31 Hỡnh 15: S log10 chu kỡ c ch ging vi khun bng PEF 25 kV/cm vi s xung l 300 dung dch m cú pH v sau ú c gi gi cựng mụi trng Nh ó thy, vic li sau khong thi gian lm tng mnh kh nng c ch hu ht cỏc vi khun ngoi tr B subtilis v S aureus l ging khụng thy s thay i rừ rt Lu li gi pH cho phộp tng lng t bo b c ch lờn n hn 4log 10 chu kỡ tựy vo ging vi sinh vt Vi nhng iu kin thớ nghim ny thỡ ging vi khun cú kh nng chu PEF cao nht l S Senftenberg 775W v E coli O157:H7 Kho sỏt x lý vi sinh vt sa bng PEF loi vi khun gram dng 3.1 Túm tt S kt hp gia PEF vi cỏc phng phỏp x lớ nhit nh cú th giỳp kộo di thi gian bo qun sa xung vi peak in trng l 35 kV/cm v b rng xung khong 2.3 às cú th ỏp dng cho sa nhit 65OC v kộo di khụng quỏ 10 giõy Thi gian bo qun sa cú th kộo di ớt nht 24 ngy Ngi ta ó tỡm thy cú s tỏc ng qua li gia PEF v phng phỏp x lớ nhit nh Ngay c khụng dựng PEF nghiờm ngt nhit thp hay khụng x lớ nhit, bao gm c vic x lớ mt thi gian di thỡ kt qu cú th kộo di thi gian bo qun ca sa Tuy nhiờn, nu kt hp c li vi s lm tng thi gian bo qun lờn ỏng k Li ớch ca h thng trao i nhit s lm gim tn tht nhit, tng hiu qu s dng nng lng quỏ trỡnh bo qun v cú th cnh tranh tt vi quỏ trỡnh trựng c in 32 3.2 Gii thiu Thanh trựng sa bng nhit l cụng ngh bo qun c thng mi húa M hn 50 nm v ó kim soỏt thnh cụng cỏc cn bnh truyn qua sa Bờn cnh vic tiờu dit tn gc cỏc loi vi khun gõy bnh, trựng bng nhit cng cú th kộo di thi gian bo qun iu kin lnh lờn n tun Tuy vy, sau thi gian bo qun, lng vi sinh vt phỏt trin v mt s tớnh cht cm quan khỏc cng bin i lm cho sa h hng Mt cụng ngh phự hp ó c phỏt trin v dn thay th cỏc quỏ trỡnh bo qun ang thnh hnh bao gm vic xỏc nh mt quỏ trỡnh phự hp sn xut mt sn phm an ton v mt vi sinh vi thi gian bo qun di mang cỏc tớnh cht cht lng vt bc Phng phỏp bo qun ny cn c hon thin vi mc nng lng tiờu th hp lớ X lớ PEF l mt phng phỏp bo qun thc phm hon ton mi cú th loi vi sinh vt thc phm m khụng lm tng nhit (Barbosa Cỏnovas, Gúngora Nieto, Pothakamury, & Swanson, 1999) Vic bo qun sa v cỏc sn phm sa dng lng dng nh l mt nhng lnh vc khỏ phự hp ỏp dng cụng ngh PEF bi nguyờn nhõn chớnh l sa hay cỏc sn phm dng lng cú th bm c (Qin, Pothakamury, Barbosa Cỏnovas, &Swanson, 1996) Tuy nhiờn, vic ỏp dng cụng ngh PEF i tr cha th tin hnh c, cha c iu chnh hp lớ, u t ln, v chi phớ cho quỏ trỡnh tn kộm Kt hp PEF vi x lớ nhit nh cú th l mt phng phỏp c ch vi sinh vt thc phm hiu qu vi mc nng lng hp lớ Nu h thng x lớ PEF v nhit cú phn trao i nhit nhm gim lng nhit tiờu th thỡ s t hiu qu kinh t hn Trong h thng ny, sa lnh s chy qua thit b trao i nhit phớa ny sa núng chy qua thit b ny phớa khỏc Sa sau c gia nhit s b s c a qua x lý PEF Ti õy, nhit bung PEF s t n mc nht nh thụng qua cỏc in tr Sau ú, sa s c lm lnh b phn lm lnh ca h thng trao i nhit Hiu qu t vic kt hp PEF vi nhit nh tng lờn cú th hai nguyờn nhõn Mt l s nh hng ca PEF n vi sinh vt ging nh l nhng phng phỏp x lớ nhit Hiu qu ny da trờn vic phỏ hy sc bn c hc ca mng t bo cng nh tớnh thm ca mng di tỏc dng ca PEF (Jayaram, Castle, & Margaritis, 1992) Hai l vic ỏp dng ng thi nhit nh sut quỏ trỡnh x lớ PEF lm tng hiu qu ca c quỏ trỡnh Mt li ớch khỏc na l sn phm sau c x lý s c lm lnh ớt hn so vi nhng sn phm ch x lý bng PEF Cui cựng, cng cn núi n hiu qu chuyn húa t in nng sang nhit khỏ cao (trờn 95%), v khụng gm nhit nng trao i trờn b mt ni m hay úng cn v lm gim hiu qu cỏc h thng trựng bng nhit truyn thng (Sandu & Singh, 1991) Kt qu l nu dựng hiu qu nhit nng cụng ngh PEF s lm tng thờm li ớch 33 Mc ớch ca nghiờn cu l ỏnh giỏ hiu qu ca vic kt hp PEF vi nhit ( thu hi nhit v PEF sinh nhit) vic kộo di thi gian bo qun sa 3.3 Nguyờn liu Sa Sa c thu t ngy riờng bit t nụng tri ca i hc Washington State Mi ln ly sa s c giỏm sỏt di iu kin vụ trựng vi mu gn 20 lớt mt mu Vic x lớ mu theo trt t ngu nhiờn Cú kiu x lớ cho sa: - Sa nguyờn liu, bo qu 4OC - X lý nhit, 65OC 10 giõy - X lý trựng nhit cao thi gian ngn (HTST) - X lý PEF vi nhit sinh in, 65OC thi gian ớt hn 10 giõy 3.4 K hoch thớ nghim X lý nhit: mililit sanguyờn liu c cho vo ng nghim ng nghim c ngõm b n c ci 97OC 35 giõy hoc cho t sa t 65OC Cỏc mu sau ú c ly ng 10 giõy ri ngõm vo b nc lnh Cỏc mu sa sau x lý c lm lnh v tr OC ri em phõn tớch vi sinh sut thi gian bo qun Thanh trựng HTST Thanh trựng nhit cao thi gian ngn sa c thc hin thit b trao i nhit bng mng vi nhit l 72 OC 15 giõy theo tiờu chun sa trựng loi A (HHS/PHS/FDA, 2001) Sa sau trựng c lm lnh, úng chai lớt v tr OC phõn tớch vi sinh thi gian bo qun X lý PEF Sa c x lý h thng PEF vi mt h thng in cc hỡnh tr ng tõm bung x lý B rng xung l 2.3às ( bng mt na b rng ln nht ), cng xung 35 kV/cm Sa nguyờn liu c bm vi lu lng 72 lớt/ gi trỏnh hin tng úng cn trờn cỏc in cc Nhit sinh bung x lý c thu hi t dũng sa i v trao i vi dũng i vo bng thit b trao i nhit ng lng ng ngc chiu Sa sau x lý cú nhit cao nht l 65 OC, thi giant rung bỡnh sa i qua bung x lý v thit b trao i nhit l 10 giõy Mu sau x lý ri thit b trao i nhit t 25 OC Sau ú, sa c lm lnh lp tc, úng chai lớt v tr 4OC kim tra vi sinh Nhng thụng s cú liờn quan nh nhit dũng vo v ra, hiu qu thu hi nhit, hỡnh dng ca xung, hiu in th, cng dũng in v nng lng tiờu th c kim soỏt sut quỏ trỡnh Cỏc thụng s v in c tớnh toỏn bng mỏy hin súng c ni vi bung x lý thụng qua cc dũ cao nng Nhit c iu khin bng nhit k k thut s 34 Thi gian bo qun v kim soỏt cht lng Mu sa c x lý nhng iu kin khỏc c ly nhng thi gian nht nh kim tra vi sinh nh vi khun ng rut, tng s vi khun a m, a lnh, cỏc tớnh cht húa hc, tớnh cht cm quan v mu, mựi sut quỏ trỡnh lu tr OC Tng s vi khun a m (kim tra hng ngy) v tng s vi khun a lnh (kim tra mi tun ln) v chun acid c thc hin sut quỏ trỡnh lu tr - Vi khun a m v a lnh: cỏc mu sa c pha loóng hng lot, chun b thờm nc peptone (0.1%), sau ú thc hin phng phỏp a trờn agar Standard Plate count Vi khun a m s c 32 OC cũn vi khun a li c OC m s khun lc hỡnh - thnh riờng bit sau n ngy (Marshall, 1992) Vi khun ng rut: sa c pha loóng sau ú c d a trờn agar Violet Red Bile vi mt lp agar trờn v c 32 OC m s khun lc hỡnh thnh sau 24 gi - (Marshall, 1992) Chun acid: acid c ỏnh giỏ bng phng phỏp chun dựng cho cỏc sn phm t - sa v c th hin di dng phn trm ca acid lactic (Marshall, 1992) Ch tiờu cm quan: kim tra mu sc v mựi hng ngy phỏt hin cỏc bin i bt thng ca sn phm (ụng t, dy lờn, vún cc, thay i mu sc, lng cn, mựi khú chu hay ni bt) 3.5 Kt qu v bn lun Sa nguyờn liu Bng 4: Vi khun ng rut, vi khun a m, vi khun a lnh sa nguyờn liu sau quỏ trỡnh bo qun lnh 35 Hỡnh 16 Lng khun lc ca vi khun a nhit trung bỡnh i vi cỏc loi sa x lý cỏc phng phỏp khỏc Mc dự sa nguyờn liu dựng thớ nghim ny t ch tiờu v nguyờn liu sa trựng (HHS/PHS/FDA, 2001), tng s vi khun a m t 2.10 CFU/ml sau ngy hỡnh Cng cú mt lng ln vi khun ng rut xut hin sut quỏ trỡnh bo qun, nhiờn, s lng ca chỳng khụng i ngy sau ú S phỏt trin ca vi sinh vt ó b hn ch khỏ nhiu tr nhit thp v s xut hin ca ln ln vi khun lactic Vi khun a lnh cng bt u phỏt trin khỏ sm ( so vi vi khun ng rut), nhiờn, nú khụng phỏt trin nhiu sut thi gian bo qun X lý nhit S phỏt trin ca vi khun ng rut v vi khun a lnh bo qun sa x lý nhit 65OC 10 giõy bng Vi khun a m phỏt trin rt nhanh t 2.8log n 6log ngy cũn vi khun ng rut v vi khun a lnh thỡ phỏt trin chm hn cựng thi gian Nhit sinh quỏ trỡnh x lý cú th cao hn nhit sinh quỏ trỡnh x lý PEF Vi khun a m Tng s vi khun a m cú sa c mụ t hỡnh 16 sut thi gian bo qun cho tng phng phỏp x lớ Thi gian bo qun th nghim cú thlờn n 54 ngy cho n vi sinh sa vt quỏ gii hn cho phộp (2.10 = 4.3log CFU/ml)ca ch tiờu sa trựng loi A (PMO) Cú th thy rng sa trựng, sa nguyờn liu, sa x lý PEF, sa x lý HTST ln lt c bo qun vũng 3, 4, 24, hay 44 ngy bo qun thỡ sa ó t n 36 ch s ú Do ú, sa x lý HTST v PEF ó kộo di c thi gian bo qun hn iu kin bo qun lnh Thanh trựng HTST Hỡnh 16 cho thy tng s vi khun a m ch trựng HTST sut quỏ trỡnh bo qun sa Vi khun ng rut v vi khun a lnh khụng xut hin li thi gian bo qun sau trựng HTST (< 10CFU/ mL) Da vo lng vi sinh vt sa v cỏc c tớnh cm quan m thi gian bo qun sa trựng HTST dao ng t 14 ti 21 ngy (Richter et al., 1992) Tuy nhiờn, nghiờn cu ny thỡ hn s dng ca sa trựng HTST cú th kộo di n 44 ngy trc t n h hng ca sn phm theo ch tieu vi sinh ( tng s vi khun 2.104 CFU/ mL) Thi gian bo qun cú th t n giỏ tr ny l iu kin bao gúi vụ trựng phũng thớ nghim v chc chn l iu kin vụ trựng ca nh mỏy sn xut s khụng bao gi t c S tng lờn v s lng vi sinh vt ch yu l s phỏt trin ca vi khun a m Sa c tr iu kin lnh m b h hng ch yu l nhúm vi khun a lnh gõy Craven v Macauley (1992) cho rng nhng vi khun nhúm a lnh khụng th sng sút c iu kin nhit trựng Sau trựng xong s khụng thy s cú mt ca nhúm vi khun ny na m ch cú nhúm vi khun a nhit Chớnh nhúm vi khun a nhit ny ó lm h hng sn phm sa trựng (Bodyfelt, 1980) Quỏ trỡnh x lý PEF v nhit : Hỡnh 17 cho thy vi khun ng rut, vi khun a m v a lnh sa x lý bng PEF kt hp nhit nh v c tr lnh Sa sau x lớ PEF cú th s dng c 24 ngy trc vt quỏ tng lng vi sinh cho phộp (4.3 log) Hỡnh 17 Vi khun ng rut, vi khun a m v a lnh sa x lý bng PEF kt hp nhit nh v c tr lnh Lng vi sinh vt tng lờn ch yu l nhúm vi khun a lnh Thc cht mc dự x lý PEF s tiờu dit tn gc v iu khin c s tr li ca vi khun ng rut nhng nú khụng 37 th tiờu dit hon ton vi khun a m v a lnh nh phng phỏp HTST Dự nhng kt qu ny cho thy kh nng chu ng ca vi khun a lnh i vi PEF nhng vi iu kin nhit bo qun thỡ cng cú th gii hn c s phỏt trin ca nhúm vi khun ny C hai loi vi khun gim s lng ỏng k c x lý PEF S nh hng qua li gi PEF v nhit (65 OC 10 giõy) cú th kộo di thi gian bo qun ỏng k so vi nhng phng phỏp PEF khỏc Vi nhng nghiờn cu trc v PEF cho sa, nu dựng 20 xung liờn tc tng dn theo cp s m vi b rng às v cng in trng 40kV/cm nhit 54 OC thỡ ch cú th kộo di c thi gian bo qun 14 ngy Chun acid v quan sỏt cỏc tớnh cht cm quan Chun acid ( theo lactic acid) hỡnh 18 sut thi gian bo qun cho c loi sa x lý bng PEF v HTST cha vt qua ngng phỏt hin (0.2%) (Bassette, Fung, & Mantha, 1986) Mu kim soỏt thỡ vt qua gii hn ch s acid sau ngy bo qun Hỡnh 18 Chun acid ( theo lactic acid) sut thi gian bo qun cho c loi sa x lý bng PEF v HTST Mc dự khụng cú phng phỏp phõn tớch cm quan theo tiờu chun nhng v mt trng thỏi, mu sc, mựi v ca sa HTST v PEF c tỏc gi kim tra mi ngy v khụng thy cú s thay i bt thng bt k mu no kt thỳc giai on bo qun X lý nhit nh kt hp vi PEF khụng gõy bt kỡ thay i ỏng k no so vi nhng tớnh cht t nhiờn ca sa nguyờn liu (Morales, Romero, & Jimenez-Perez, 2000) Nhỡn chung thỡ s lng vi khun khong 107 CFU/ml cú th chp nhn c nu nh khụng cú thay i gỡ nhiu v mt cm quan (Griffiths, & Phillips, 1986; Schroder, Cousins, & McKinnon, 1982) Kt thỳc quỏ trỡnh bo qun, mu c x lý HTST b vún cc nh l s phỏt trin ca cỏc bo t vi khun 38 Kt lun: Vic kt hp PEF vi nhit nh cú th kộo di thi gian bo qun ca sn phm sa mt cỏch hiu qu so vi sa trựng thng mi X lý PEF cú th tiờu dit c vi khun ng rut v hn ch s lng vi khun a m hiu qu Tuy nhiờn sa x lý PEF khụng tiờu dit c ht vi khun a lnh, õy chớnh l nguyờn nhõn lm h hng sa trựng PEF v cng l mt hn ch ca nú so vi sa trựng HTST PEF cng iu khin c vi khun lactic, nguyờn nhõn lm acid ca sa thp Kt hp PEF vi nhit nh hn l mt phng phỏp s dng nng lng cú hiu qu Nhng nghiờn cu sõu hn dựng nhit cao v gi nhit vs PEF cú th ci thin c quỏ trỡnh bo qun gúp phn kộo di thi gian bo qun TI LIU KHAM KHO Maged E.A Mohamed and Ayman H Amer Eissa, Pulsed Electric Fields for Food Processing Technology, Saudi Arabia , Menoufia University Odriozola-Serrano, S Bendicho-Porta, and O Martn-Belloso, Comparative Study on Shelf Life of Whole Milk Processed by High-Intensity Pulsed Electric Field or Heat Treatment, Department of Food Technology UTPV-CeRTA, University of Lleida Rovira Roure 191, 25198 Lleida, Spain D Garca , N G o mez, J Raso, R Pagan, 2005, Bacterial resistance after pulsed electric fields depending on the treatment medium pH, Universidad de Zaragoza, C/ Miguel Servet,177, 50013, Zaragoza, Spain T Grahl H Markl, Killing of microorganisms by pulsed electric fields, 1996, PringerVerlag Ignacio Alvarez, Santiago Condon, and Javier Raso, Microbial inactivation by pulsed electric fields, 2006, Pulsed Electric Fields Technology for the Food Industry Food Engineering Series , pp 97-129T, Springer Link Juliane FLOURY*, Noởl GROSSET, Nadine LECONTE, Maryvonne PASCO, MarieNoởlle MADEC, Romain JEANTET, Continuous raw skim milk processing by pulsed electric field at non-lethal temperature: effect on microbial inactivation and functional properties, 2005, Science et Technologie du Lait et de l France P.Fellows, Food processing technology Principles and Practice, second edition, Woodhead publishing limited, Cambridge England D.R Sepulveda, M.M Go ngora-Nieto, J.A Guerrero, G.V Barbosa-Ca novas, Production of extended-shelf life milk by processing pasteurized milk with pulsed electric fields, Journal of food engineering, Volume 67, Issues 12, March 2005, Pages 8186 Taylor & Francis, Food processing by pulsed electric fields II Biological aspects, Monash University Library, 2013 39 40 ... UHT Chính nhiệt độ cao nguyên nhân phá hủy ức chế vi sinh vật Nhiệt độ cao độ vô trùng cao gần hoàn toàn cho ta môi trường sữa vô trùng thương mại Nhưng vấn đề lại đặt nhiệt độ cao lại ảnh hưởng... cường độ cao xung điện trường (PEF) áp dụng xung điện áp cao (thường 20-80 kV/cm) vào thực phẩm thời gian µs đến ms Thực phẩm đặt hai điện cực, cung cấp xung dòng điện có hiệu điện cao sinh trường... vực lĩnh vực nâng cao số tiêu chí thiết kế quan trọng khác cho thiết kế thành công việc tiêu thụ lượng nhiệt sản phẩm thấp 4.2 Máy phát xung điện áp cao Các máy phát xung điện áp cao cung cấp cho