Tiệt trùng và ức chế vi sinh vật

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 Mặc dù đa số vi sinh vật có ích cần thiết cho nhân loại, hoạt động vi sinh vật gây nên nhiều tác hại cho người Chẳng hạn việc gây nên bệnh tật cho người, gia súc, gia cầm, việc làm hư hỏng thực phẩm, nguyên vật liệu Vì phải nắm vững phương pháp để tiêu diệt ức chế vi sinh vật có hại, làm giảm bớt thiệt hại chúng gây nên Chủ yếu : (1) - Tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh cản trở lan truyền chúng (2) - Giảm bớt hạn chế vi sinh vật gây ô nhiễm nguồn nước, thực phẩm phá hủy nguyên vật liệu khác 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 Trong thời kỳ dài, từ chưa biết đến tồn vi sinh vật tổ tiên biết khơng biện pháp để tiêu độc diệt khuẩn Người Cổ Ai Cập biết dùng lửa để diệt khuẩn, dùng chất tiêu độc để xử lý vật thối rữa Người Cổ Hy Lạp biết cách xông lưu huỳnh để bảo quản vật liệu kiến trúc Người Hê-Brơ (Hebrews) có luật thiêu hủy tồn quần áo người bị bệnh hủi Hiện nay, việc nắm vững kỹ thuật tiêu diệt vi sinh vật quan trọng, chẳng hạn việc sử dụng kỹ thuật vô khuẩn nghiên cưứ vi sinh vật, việc bảo quản lương thực, thực phẩm, việc phòng chống bệnh truyền nhiễm… A Tiệt trùng ức chế vi sinh vật: I Một số khái niệm: Thanh trùng trình làm chậm phát triển vi sinh vật thực phẩm, không giống tiệt trùng, trùng khơng tiêu diết hồn tồn vi sinh vật gây bệnh Thay vào đó, trùng chủ yếu làm giảm hoạt động yếu tố gây bệnh để chúng gây bệnh (đối với sản phẩm trùng ta phải giữ lạnh tiêu thụ trước thời hạn) Tiệt trùng 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 Diệt khuẩn hay Khử trùng, tiệt trùng (sterilization): từ gốc La Tinh sterilis tuyệt dục, vô sinh Có nghĩa tiêu diệt tất vi sinh vật, bào tử, virus… Để diệt khuẩn dùng chất diệt khuẩn (sterilant) dùng nhân tố vật lý khác Tiêu độc hay Khử độc (disinfection) tiêu diệt, ức chế loại trừ vi sinh vật gây bệnh Mục tiêu chủ yếu tiêu diệt mầm bệnh thực tế làm giảm số lượng chung vi sinh vật Để tiêu độc cần dùng chất tiêu độc (disinfectant) Đó thường hóa chất thường dùng để tiêu độc vật liệu thể người động thực vật Các chất tiêu độc không diệt bào tử số vi sinh vật, khơng thể dùng để diệt khuẩn Tiêu độc vệ sinh (sanitization) có liên quan mật thiết với tiêu độc Trong trình tiêu độc vệ sinh số lượng vi sinh vật giảm xuống tới từ mức an toàn trở xuống sức khỏe công cộng, tức đạt đến tiêu chuẩn vệ sinh Các chất tiêu độc vệ sinh (sanitizer) thường dùng để làm môi trường vật dụng thể người động thực vật Phòng thối (antisepsis) dùng hóa chất để khống chế vi sinh vật sinh trưởng vi sinh vật tổ chức sinh vật (các mô) Gốc Hy Lạp , anti đối kháng, sepsis nhiễm trùng máu Chất phòng thối (antiseptic) nhiều người gọi chất sát trùng chưa xác, dễ nhầm với chất diệt khuẩn (sterilant) Sử dụng chất phòng thối để phòng nhiễm khuẩn, mưng mủ nhờ tiêu diệt hay ức chế vi sinh vật gây bệnh, ngăn ngừa sinh trưởng vi sinh vật mô sinh vật, giảm thiểu tổng số vi sinh vật Độc tính chất phòng thối thấp chất tiêu độc cần tránh việc làm chết nhiều tế bào mô Chất kháng vi sinh vật (antimicrobial agent) chia thành nhiều loại: - Chất diệt khuẩn (germicide): gốc La Tinh cide giết chết, chất tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh (pathogens) Như tiếng Việt có hai chữ chất diệt khuẩn để germicide lẫn sterilant Thực chất chất gần giống nhau, sterilant có phạm vi diệt khuẩn rộng germicide - Các chất diệt nấm (fungicide): chất diệt tảo (algicide), chất diệt virus (viricide) để chất tiêu diệt đối tượng riêng biệt Có hóa chất khơng làm chết vi sinh vật ức chế sinh trưởng chúng Có thể thường gặp chất ức chế vi khuẩn (bacteriostatic), chất ức chế nấm (fungistatic) Tất chất nói thường định nghĩa dựa ảnh hưởng vi sinh vật gây hại Có loại giết chết, có loại ức chế, hầu hết trường hợp làm giảm tổng số vi sinh vật nói chung (khơng riêng vi sinh vật gây bệnh) II Mục đích: Mục đích trình trùng (pasteurization) chủ yếu tiêu diệt hệ vi sinh vật gây bệnh thực phẩm ức chế trình sinh tổng hợp độc tố chúng, tiêu diệt ức chế enzyme nhằm kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm nhiệt độ - 0C Trong sản xuất công nghiệp, trình trùng thường thực nhiệt độ khơng lớn 100 0C, vi sinh vật gây bệnh thường bị tiêu diệt Tuy nhiên, thực phẩm trùng chứa số tế bào bào tử nhóm vi sinh vật ưa nhiệt enzyme bền nhiệt, chúng bị ức chế phần sau trình trùng Mục đích q trình tiệt trùng (sterilisation) tiêu diệt toàn hệ vi sinh vật (bao gồm vi sinh vật gây bệnh không gây bệnh) vô hoạt khơng thuận nghịch enzyme có thực phẩm Sản phẩm qua trình tiệt trùng gọi vơ trùng Nhưng thực tế, mục đích q trình tiệt trùng khơng thể đạt cách tuyệt đối Và nhà sản xuất thực phẩm đưa khái niệm thực phẩm vô trùng công nghiệp (commercially sterile food), sản phẩm chưa đạt mức độ vô trùng tuyệt đối Tuy nhiên, chúng không chứa vi sinh vật gây bệnh, riêng enzyme bị vô hoạt Các vi sinh vật không gây bệnh sống sót thực phẩm với số lượng thấp hoạt tính trao đổi chất chúng bị ức chế mạnh mẽ sau số phương pháp xử lý 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 II Các phương pháp tiêu diệt vi sinh vật: Dưới tác dụng số nhân tố gây chết quần thể vi sinh vật không chết toàn Giống sinh trưởng quần thể , chết quần thể vi sinh vật thường xảy theo phương thức số (exponential) hay phương thức logarit (logarithmic) Có nghĩa quần thể vi sinh vật giảm xuống tương ứng với khoảng cách thời gian Phút Số lượng vi sinh vật theo số Số lượng vi sinh vật bị chết Log10 số lượng vi sinh phút phút vật sống 106 x 105 105 x 104 104 x 103 103 x 102 102 x 10 101 0,9 -1 Bảng 1: Thí nghiệm giết vi sinh vật nhiệt theo lý thuyết Lấy thời gian gây chết trục hồnh ta có đường biểu thị đường thẳng Sau giảm đa số vi sinh vật sống tốc độ chết vi sinh vật giảm Đó tính đề kháng cao vi sinh vật sống sót Để nghiên cứu hiệu lực nhân tố gây chết phải xác định vi sinh vật chết Đó chuyện khó, khó xác định tế bào Sau đưa vi khuẩn vào môi trường nuôi cấy điều kiện sinh trưởng bình thường mà thấy chúng khơng sinh trưởng chứng tỏ chúng chết Với virus không cảm nhiễm vào vật chủ bình thưởng chứng tỏ chết Hình 1: Phương thức chết vi sinh vật (Xử lý 121°C, ví dụ D 121 phút) III Các điều kiện ảnh hưởng đến hiệu nhân tố kháng vi sinh vật: Làm chết ức chế sinh trưởng vi sinh vật khơng đơn giản, nhân tố kháng vi sinh vật (nhân tố làm chết ức chế sinh trưởng vi sinh vật) chịu ảnh hưởng yếu tố sau đây: Số lượng quần thể vi sinh vật: Vì khoảng cách thời gian số lượng vi sinh vật chết theo cấp số nhau, thời gian làm chết lượng lớn vi sinh vật dài so với lượng nhỏ vi sinh vật Có thể tham khảo số liệu bảng hình Cùng nguyên lý nhân tố hóa học kháng vi sinh vật Thành phần quần thể vi sinh vật: vi sinh vật khác có tính mẫn cảm khác với nhân tố gây chết: Vì nhân tố gây chết tình khác nhau, với lồi vi sinh vật khác hiệu tác dụng khác Ví dụ, bào tử vi sinh vật có tính đề kháng cao rõ rệt so với tế bào dinh dưỡng tế bào non Một số lồi vi sinh vật có tính chống chịu cao so với ảnh hưởng bất lợi lồi khác Ví dụ vi khuẩn Mycobacterium tuberculosis gây bệnh lao có tính chống chịu với nhân tố kháng vi sinh vật cao so với vi khuẩn khác Nồng độ cường độ nhân tố kháng vi sinh vật: Thông thường (không phải trường hợp) nồng độ cao nhân tố hóa học hay cường độ cao nhân tố vật lý làm cho tốc độ vi sinh vật chết nhanh Nhưng hiệu suất nhân tố không phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ cường độ Trong phạm vi tương đối nhỏ tăng nhỏ nồng độ cường độ làm tăng hiệu ứng gây chết nhân tố kháng vi sinh vật Vượt qua khoảng xa tiếp tục nâng cao nồng độ cường độ không làm tăng tốc độ gây chết vi sinh vật Có lúc, nồng độ thấp lại có hiệu cao hơn, ví dụ cồn 70% có hiệu diệt khuẩn cao cồn 95%, hoạt tính chúng nâng cao có mặt nước Có tài liệu cho với nồng độ cồn cao phần protein bên tế bào vi khuẩn ngưng tụ lại làm thành vỏ bọc che chở cho vi khuẩn Thời gian tác dụng: Thời gian tác dụng nhân tố kháng vi sinh vật dài số lượng vi sinh vật chết nhiều (hình 1) Để đạt đến mục đích diệt khuẩn thời gian tác dụng phải đủ tỷ lệ sống sót 10-6 thấp Nhiệt độ: Tăng nhiệt làm tăng hiệu hoạt tính hóa chất Thơng thường với nồng độ thấp chất tiêu độc (disinfectant) hay nhân tố diệt khuẩn cần xử lý nhiệt độ cao Mơi trường bên ngồi vi sinh vật: Việc khống chế quần thể vi sinh vật không tách rời mà gắn với nhân tố môi trường, làm tăng hay làm giảm tác động gây chết Ví dụ điều kiện acid, nhiệt độ có hiệu diệt khuẩn cao hơn, đồ uống có tính acid nước quả, nước cà chua dễ diệt khuẩn theo kiểu Pasteur (pasteurise) so với thực phẩm có pH cao sữa chẳng hạn Nhân tố môi trường quan trọng thứ hai số chất hữu bảo vệ vi sinh vật đề kháng với tác dụng nhiệt độ hay chất tiêu độc hóa học Màng sinh học (biofilm) ví dụ rõ Các chất hữu bề mặt màng sinh học bảo vệ vi sinh vật tạo thành màng sinh học, màng sinh học vi sinh vật khó trừ khử Vì trước diệt khuẩn hay tiêu độc số vật phẩm trước hết cần rửa Đối với ống tiêm dụng cụ y khoa hay nha khoa trước diệt khuẩn cần phải rửa để tránh có mặt nhiều chất hữu giúp bảo vệ cho mầm bệnh làm tăng nguy nhiễm khuẩn Khi chế tạo nước uống cần ý nguồn nước thành phố chứa nhiều chất hữu cần dùng nhiều chlorine đủ sức tiêu độc IV Sử dụng phương pháp vật lý để khống chế vi sinh vật: Tăng nhiệt việc dùng phương pháp vật lý khác thường dùng để diệt khuẩn Các phòng thí nghiệm vi sinh vật dùng nồi hấp áp suất cao (autoclave) để diệt khuẩn Tăng nhiệt, qua lọc, chiếu tia tử ngoại, dùng xạ điện ly phương pháp vật lý thường sử dụng Tăng nhiệt: Người Cổ Hy Lạp biết dùng lửa hay đun nước sôi để diệt khuẩn hay tiêu độc Tăng nhiệt đến phương pháp thường dùng để diệt khuẩn Chủ yếu có phương pháp dùng sức nóng ẩm sức nóng khơ Sức nóng ẩm dễ dàng gây chết virus, vi khuẩn nấm (bảng 15.2) Trong nước sơi sau 10 phút làm chết tế bào dinh dưỡng bào tử vi sinh vật có nhân thực Nhưng nhiệt độ sơi (100°C) không đủ sức làm chết nội bào tử vi khuẩn Bào tử vi khuẩn tồn vài nước sơi Do cách đun sơi dùng để đun nước uống để tiêu độc vật phẩm không bị phá hủy nước sôi, dùng để diệt khuẩn Vi sinh vật Tế bào dinh dưỡng Bào tử Nấm men mins, 50-60°C mins, 70-80°C Nấm sợi 30 mins, 62°C 30 mins, 80°C Vi khuẩn 10 mins, 60-70°C - 800 mins, 100°C; 0,5-12 mins, 121°C Virus 30 mins, 60°C Bảng 2: Điều kiện ước chừng để diệt khuẩn sức nóng ẩm Vì tăng nhiệt biện pháp quan trọng để khống chế vi sinh vật cần có tiêu chuẩn xác hiệu suất diệt khuẩn sức nóng (heat - killing efficiency) Trước dùng điểm gây chết nhiệt (thermal death point, TDP) Đó nhiệt độ thấp đủ để diệt hết vi sinh vật dịch huyền phù (suspention) sau 10 phút Nhưng vi sinh vật chết theo phương thức logarithm, lý thuyết khơng tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật mẫu vật, tức phải kéo dài thời gian tăng nhiệt Vì có phương thức biểu thị xác tiếp nhận rộng rãi, thời gian giảm thiểu thập phân (decimal reduction time, D) gọi trị số D (D value) Trị số D thời gian cần thiết để diệt hết 90% vi sinh vật bào tử mẫu vật nhiệt độ định Trên đồ thị bán logarithm (semilogarithmic plot) thấy rõ số lượng vi sinh vật biến đổi theo thời gian tăng nhiệt (hình 2) Trị số D thời gian cần thiết để số lượng vi sinh vật giảm 10 lần Trị số D liên quan đến tính đề kháng vi sinh vật nhiệt độ khác Từ trị số D mà tính trị số Z (Z value) Trị số Z nhiệt độ tăng lên đủ để làm giảm 1/10 trị số D Một cách biểu thị khác trị số F (F value) thời gian cần thiết (tính phút) đủ để diệt hết quần thể tế bào bào tử nhiệt độ định (thường 121°C) Hình 2: Tính tốn trị số Z Căn vào trị số D nhiệt độ khác để tính trị số Z Trị số Z dùng để tính toán mối quan hệ nhiệt độ thời gian sống sót vi sinh vật Trị số Z số nhiệt độ tăng đủ để làm giảm 10% trị số D Trong đồ thị trị số Z 10,50C Trị số D biểu thị thang logarithm Trị số D trị số Z ứng dụng rộng rãi công nghiệp chế biến thực phẩm Khi sản xuất đồ hộp cần xử lý nhiệt sau đưa thực phẩm vào hộp hàn hộp lại Cần xử lý nhiệt để đủ mức diệt vi khuẩn gây ngộ độc thịt Clostridium botulinum Vi khuẩn gây độc tố botulism nguy hiểm Xử lý nhiệt độ đủ dài để làm cho số lượng bào tử vi khuẩn có từ 10 12 giảm xuống bào tử (10°) Trị số D bào tử vi khuẩn 121°C 0,204 min., để tiêu diệt 1012 bào tử xuống bào tử cần 12D hay 2,5 phút Trị số Z Clostridium botulinum 10°C - tức tăng 10°C giảm 10 lần trị số D Nếu diệt khuẩn 111°C trị số D phải tăng 10 lần, tức 2,04 phút trị số 12D tăng lên đến 24,5 phút Bảng nêu lên trị số D trị số Z số vi khuẩn thường gặp thực phẩm Vi sinh vật Cơ chất D(°C), phút Z (°C) Clostridium botulinum Đệm phosphat D121 = 0,204 10 Cl.perfringens (chủng kháng nhiệt) Môi trường nuôi cấy D90 = 3-5 6-8 Salmonella Sản phẩm gà D60 = 0,39 - 0,40 4,9 - 5,1 Staphylococcus aureus Sản phẩm gà Sản phẩm gà tây Dung dịch NaCl 0,5% D60 = 5,17 - 5,37 D60 = 15,4 D60 = 2,0 - 2,5 5,2 - 5,8 6,8 5,6 Bảng 3: Trị số D trị số Z số vi khuẩn gây bệnh gặp thực phẩm Có số liệu tụ cầu vàng (S.aureus), cho thấy tốc độ làm chết vi khuẩn thay đổi phụ thuộc vào môi trường hiệu bảo vệ chất hữu Với sức nóng ẩm phải cần nhiệt độ cao 100°C diệt nội bào tử (endospores) vi khuẩn, cần có áp suất cao điều kiện bão hòa hới nước Thiết bị diệt khuẩn thường dùng gọi autoclave (hình 3) Hình 3: Hai loại autoclave nhỏ lớn Về autoclave tương tự nồi hầm chịu áp lực thường dùng gia đình Tùy u cầu mà có dùng lửa, có dùng điện, có dùng nước chuyển vào, có nhỏ, có vừa, có lớn lớn Autoclave nhà khoa học Chamberland phát minh vào năm 1884 phát minh thúc đẩy phát triển vi sinh vật học Autoclave phải có van để đẩy hết khơng khí nồi có nước bão hòa Có thể đóng van từ đầu đợi áp lực nâng lên mở van để loại hết khơng khí Cũng mở van từ đầu, thấy nước bay nhiều đóng van lại Thường diệt khuẩn 121°C (áp suất 15 pounds) 15 phút Có thể diệt hết tế bào vi sinh vật bào tử Diệt khuẩn sức nóng ẩm thơng qua việc phá hủy acid nucleic, làm biến tính enzyme protein khác, đồng thời phá vỡ màng tế bào mà làm chết vi sinh vật Diệt khuẩn sức nóng ẩm phải tiến hành triệt để có hiệu Khi chưa loại bỏ hết khơng khí áp suất 15 pounds nhiệt độ đạt đến 121°C Các vật cần xử lý không nên xếp chật cản trở việc tiếp xúc với nước nóng Lúc diệt khuẩn bình tích lớn phải giữ thời gian dài hơn, để làm cho toàn dịch thể phải đạt tới 121°C Chẳng hạn diệt khuẩn bình lít phải xử lý 70 phút Để khắc phục nhân tố nói người ta thường xếp kèm với sinh vật thị diệt khuẩn vật phẩm Khi dùng ống (ampule) chứa mơi trường dinh dưỡng vơ khuẩn có thêm mảnh giấy có tẩm bào tử vi khuẩn Bacillus stearothermophilus hay Clostridium sp PA3679 Diệt khuẩn xong phá vỡ ống điều kiện vô khuẩn nuôi cấy vài ngày Nếu sinh vật thi khơng sinh trưởng việc diệt khuẩn thành công Người ta thường xử lý nhiệt độ sôi sữa nhiều chất khác Phương pháp gọi phương pháp khử trùng Pasteur (Pasteurization) để kỷ niệm phát minh ông Vào thập kỷ 60 kỷ 19 rượu vang bị nhiễm khuẩn, gây khó khăn cho việc bảo quản vận chuyển, gây khó khăn cho việc sản xuất rượu vang Pháp Pasteur dùng kính hiển vi quan sát thấy rượu bị ô nhiễm có mặt vi khuẩn lên men lactic acetic Ông thấy xử lý nhiệt độ 55 - 60°C làm chết vi sinh vật bảo quản tương đối lâu dài rượu vang Năm 1886 hai nhà hóa học Đức V.H Soxhlet F.Soxhlet sử dụng kỹ thuật để bảo quản sữa làm giảm việc sữa lây truyền mầm bệnh Năm 1889 phương pháp tiêu độc Pasteur với sữa nhập vào Hoa Kỳ người ta dùng phương pháp để xử lý sữa, bia, nhiều loại đồ uống khác Phương pháp tiêu độc Pasteur không đạt tới mục đích diệt khuẩn đủ làm chết vi khuẩn gây bệnh, giảm mạnh vi khuẩn không gây bệnh làm hư hỏng thực phẩm làm chậm rõ rệt tốc độ biến chất thực phẩm Có thể có hai phương pháp khử trùng sữa Phương pháp tương đối cổ xử lý 63 °C 30 phút Còn phương pháp thường sử dụng phương pháp khử trùng ngắn (flash Pasteurization), gọi phương pháp khử trùng ngắn nhiệt độ cao (high-temperature short-term, HTST), tức xử lý 72°C 15 giây, sau nhanh chóng làm lạnh Trong cơng nghiệp thực phẩm có lúc dùng phương pháp khử trùng siêu nhiệt (ultrrahigh temperature, UHT), tức xử lý sữa sản phẩm sữa nhiệt độ 140 - 150°C - giây Sữa xử lý siêu nhiệt không cần bảo quản lạnh, bảo quản hai tháng an tồn nhiệt độ phòng Các gói cà phê kem (coffee creamer) cung cấp khách sạn thường diệt khuẩn theo phương pháp Nhiều vật phẩm diệt khuẩn sức nóng khơ (dry heat sterilization) Đưa vật phẩm vào tủ sấy giữ nhiệt độ 160 - 170°C - Vi sinh vật bị chết bị oxy hóa thành phần tế bào, làm biến tính protein Mặc dầu diệt khuẩn sức nóng khơ khơng có hiệu cao sức nóng ẩm Bào tử vi khuẩn Clostridium botulinum bị chết 121°C sau phút dùng sức nóng ẩm bị chết 160°C sau Diệt khuẩn sức nóng khơ có ưu riêng khơng làm ăn mòn vật liệu thủy tinh kim loại sức nóng ẩm, dùng để xử lý dạng bột, dầu chất tương tự Hầu hết phòng thí nghiệm xửn lý hộp Petri pipét sức nóng khơ Khơng thích hợp sử dụng phương pháp để xử lý vật phẩm chất dẻo cao su Hình 4: Tủ sấy nhiệt độ khơ Hình 7: Cấu trúc số chất tiêu độc chất phòng thối thơng dụng Loại Phenol: Phenol chất phòng thối tiêu độc sử dụng rộng rãi Năm 1867 Joseph Lister dùng Phenol để làm giảm nguy hiểm việc nhiễm vi sinh vật trtình phẫu thuật Hiện Phenol dẫn xuất loại Cresol, loại Xylenol Orthophenylphenol dùng để làm chất tiêu độc phòng thí nghiệm bệnh viện Chất tiêu độc thương mại Lysol hợp chất loại Phenol Các chất loại Phenol làm biến tính protein phá hủy màng tế bào Chúng có ưu điểm diệt vi khuẩn lao có mặt chất hữu cơ, sau sử dụng trì tác dụng lâu bề mặt vật thể chúng có mùi khó chịu làm kích thích da Hexachlorophene chất phòng thối thường dùng làm giảm số lượng vi khuẩn da trì lâu, lại làm tổn thương não dùng bệnh viện có bộc phát Tụ cầu khuẩn Staphylococcus Cồn: Cồn loại thuốc tiêu độc thuốc phòng thối thường dùng Cồn làm chết vi khuẩn nấm không làm chết bào tử Một số virus chứa lipid bị cồn làm chết Ethanol Isopopanol hai loại cồn thường dùng để diệt khuẩn, nồng độ thường dùng 7080%, nồng độ làm biến tính protein, làm hòa tan màng lipid Để diệt khuẩn nhiệt kế dụng cụ nhỏ cần xử lý cồn 10 - 15 phút Các Halogens: Halogen ngun tố thc nhóm VIIA bảng tuần hoàn (Fluorin - F, Chlorine Cl, Bromine - Br, Iodine - I Astatine - As) Ở trạng thái tự phân tử tồn dạng nguyên tử liên kết với Cúng tạo thành muối với sodium (Na) hay kim loại khác Iodine Chlorine hai loại kháng vi sinh vật quan trọng I thường dùng làm thuốc phòng thối (antiseptic) ngồi da Nó làm chết vi sinh vật oxy hóa thành phần tế bào, Iod hóa (iodinating) protein Với nồng độ cao làm chết bào tử, nói chung sử dụng tinture d’iode (tinture of iodine) - tức IK với nồng độ % hay cao iodine dung dịch nước - ethanol Mặc dầu Iodine chất phòng thối có hiệu làm tổn thương da, làm biến màu da, gây dị ứng (allergie) Gần người ta sử dụng Iodophore - hợp chất Iodine với chất hữu Iodophore tan nước, không làm bẩn màu da, giải phóng dần Iodine nên giảm tổn hại giảm kích thích da Loại tiêu độc da dùng phòng thí nghiệm phổ biến loại có nhãn hiệu Wescodyne, loại tiêu độc vết thương thường dùng loại có nhẫn hiệu Betadine Iodine thường dùng để tiêu độc nước tiêu dùng thành thị bể bơi Cũng dùng trông công nghiệp sữa, cơng nghiệp thực phẩm Có thể dùng khí Chlorine, Sodium Hypochlorite Calcium Hypochlorite Khi sử dụng chúng biến thành HClO giải phóng nguyên tử Oxy: Sẽ xảy oxy hóa tế bào dinh dưỡng vi khuẩn, nấm khơng có tác dụng với bào tử: Cl2 + H2O→ HCl + HClO Ca(OCl)2 + 2H2O → Ca (OH)2 + HClO HClO → HCl + O Dưới tác dụng chúng tất vi sinh vật bị giết chết vòng 30 phút Vì phản ứng chất hữu với tác động Chlorine dẫn xuất Chlorine can thiệp vào tác dụng diệt khuẩn Chlorine người ta thường sử dụng lượng Chlorine để bảo đảm hiệu diệt khuẩn Có khả Chlorine phản ứng với chất hữu hình thành nên hợp chất gây ung thư Trihalomethanes, nước uống cần phải kiểm tra tồn chất Tại Châu Âu Canada người ta sử dụng thành công Ozone để thay cho việc Chlorine hóa (Chlorination) Chlorine chất tiêu độc tốt, không đắt, lại dễ dàng sử dụng nên hay sử dụng Với lượng nước uống nhỏ tiêu độc viên Halozone Halozone (acid Parasulfone dichloramidobenzoic) sau đưa vào nước từ từ giải phóng Chloride, sau khoảng nửa đạt tới mục đích tiêu độc Chất thường sử dụng trường hợp thiếu nước để uống Dung dịch Chlorine chất tiêu độc có hiệu gia đình phòng thí nghiệm Có thể dùng nồng độ pha lỗng 100 lần dịch tẩy trắng gia dụng (household bleach) phối hợp với chất tẩy khơng ion hóa (non ionic detergent) cho nồng độ chất tẩy vào khoảng 0,8% Hỗn hợp vừa làm vừa loại bỏ vi khuẩn Các kim loại nặng: Trong nhiều năm ion kim loại nặng Hg, Ag, As, Zn Cu thường dùng để làm chất diệt khuẩn (germicides) Nhiềug kim loại nặng có tác dụng ức chế vi sinh vật (bacteriostatic) diệt khuẩn Hiện chất thay chất khác có độc tính thấp có hiệu có thường hợp ngoại lệ, ví dụ dung dịch AgNO 1% thường dùng làm thuốc nhỏ mắt để phòng bệnh lậu mắt (trong nhiều bệnh viện người ta dùng Erythromycin để thay Nitrat Bạc chất kháng sinh có hiệu chống Chlamydia lẫn Neisseria) Bạc Sulfadiazine thường dùng điều trị bỏng, CuSO thường dùng để diệt tảo có hiệu ao hồ bể bơi Kim loại nặng kết hợp với protein , làm bất hoạt protein làm kết tủa protein tế bào Các muối Ammon bậc (Quaternary Ammonium Compounds): Các chất tẩy (detergents - từ gốc La Tinh detergere có nghĩa loại trừ) phân tử hữu dùng làm chất giữ âm (wetting agents) nhũ hóa (emulsifiers) chúng vừa có cực thân nước (polar hydrophilic) vừa có gốc phi cực kỵ nước (nonpolar hydrophobic ends) Chúng làm tan chất khó hòa tan phương pháp khác, dùng làm chất tẩy rửa, giặt giũ có hiệu quả, chế khác với chất béo có xà phòng Mặc dầu chất tẩy dạng ion có chức kháng vi sinh vật định có chất tẩy rửa cationic (ion dương) có tác dụng tiêu độc Thường dùng muối ammon bậc bốn, chúng làm phá vỡ màng tế bào, làm biến tính protein Các chất tẩy cationic Benzalkonium Chloride Cetylpyridinium Chloride giết chết phần lớn vi khuẩn không giết vi khuẩn lao Mycobacterium tuberculosis nội bào tử Chúng có ưu điểm ổn định, khơng độc khơng gây kích thích lại bị tác dụng nước cứng (hard water) nước xà phòng Các chất tẩy cationic thường dùng để làm chất tiêu độc bát đĩa, thiết bị nhỏ để xử lý ngồi da Zephiran có chứa Benzalkonium Chloride Ceepryn có chứa Cetylpyridinium, Chloride mặt hàng thường gặp thị trường Các Aldehyde: Hai loại aldehyde thường sử dụng Formaldehyde Glutaraldehyde Chúng có phản ứng mạnh, kết hợp với acid nucleic protein làm bất hoạt chúng, làm bất hoạt thơng qua việc liên kết chéo (crosslinking) alkyl hóa (alkylating) Chúng làm chết bào tử, dùng làm chất diệt khuẩn hóa học Formaldehyde thường dùng dạng hòa tan nước hay cồn Dung dịch đệm 2% glutaraldehyde loại chất tiêu độc có hiệu thường dùng để tiêu độc phòng thí nghiệm bệnh viện Glutaraldehyd 10 phút đủ để tiêu độc để giết chết bào tử cần tới 12 Các khí diệt khuẩn: Có nhiều vật phẩm không chịu nhiệt độ cao đĩa Petri chất dẻo, ống tiêm nhựa, phận máy tim - phổi nhân tạo, ống dẫn, ống nói cần diệt khuẩn khío ethylene oxide (EtO) EtO kết hợp với protein, làm chết vi sinh vật lẫn bào tử EtO nhanh chóng xun qua bao bì chất dẻo nên loại chất tiêu độc đặc biệt hiệu Tiêu độc EtO giống với tiêu độc nồi cao áp Cần khống chế nồng độc EtO, nhiệt độ độ ẩm Với EtO khiết thường dùng nồng độ 10 - 20% phối hợp với CO hay dichlorodifluorromethane Với vật dụng cần xử lý 38°C - giờ, 54°C cần xử lý - Nồng độ EtO là 700mg/lít Vì EtO có độc tính lớn sau tiêu độc cần thổi khí mạnh để loại trừ hết EtO Betapropiolactone (BPL) loại khí dùng để tiêu độc Trong trạng thái lỏng BBL dùng để tiêu độc văcxin huyết BBL bị phá hủy thàn dạng vơ hoạt tính sau vài khơng khó loại trừ EtO Năng lực diệt khuẩn cao EtO khả xuyên thấu qua vật liệu lại so với EtO Hơn chất gây ung thư không ứng dụng rộng rãi EtO Gần hydrogen peroxide dạng bay dùng để tiêu độc phòng thao tác an toàn sinh học VI Đánh giá hiệu lực tác nhân kháng vi sinh vật: Tại Hoa Kỳ việc đánh giá tác nhân kháng vi sinh vật thực hai quan khác nhau: Cơ quan quản lý chất tiêu độc bảo vệ môi trường Cơ quan quản lý thực phẩm dược phẩm Cần đánh giá tác nhân có hiệu kháng vi sinh vật hay khơng, có hiệu lực từ nồng độ nào, sau tiến hành ứng dụng thực tiễn Phổ biến Thí nghiệm Hệ số Phenol (Phenol coefficient test), tức so sánh hiệu lực số chất tiêu độc với Phenol Đầu tiên pha loãng với mức độ khác nhau, sau cấy vào độ pha lỗng vi khuẩn thương hàn Salmonella typhi tụ cầu vàng Staphylococcus aureus, để 20°C hay 37°C Sau phút lại cấy sang môi trường nuôi cấy tiếp ngày hay lâu Độ pha loãng cao 10 phút diệt hết vi khuẩn dùng để tính tốn Hệ số Phenol Lấy bội số pha lỗng chất thử nghiệm chia cho bội sơ pha lỗng phenol đạt hiệu thu Hệ số phenol Ví dụ bội số pha lỗng Phenol 90 mà bội số pha loãng chất tiêu độc thử nghiệm 450 Hệ số Phenol Hệ số Phenol cao biểu thị chất thử nghiêm có nang lực tiêu độc điều kiện thí nghiệm cao Hệ số Phenol cao biểu thị lực tiêu độc cao Phenol (bảng 5) Chất tiêu độc Với S.typhi* Với S.aureus* Phenol 1 Cetylpyridinium chloride 228 337 O-phenylphenol 5,6 (20°C) 4,0 p-cresol 2,0 - 2,3 2,3 Hexachlorophene - 15 15 - 40 Merthiolate 600 62,5 Mercurochrome 2,7 5,3 Lysol 1,9 3,5 Isopropyl alcohol 0,6 0,5 Etanol 0,04 0,04 Dung dich 2%I2 cồn 4,1 - 5,2 4,1 - 5,2 Những chỗ khơng thích xử lý 37°C Bảng 5: Hệ số phenol số chất tiêu độc Hệ số Phenol có ích để sơ lựa chọn chất tiêu độc, q trình ứng dụng thực tế khơng thể dùng để biểu thị hiệu lực cao thấp chất tiêu độc Bởi hệ số Phenol số liệu thu điều kiện thí nghiệm định, với vi sinh vật chủng, thực tế với quần thể vi sinh vật phức tạp, có tồn chất hữu cơ, chất vơ cơ, với pH, nhiệt độ khác , hiệu lực chất tiêu độc chịu ảnh hưởng nhiều vào nhân tố môi trường sử dụng Muốn đánh giá thực tế hiệu lực chất tiêu độc tiến hành phương pháp thử nghiệm khác Trên thực tế so sánh chất hóa học khác để kiểm tra tốc độ diệt khuẩn Có thể dùng Thử nghiệm pha loãng thực dụng (use dilution test) để tiến hành xác định Tìm nồng độ chất tiêu độc diệt 95% vi sinh vật theo mức độ tin cậy Còn dùng phương pháp Thí nghiệm thực dụng (in - use test) điều kiện thực tế cụ thể để xác định nồng độ bắt đầu có tác dụng chất tiêu độc B Ứng dụng: 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 Một số chế độ xử lí nhiệt thơng dụng cơng nghiệp chế biến sữa: Số thứ tự Tên chế độ xử lí nhiệt Nhiệt độ xử lí (0C) Thời gian xử lí Đối tượng nguyên liệu Xử lí nhiệt sơ 63 - 65 15 giây Sữa tươi vừa thu mua vận chuyển nhà máy Thanh trùng nhiệt độ thấp, thời gian dài 63 30 phút Sữa nguyên liệu qui trình sản xuất sữa trùng Thanh trùng nhiệt độ cao, thời gian ngắn 72 - 75 15-20 giây Sữa nguyên liệu qui trình sản xuất sữa trùng > 80 - giây Cream sữa nguyên liệu qui trình sản xuất sản phẩm lên men Thanh trùng nhiệt độ siêu cao 125 - 138 - giây Sữa nguyên liệu qui trình sản xuất sữa trùng Tiệt trùng UHT 135 - 140 Vài giây Sữa nguyên liệu qui trình sản xuất sữa tiệt trùng Tiệt trùng sữa chai thủy tinh plastic 115 - 120 20 - 30 phút Sữa nguyên liệu qui trình sản xuất sữa tiệt trùng Nhìn chung, phương pháp trùng hay tiệt trùng sữa chia thành hai nhóm: Thanh trùng tiệt trùng sản phẩm bao bì: phương pháp này, thực phẩm rót vào bao bì đóng nắp Đối với nhóm sản phẩm chế biến từ sữa, người ta thường sử dụng bao bì thủy tinh bao bì nhựa Thanh trùng tiệt trùng sản phẩm ngồi bao bì: Phương pháp áp dụng cho thực phẩm dạng lỏng Khi đó, thực phẩm bơn vào thiết bị xử lí nhiệt qua vùng đun nóng, giữ nhiệt làm nguội Tiếp theo, thực phẩm đưa vào thiết bị trung gian bơm vào thiết bị rót sản phẩm Tòan bao bì thiết bị dây chuyền rót, đóng nắp phải vơ trùng để tránh tượng tái nhiễm vi sinh vật từ môi trường vào sản phẩm Trong nhóm này, bao bì giấy thông dụng I Công nghệ sản xuất sữa trùng: Giới thiệu chung: Sữa trùng (pasteurized milk) sản phẩm chế biến từ sữa tươi có qui trình cơng nghệ đơn giản.Sản phẩm chứa hộp giấy, chai thủy tinh chai nhựa kín Sản phẩm phải bảo quản nhiệt độ thấp (5 - 0C) Trong điều kiện khơng mở bao bì, sữa trùng bảo quản khoảng thời gian tối đa từ – 10 ngày Để phân loại sữa trùng, người ta thường dựa vào hàm lượng chất béo sản phẩm: - Sữa nguyên (whole milk): sản phẩm chế biến từ sữa tươi, không hiệu chỉnh hàm lượng chất béo Thông thường, lượng lipid sữa dao động khoảng 3,0 - 3,7% Hiện để ổn định chất lượng sản phẩm, nhà sản xuất thường thực q trình chuẩn hóa (standardization) – hiệu chỉnh hàm lượng chất béo – cho sản phẩm sữa trùng Tùy theo quy định quốc gia mà sở sản xuất chọn giá trị thích hợp để chuẩn hóa Ví dụ Pháp, hàm lượng chất béo sữa trùng không nhỏ 3,5% - Sữa gầy (skimmilk): sản phẩm chế biến từ sữa tươi tách bớt phần chất béo Hàm lượng lipid sữa gầy thường dao động quanh giá trị 1,5% Tuy nhiên, số sản phẩm thương mại có hàm lượng chất béo 0,5%, chí 0,1% Ngồi sữa tươi, người ta sản xuất sữa trùng từ sữa hòan nguyên (reconstituted milk) sữa tái chế (recombined milk) Nhằm mục đích đa dạng hóa sản phẩm, đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng, nhà sản xuất đưa thị trường sản phẩm sữa trùng có bổ sung thêm hương trái (hương dâu, cam, thơm…), hương vanile… Từ đó, ta gọi tên sản phẩm theo tên hương liệu bổ sung sữa dâu trùng, sữa cam trùng… Quy trình cơng nghệ: Tùy thuộc vào chất lượng sữa, nguyên liệu yêu cầu hàm lượng chất béo sản phẩm mà quy trình sản xuất sữa thay đổi Sau ví dụ sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất sữa trùng: Sữa nguyên liệu Chuẩn hóa Bài khí Đồng hóa Thanh trùng Bao bì vơ trùng Rót sản phẩm Bảo quản lạnh Sữa trùng Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất sữa trùng 2.1 Chuẩn hóa: Mục đích q trình chuẩn hóa hiệu chỉnh hàm lượng chất béo sữa Nếu sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo thấp, ta bổ sung thêm cream vào Lượng chất béo cream tối thiểu không thấp 12% thường dao động từ 35 - 40% Phương pháp tính tỉ lệ phối trộn sau: Gọi M1 (kg) khối lượng cream với hàm lượng chất béo A%, M (kg) khối lượng sữa với hàm lượng chất béo B% Để thu M (kg) sữa với hàm lượng chất béo C% (B