MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU I Khái niệm II Mục đích Type chapter title (level 1) .4 Type chapter title (level 2) Type chapter title (level 3) LỜI MỞ ĐẦU Vi sinh vật có mặt khắp nơi giới sống Thực phẩm nguyên liệu chế biến thực phẩm chứa nhiều chất dinh dưỡng nên dễ bị nhiệm vi sinh vật.Trong thực phẩm, vi sinh vật tồn dạng tế bào sinh dưỡng hay bào tử Hệ vi sinh vật thực phẩm chia làm hai nhóm bản: - Nhóm vi sinh vật có khả gây bệnh cho người sinh độc tố ( Clotridium botulium,Staphylococcus aureus, số loài thuộc giống Salmonella, Vibrio, ….) : Thực phẩm chứa nhóm vi sinh vật có khả sinh tổng hợp độc tố có nguy gây ngộ độc ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người tiêu dùng - Nhóm vi sinh vật khơng có khả sinh độc tố (phổ biến số giống vi khuẩn vi khuẩn lactic, vi khuẩn acetic…, giống nấm men hay nấm sợi) : Chúng sử dụng chất dinh dưỡng thực phẩm để thực q trình trao đổi chất, từ làm thay đổi thành phần hóa học giá trị cảm quan thực phẩm làm cho thực phẩm nhanh chóng bị hư hỏng Như vậy, để thực phẩm đảm bảo an tồn vệ sinh bảo quản thời gian dài, người ta sử dụng phương pháp khác nhằm tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh vi sinh vật khác có thực phẩm I Khái niệm: Tiệt trùng q trình tiêu diệt loại bỏ có hiệu tác nhân truyền bệnh (như nấm, vi khuẩn, virus, dạng bào tử, etc) bề mặt, vật dụng, mẫu thực phẩm, thuốc men, hay môi trường nuôi cấy sinh vật Tuy nhiên tiệt trùng không loại bỏ Prion II Mục đích: Mục đích q trình tiệt trùng (sterilisation) tiêu diệt tồn hệ vi sinh vật (bao gồm vi sinh vật gây bệnh không gây bệnh) vô hoạt không thuận nghịch enzyme có thực phẩm Sản phẩm qua q trình tiệt trùng gọi vơ trùng Nhưng thực tế, mục đích q trình tiệt trùng đạt cách tuyệt đối Và nhà sản xuất thực phẩm đưa khái niệm: “ thực phẩm vô trùng công nghiệp” (commercially sterile food) Đó sản phẩm chưa đạt mức độ vô trùng tuyệt đối Tuy nhiên, chúng không chứa vi sinh vật gây bệnh Riêng enzyme hâu bị vô hoạt Các vi sinh vật không gây bệnh sống sót thực phẩm với ố lượng thấp hoạt tính trao đổi chất chúng bị ức chế mạnh mẽ sau số phương pháp xử lí thực phẩm Loại sản phẩm đảm bảo mục tiêu trình tiệt trùng.Các sản phẩm giữ tiêu chất lượng khoảng thời gian không thấp sáu tháng điều kiện bảo quản định III Phương pháp tiệt trùng: Có thể tiệt trùng cách dùng nhiệt, hoá chất, tia xạ, áp suất cao lọc: - Nhiệt phương thức sử dụng rộng rãi để tiệt trùng, sử dụng cho hai loại môi trường đặc lỏng Nó ứng dụng dạng nhiệt khô ẩm (hơi nước) Nhiệt ẩm thường hiệu nhiệt khô, khả kháng nhiệt bên tế bào vi khuẩn tăng lên mạnh trạng thái khơ hồn tồn Kết tỷ lệ chết tế bào khô thấp nhiều so với tế bào ẩm Sự dẫn nhiệt không khí khơ có tốc độ khơng khí ẩm Vì thế, nhiệt khơ dùng để tiệt trùng dụng cụ thủy tinh vật liệu rắn chịu nhiệt Bằng cách tăng áp suất lên bình ni cấy, nhiệt độ nước tăng lên cách ý nghĩa điểm sôi nước Nồi tiệt trùng áp suất (autoclave) phòng thí nghiệm thường hoạt động áp suất nước khoảng 15 psi tương ứng với 121 0C, bào tử vi khuẩn bị giết nhanh 1210C - Hóa chất: Các tác nhân hóa học dùng để giết vi sinh vật khả oxy hóa alkyl hóa Tuy nhiên, chúng khơng dùng để tiệt trùng mơi trường hóa chất ức chế sinh trưởng thể lên men Các tác nhân hóa học sử dụng thường xuyên cho việc xử lý để loại bỏ làm giảm mức độ nguy hại tác nhân gây bệnh Một số tác nhân hóa học kháng khuẩn là: phenol hợp chất phenol (phenol, cresol, orthophenylphenol), alcohol (ethyl, methyl), halogen (iodine, hypochlorite, chloramine), chất tẩy, thuốc nhuộm, hợp chất ammonium bậc bốn, acid, kiềm tác nhân gây vô sinh dạng khí (ethylene oxide, β-propiolactone, formadehyde) - Tia cực tím: Nhiều nguyên liệu tế bào hấp thụ ánh sáng cực tím, dẫn đến gây nguy hiểm cho gen sau giết chết tế bào Bước sóng khoảng 256 nm có hiệu diệt khuẩn cao Tuy nhiên, tia cực tím có khả xun qua vật chất Vì thế, việc sử dụng chúng bị hạn chế việc làm giảm quần thể vi sinh vật phòng nơi mà điều kiện vơ trùng cần thiết trì thường xun, chẳng hạn phòng mổ bệnh viện buồng làm việc phòng thí nghiệm Tia X gây chết thể vi sinh vật có khả xuyên qua vật chất Tuy nhiên, chúng không thực tế công cụ tiệt trùng khác chi phí đắt lo lắng an tồn lao động - Sóng siêu âm: Sóng âm siêu âm có cường độ đủ mạnh phá vỡ giết chết tế bào Kỹ thuật thường sử dụng để phá vỡ tế bào nhằm tách chiết thành phần nội bào (protein, enzyme ) để tiệt trùng - Lọc: Là kỹ thuật sử dụng hiệu việc loại bỏ vi sinh vật khơng khí loại khí khác Trong trường hợp dung dịch lỏng, dùng cho sản phẩm loại môi trường không bền nhiệt, dễ dàng bị phá hủy huyết người động vật, loại enzyme Cụ thể môi trường khác nhau, người ta chọn phương pháp khác nhau: Tiệt trùng môi trường rắn Tiệt trùng mơi trường rắn ta sử dụng phương pháp tiệt trùng nhiệt hay lạnh a) tiệt trùng nhiệt dùng (trong chân không, áp suất thường hay áp suất dư), tia hồng ngoại, đun nóng điện, đun nóng dòng điện cao tần siêu cao - tiệt trùng nhiệt dùng hơi: Hơi có áp suất 0,2 MPa cho vào thiết bị để làm tăng nhanh q trình đun nóng mơi trường Môi trường giữ chế độ tiệt trùng cho khởi động chu kì cấu chuyển - tiệt trùng dòng điện cao tần : Khi chuyển s ả n ph â ẩ m vào vùng có trường điện cao tần (tạo nước ngưng giàn phẳng) mơi trường đun nóng đến nhiệt độ tiệt trùng Khi tần số dòng điện 13 40,6 MHz, đạt nhiệt độ giới hạn 140 1800C Thời gian tiệt trùng giảm xuống từ 12 đến 20 lần so với tiệt trùng dùng b) tiệt trùng lạnh xạ ion, tiệt trùng hoá học etylen oxyt, siêu âm, tác động phóng xạ lọc qua màng lọc tiệt trùng… - tiệt trùng xạ ion hoá: tiệt trùng có sử dụng xạ ion hố q trình tiệt trùng cấu tử môi trường dinh dưỡng công nghiệp Gia công cấu tử môi trường dinh dưỡng xạ ion hoá với liều lượng từ 0,5 đến 2,5 triệu rađi cho phép tiệt trùng hồn tồn mơi trường Khi nhiệt độ mơi trường tăng lên vài độ, thời gian gia cơng khoảng vài giây - Khi tiệt trùng etylen oxyt, ta thường sử dụng thiết bị tiệt trùng dạng tủ, tác động tuần hoàn, với hồi lưu etylen oxyt 2.Tiệt trùng môi trường lỏng - Các môi trường lỏng tiệt trùng đường gia công nhiệt (dùng nước), nhiên thiết bị có cấu tạo khác với thiết bị tiệt trùng cho môi trường rắn Q trình tiệt trùng tuần hồn mơi trường lỏng thực thiết bị đặc biệt trực tiếp thiết bị lên men sau nạp liệu Trong công nghiệp để thiết bị môi trường lỏng sử dụng rộng rãi thiết bị tiệt trùng dạng YHC-5, YHC-20 YHC -50 với suất tương ứng 5, 20, 50 m3/h - tiệt trùng dung dịch lỏng thực phương pháp lọc qua màng lọc amiăng - xenluloza dạng MfA- 0,3 để loại trừ vi sinh vật 3.Tiệt trùng mơi trường khơng khí: Tiệt trùng khơng khí tiến hành đun nóng, chiếu tia tử ngoại, siêu âm, phóng điện quần sáng, gia công chất độc, lọc qua vật liệu dạng sợi, dạng hạt xốp Ngoài chia tiệt trùng thành tiệt trùng gián đoạn hay liên tục: - Tiệt trùng gián đoạn: Tiệt trùng tiến hành gián đoạn cách phun nước (steam sparging) trực tiếp, phận đun nóng điện, áp lực tuần hồn khơng đổi làm ngưng tụ nước thông qua cuộn dây đốt Các chu kỳ tiệt trùng xếp theo thứ tự đun nóng, giữ nóng làm lạnh - Tiệt trùng liên tục: Tiệt trùng tiến hành kiểu liên tục hiệu kiểugián đoạn Tiệt trùng liên tục có số ưu điểm sau: + Lập kế hoạch sản xuất đơn giản, cho phép sử dụng tối đa thiết bị giảm thiểu chậm trễ + Cung cấp điều kiện tái sản xuất + Có thể hoạt động nhiệt độ cao (140 0C, chẳng hạn 1210 C tiệt trùng gián đoạn), thời gian tiệt trùng rút ngắn (thời gian giữ từ 1-2 phút) + Cần nước cách thu hồi nhiệt từ môi trường tiệt trùng Kết cần nước làm lạnh + Dễ dàng tự động hóa q trình, nhờ cường độ lao động IV Các yếu tố ảnh hưởng tới trình tiệt trùng trình thực phẩm Hệ vi sinh vật thực phẩm Số lượng tế bào vi sinh vật mẫu ảnh hưởng đến việc chọn giá trị nhiệt độ thời gian xử lí nhiệt Nếu hàm lượng vi sinh vật mẫu nhiều, để đạt mức độ vô trùng công nghiệp theo qui định, chế độ xử lí nhiệt phải nghiêm ngặt với nhiệt độ cao thời gian dài Như việc hạn chế số lượng vi sinh vật ban đầu mẫu trước tiệt trùng cần thiết thông qua việc tuân thủ qui định chặt chẽ qui định sản xuất vệ sinh công nghiệp Hiện nay, nhiều nhà máy sản xuất thực phẩmđã ứng dụng qui phạm thực hànhsản xuất tốt ( Good Manufacturing Practic GMP ) hệ thống qi líu chất lương HACCP ( Hazard Analysis Critical Control Point ) nên khống chế hàm lượng vi sinh vật thực phẩm mức độ thấp trước đưa mẫu vào xử lí tiệt trùng Thành phần lồi vi sinh vật có mặt thực phẩm vấn đề cần lưu ý trình tiệt trùng Đề tiêu diệt vi sinh vật chịu nhiệt Bacillus, Clostridium…nhiệt độ xử lí phải lớn 800C đạt hiệu cao Một số vi khuẩn tồn thực phẩm dạng bào tử Để tiêu diệt chúng , nhiệt độ xử lí phải cao Vi sinh vật Giá trị Vi sinh vật D121 C (phút) Bacillus stearothermophilus 3,0 - 4,0 Bacillus magaterium Bacillus subtilis 0,3 - 0,76 Clostridum thermosaccharolyticum Bacillus cereus 3,8 Clostrisium sporogenes Bacillus coagulans 0,01- 0,07 Clostridium botulinum Giá trị D1210C ( decimal reduction time ) số loài vi sinh vật Giá trị D1210C (phút) 0,04 3–4 0,7 – 1,5 0,1 – 0,3 2.Thành phần hóa học thực phẩm Đối với thực phẩm dạng lỏng, việc lựa chọn nhiệt độ thời gian tiệt trùng phụ thuộc vào giá trị pH sản phẩm Do pH ảnh hưởng đến họct độ enzyme nên pH đóng vai trò kích thích kìm hãm sinh truởng, chí tiêu diệt số vi sinh vật có thực phẩm Những sản phẩm có giá trị pH cao (pH > 4,5) sữa tươi, để đạt mức độ vơ trùng cơng nghiệp,người ta cần xử lí nhiệt đô cao 100 0C.Ngược lại, đố với sản phẩm có pH thấp (pH = 3,7 - 4,5) sữa chua yaourt, kefir, koumiss… pH thấp (pH < 3.7), giảm nhiệt độ thởi gian xử lí nhiệt đảm bảo khoảng thời gian bảo quản định cho sản phẩm Các hợp chất hóa học thực phẩm có hệ số dẫn nhiệt khác nhau.Ví dụ lipit, thành phần quan trọng sản phẩm chế biến từ sữa, có hệ số dẫn nhiệt thấp Do đó, tiến hành tiệt trùng cream, cần tăng giá trị nhiệt độ thời gian xử lí 3.Các tính chất vật lí thực phẩm Quá trình truyền nhiệt phụ thuộc vào trạng thái vật lí (lỏng, rắn…) mẫu khảo sát Đối với thực phẩm dạng lỏng, q trình xử lí nhiệt xuất dòng đối lưu mẫu, từ q trình truyền nhiệt nhanh đạt hiệu cao Sự truyềnh nhiệt thực phẩm dạng rắn chủ yếu dẫn nhiệt Nhiều loại thực phẩm có độ dẫn nhiệt nên thời gian gia nhiệt phải kéo dài Khi đó, thực phẩm đạt giá trị nhiệt độ qui định với mức độ đồng Một số tiêu vật lí khác hàm lượng chất khô, độ nhớt thực phẩm ảnh hưởng nhiều đến hệ số truyền nhiệt hiệu trình tiệt trùng 4.Phương pháp thiết bị tiệt trùng Khi tiến hành tiệt trùng thực phẩm bao bì,các vấn đề hình dạng, kích thước, vật liệu bao bì ảnh hưởng đáng kể tới hệ số truyền nhiệt, từ ảnh hưởng tới thời gian gia nhiệt để tạo đồng nhiệt độ sản phẩm Nhiều loại thiết bị tiệt trùng thiết kế với phận đảo trộn sản phẩm q trình xử lý nhiệt Điều làm xuất dòng đối lưu cải thiện hệ số truyền nhiệt mức độ đồng sản phẩm sau tiệt trùng V Tiệt trùng sữa: Quá trình tiệt trùng thực phẩm thường bao gồm giai đọan: -Gia nhiệt tăng nhiệt độ thực phẩm từ giá trị ban đầu lên đến giá trị nhiệt độ tiệt trùng -Giữ thực phẩm giá trị nhiệt độ cần tiệt trùng khỏang thời gian xác định -Làm nguội thực phẩm giá trị nhiệt độ thích hợp để bao gói hay bảo quản sản phẩm Người ta tiến hành trình tiệt trùng sữa trước hay sau rót sản phẩm vào bao bì Tiệt trùng sữa bao bì: trình tiệt trùng sữa thực theo hai phương pháp gián đoạn hay liên tục a) Phương pháp gián đoạn: sử dụng nồi hấp (autoclave) dạng hình trụ đứng nằm ngang, bên có bàn xoay khơng Bộ phận giúp đảo trộn sữa bao bì, nhờ phân bố nhiệt sản phẩm đồng hiệu tiệt trùng cao Sữa sau đồng hóa gia nhiệt lên đến 80 0C rót vào bao bì Tiếp theo sữa đưa vào thiết bị tiệt trùng Chế độ tiệt trùng thông dụng: nhiệt độ 110-120 0C, thời gian 15-40 phút b) Phương pháp tiệt trùng liên tục: sử dụng thiết bị tiệt trùng thủy lực (hydrostatic steriliser) dạng đứng thiết bị tiệt trùng hydrolock - Thiết bị tiệt trùng thủy lực: Hệ thống băng tải thiết bị đưa sữa từ vùng gia nhiệt, qua vùng tiệt trùng, đến vùng làm nguội khỏi thiết bị Thời gian lưu sản phẩm thiết bị trung bình Vùng tiệt trùng có nhiệt độ khoảng 115-1250C thời gian sữa qua vùng từ 20-30 phút Năng suất hoạt động thiết bị loại nhỏ 2000 sản phẩm/giờ (bao bì dung tích 0,5l), loại lớn 16000 sản phẩm/giờ (bao bì dung tích 1l) Cả hai loại bao bì thủy tinh nhựa sử dụng - Thiết bị tiệt trùng Hydrolock: tương tự trên, sữa đưa vào vùng tiệt trùng, qua vùng làm nguội khỏi thiết bị Thời gian lưu sản phẩm thiết bị khoảng 30-35 phút Vùng tiệt trùng có nhiệt độ 132-140 0C với thời gian lưu sản phẩm 10-12 phút Thiết bị sử dụng cho hai loại bao bì thủy tinh nhựa Năng suất hoạt động thiết bị lên đến 12000 sản phẩm/giờ Các biến đổi quan trọng trình tiệt trùng sữa: Do trình tiệt trùng sữa diễn nhiệt độ cao thời gian dài so với trình trùng, bên cạnh biến đổi có lợi tiêu diệt tế bào sinh dưỡng, bào tử vi sinh vật, vô hoạt enzyme…thì có biến đổi bất lợi xảy a) Biến đổi hóa học : - Một số vitamin bị phân hủy, đặc biệt vitamin B (tổn thất từ 20-50%), B2 C (cả loại vitamin tổn thất lên đến gần 100%) - Ở nhiệt độ cao, hợp chất khử đường lactose tác dụng với hợp chất chứa nhóm –NH2 (acid amin, peptide…) theo phản ứng Maillard hình thành nên hợp chất khử chất màu - Một số protein có sữa (whey protein) bị biến tính phần Tuy nhiên, biến đổi khơng ảnh hưởng xấu đến giá trị dinh dưỡng sữa tiệt trùng Thực tế cho thấy enzyme thể người sử dụng dễ dàng công protein bị biến tính sơ thực phẩm, nhờ khả tiêu hóa protein tốt b) Biến đổi cảm quan: Sau trình tiệt trùng, màu sắc sữa trở nên sậm ta so sánh với sữa tươi Sản phẩm thoảng mùi caramel mùi nấu (cooked flavor) Tiệt trùng sữa bao bì: Phương pháp sử dụng nhiệt độ siêu cao UHT (ultra high temperature) Tiệt trùng UHT: có hai phương pháp gia nhiệt sữa gián tiếp hay trực tiếp Tiệt trùng UHT phương pháp gia nhiệt trực tiếp: đầu tiên, sữa gia nhiệt sơ đến 950C thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng dạng mỏng Tiếp theo phối trộn sữa hơi, người ta sử dụng thiết bị dạng ống nằm ngang với đầu phun thiết bị phối trộn hình trụ đáy Nhiệt độ hỗn hợp sau phối trộn khoảng 140-1500C Thời gian tiệt trùng kéo dài khoảng vài giây Sau hỗn hợp làm ngội tách bớt phần nước thiết bị chân không Rời thiết bị này, nhiệt độ sữa giảm xuống 800C Sữa tiếp tục làm nguội thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng mỏng xuống 200C vào bồn trữ vô trùng máy rót sản phẩm Năng suất hoạt động hệ thống thiết bị tiệt trùng dao động từ 2000 – 3000 lít/giờ Tiệt trùng UHT phương pháp gia nhiệt gián tiếp: Ta sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng mỏng ống lồng Tác nhân gia nhiệt nước nóng Tác nhân làm nguội nước lạnh Trong thực tế sản xuất, dây chuyền tự động, gia nhiệt làm nguội cho q trình: chuẩn hóa, khí, đồng hóa tiệt trùng bố trí xếp theo trật tự định để tiết kiệm chi phí lượng nhiều Năng suất hoạt động hệ thống tiệt trùng UHT phương pháp gia nhiệt gián tiếp từ 1000 đến 30000 lít/giờ Quá trình tiệt trùng UHT sử dụng nhiệt độ cao thời gian ngắn nên hạn chế mức tối thiểu biến đổi xấu ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Cụ thể hàm lượng vitamin B1 tổn thất 3%, hàm lượng Lysine giảm 0,4-0,8% so với ban đầu.Chỉ tiêu cảm quan tương tự sữa trùng Sản phẩm không bị sậm màu thay đổi đáng kể mùi so với sữa tươi Ưu điểm thứ hai không cần sử dụng đến tủ lạnh để tồn trữ sản phẩm thời gian tồn trữ kéo dài từ tháng đến năm nhiệt độ bình thường mà không dùng đến chất bảo quản để bỏ vào sữa nước TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Việt Mẫn, Công Nghệ Sản Xuất Các Sản Phẩm Từ Sữa Và Thức Uống (Tập 1), Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TPHCM – 2004 Nguyễn Hữu Lộc, Công Nghệ Tế Bào http://www.vocw.edu.vn/content/m10186/latest/ http://www.ebook.edu.vn/?page=1.1&view=5577/ http://en.wikipedia.org/wiki/Sterilization_(microbiology)/