XUẤT THỰC PHẨM.
1.3.1. Những nghiên cứu, ứng dụng tia cực tím ở nước ngoài.
Trong những năm 1970-1980, Golopkin đã xác định được cơ chế tác động của tia cực tím đối với tế bào vi sinh vật. Ông đã chỉ ra rằng, dưới tác động của năng lượng tia cực tím, trong tế bào sẽ xảy ra những phản ứng quang hoá. Những phản ứng quang hoá này sinh ra một số hợp chất mồi trong tế bào vi sinh vật. Các hợp chất này có phản ứng hoá học với một số thành phần hoá học của tế bào vi sinh vật làm cho vi sinh vật chết [58]. Đối với các tế bào của thực phẩm, tia cực tím cũng có những tác động làm biến đổi một số thành phần và
cấu trúc, dẫn đến sự thay đổi những tính chất về chất lượng của sản phẩm. Những tác động của tia cực tím đối với thực phẩm nguồn gốc thực vật có những điểm khác với thực phẩm nguồn gốc động vật. Đó là do sự khác nhau về thành phần, tính chất và đặc biệt là sự hoạt động sống của chúng.
Ứng dụng tia cực tím trong chế biến, bảo quản rau, quả. Đã có nhiều công trình nghiên cứu về dùng tia cực tím để bảo quản rau, quả. Năm 1991, Erkan và các cộng sự cho thấy xử lý bằng tia UV-C làm chậm quá trình hư hỏng của bí zucchini nhờ kích thích quá trình hình thành lớp lignin ở vỏ quả [63]. Người ta cũng đã dùng tia UV-C để xử lý cà rốt trước khi bảo quản [50], [56] và xử lý dịch củ cà rốt [59] để tăng khả năng kháng nấm và vi khuẩn.
Năm 1993, nghiên cứu của Stevens và các cộng sự cho thấy quá trình chín của cà chua được xử lý bằng tia cực tím với mức năng lượng 1,340 kJ/m2 bị chậm lại so với nhóm đối chứng không qua xử lý bằng tia cực tím.[40]
Theo các nghiên cứu của Wilson (1994), và Steven cùng các cộng sự (1996), rau, quả được xử lý bằng tia UV-C có khả năng kháng bệnh tốt hơn trường hợp không xử lý bằng tia cực tím [37]. Đặc biệt, theo Frietzenheimer và Kindl, khả năng bảo quản của rau, quả tăng đáng kể khi dùng tia UV-C bước sóng 254 nm và điều này liên quan đến quá trình sinh tổng hợp một số các hợp chất (chủ yếu là phenol) độc đối với vi sinh vật gây bệnh cho rau quả. Quá trình sinh tổng hợp này được thực hiện nhờ làm tăng hoạt độ của các enzym sinh tổng hợp như phenylalanin- ammonia-lyaza [60].
Năm 1998 Crisosto và các cộng sự đã phát hiện ra rằng, chiếu tia cực tím bước sóng 248 nm, liều lượng 1 J/m2 sẽ làm tăng sự hao hụt trọng lượng, tăng tốc độ hình thành cacbon dioxit và ethylen trong đào. Trong khi đó, các nghiên cứu của Stevens năm 1996 cho thấy khi tăng liều lượng của tia cực tím với bước sóng 254nm sẽ làm giảm đáng kể sự hao hụt trọng lượng và quá trình mềm hoá đào[40]. Từ đây có thể đưa ra nhận xét: sự biến đổi sinh hoá của quả
đào khi được chiếu tia cực tím phụ thuộc vào bước sóng và mức năng lượng của tia cực tím. Với bước sóng ngắn, dù liều lượng ít cũng làm tăng đáng kể hoạt động sinh hoá của quả đào, còn nếu xử lý bằng tia cực tím với bước sóng dài hơn và liều lượng lớn hơn thì sẽ có tác dụng hạn chế các biến đổi sinh hoá của quả đào.
Năm 1999 Higashio và các cộng sự đã cho thấy, khi xử lý một vài loại rau xanh bằng tia UV-C 310 nm trong 5 phút, hàm lượng các chất chống oxy hoá như -tocopherol, -caroten và axit ascorbic trong chúng cũng tăng.[40]
Năm 2001 González-Aguilar G.A. và các công sự đã xử lý xoài Tommy Atkins bằng tia UV-C 250-280 nm trước khi bảo quản lạnh ở 5oC hoặc 20oC. Kết quả cho thấy, có thể ngăn cản quá trình thối rữa của xoài mà không gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng xoài chín.[40]
Palou E.(Mexico) và các cộng sự cũng nghiên cứu xử lý nước ép cà rốt bằng tia UV-C. Tổng vi khuẩn giảm 5 chu kỳ log sau 30 phút xử lý tia cực tím ở lưu lượng nước ép 16 ml/s hoặc sau 12 phút xử lý tia cực tím ở lưu lượng nước ép 6ml/s. Cả hai trường hợp xử lý trên đều giảm được tổng số vi khuẩn xuống còn nhỏ hơn 10 cfu/ml. Tuy nhiên, nấm mốc và nấm men chỉ giảm 11,5 chu kỳ log ở cùng các điều kiện xử lý trên, tức là lượng nấm mốc, nấm men còn lại khoảng 102 cfu/ml.[34]
Lamikanra (Mỹ) đã nghiên cứu về quá trình tổng hợp phytoalexin trong dưa đỏ được cắt lát dưới tác động của tia cực tím. Khi xử lý các lát dưa bằng tia cực tím, nồng độ các este béo trong quả giảm xuống, hàm lượng các phytoalexin terpenoid, cis- và trans-b-ionon, terpinyl acetat, geranylaxeton, b- cyclocitral và dihydroactinidiolit tăng lên. Nhờ đó độ tươi của dưa đỏ cắt lát được duy trì tốt hơn.[34]
Ngoài ra, người ta còn sử dụng tia cực tím trong phân loại theo màu sắc một số loại hạt, như cà phê. Nguyên lý phân loại là tia cực tím làm cho các vi
khuẩn nhiễm trên hạt phát sáng, nhờ đó loại được các hạt không đạt yêu cầu[38].
Như vậy, các nghiên cứu về tác dụng của tia cực tím đối với các sản phẩm thực vật khá đa dạng, phong phú. Ngoài tác dụng tiêu diệt vi sinh vật, tia cực tím còn tạo ra điều kiện để thực hiện các phản ứng sinh tổng hợp các chất có tác dụng làm tăng sức đề kháng, tăng tính ổn định, độ bền của lớp bảo vệ trên bề mặt sản phẩm.
Ứng dụng tia cực tím trong chế biến, bảo quản thực phẩm nguồn gốc động vật. Đối với các loại thực phẩm nguồn gốc động vật, khi được xử lý bằng tia cực tím cũng có những tác dụng làm tăng thời hạn bảo quản, tăng tính an toàn về mặt vi sinh vật. Dưới đây là một số phương pháp và kết quả nghiên cứu, ứng dụng của tia cực tím trong lĩnh vực chế biến, bảo quản thực phẩm nguồn gốc động vật.
Rodriguez-Romo L.A.(Mỹ) và các cộng sự đã nghiên cứu sử dụng tia cực tím kết hợp với các phương pháp xử lý khác để tiêu diệt Salmonella enteritidis
trên vỏ trứng gia cầm. Trong thí nghiệm thứ nhất, vỏ trứng nhiễm khuẩn được chiếu tia cực tím 254 nm, liều lượng 1,52,5 W/cm2 trong 1 phút, sau đó trứng được xử lý bằng khí ozon (nồng độ 2040% thể tích) dưới áp suất 515 psi, trong 13 phút. Ở thí nghiệm thứ hai, trứng nhiễm khuẩn bên ngoài vỏ được xử lý bằng nước ozon (nồng độ 40 ppm) trong 2 phút, sau đó xử lý bằng tia cực tím 254 nm, liều lượng 1,52,5 W/cm2 trong 1 phút. Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ dương thấp. Trong thí nghiệm đầu, khi chỉ xử lý bằng tia cực tím lượng vi khuẩn giảm đi 23 chu kỳ log, khi chỉ xử lý bằng ozon dạng khí làm giảm lượng vi khuẩn đi 0,8 chu kỳ log, sử dụng kết hợp tia cực tím và khí ozon làm giảm số lượng S.enteritidis đi 3,24,3 chu kỳ log. Kết quả từ thí nghiệm thứ hai cho thấy, một mình ozon dạng lỏng, một mình tia cực tím hoặc kết hợp ozon lỏng với tia cực tím đều làm giảm số vi khuẩn đi 2 chu kỳ
log. Từ đó đi tới kết luận: xử lý bằng cách kết hợp ozon và tia cực tím trong thời gian ngắn khoảng 34 phút trong điều kiện lạnh sẽ có hiệu quả tốt trong việc khử trùng vỏ trứng gia cầm.[39]
Các nghiên cứu của Gorbatop [54] đã đi sâu vào việc ứng dụng tia cực tím trong bảo quản thịt bò và thịt lợn. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy khi dùng đèn cực tím công suất 15W chiếu cho giò mỗi ngày 6 giờ, thời hạn bảo quản của sản phẩm tăng 3 lần so với không dùng tia cực tím.
Năm 1998, tại Mỹ, Wong E. và các cộng sự đã nghiên cứu sử dụng tia cực tím để khử trùng bề mặt da và bề mặt thịt lợn, nhằm đảm bảo các yêu cầu về vi sinh vật theo qui định của Bộ Nông nghiệp Mỹ. Thí nghiệm cho thấy khả năng diệt khuẩn của tia cực tím đối với Escherichia coli và Salmonella senftenberg
trên bề mặt da và bề mặt thịt lợn khác nhau. S. senftenberg nhạy cảm với tia cực tím hơn so với E. coli. Đối với cả hai loại vi khuẩn trên, tia cực tím có hiệu quả hơn khi chiếu trên trên bề mặt da so với chiếu trên bề mặt cơ thịt. Đó có thể là do sự khác nhau về cấu trúc và độ mịn của hai loại bề mặt, dẫn đến khả năng tác dụng khác nhau của các tác nhân diệt khuẩn đến tế bào vi sinh vật. Ví dụ, liều lượng chiếu tia cực tím 100 W /cm2, đối với E. coli, giá trị D (Thời gian xử lý để làm giảm số lượng vi sinh vật đi 10 lần) của tia UV là 1282 giây trên bề mặt da và 1370 giây trên bề mặt cơ thịt; Cũng trong các điều kiện tương tự trên, đối với S. senftenberg, giá trị D tương ứng là 595 giây và 1163 giây. [69] Các xí nghiệp chế biến thịt ở Mỹ đã dùng tia cực tím để khử trùng và khử mùi cho kho bảo quản thịt lạnh. Kết quả, sau một tháng thịt vẫn không có nhớt và không khí trong kho không có mùi lạ. Trong khi đó, ở trong kho không xử lý bằng tia cực tím thì với thời gian bảo quản một tháng, thịt có nhớt và mùi hôi[81].
Tia cực tím được dùng chiếu cho thịt bán thành phẩm dạng miếng nhỏ trong bao gói bằng polyetylen (PE), khoảng cách từ đèn đến sản phẩm là 10-
20cm, thời gian chiếu 5-10 phút. Khi chiếu tia cực tím cho thịt trong thời gian 30 phút, số lượng vi sinh vật ở bề mặt thịt giảm 95,3%, còn nếu chiếu với thời gian hơn 60 phút số lượng vi sinh vật ở bề mặt thịt giảm tới 99,5%. Chiếu tia cực tím không chỉ có tác dụng tiêu diệt vi sinh vật, mà còn có tác dụng làm cho thịt mau tự chín hơn, giảm được thời gian công nghệ chế biến thịt. Khi chiếu tia cực tím mỗi ngày 1giờ, thịt bảo quản ở 0oC đến 4oC sẽ có thời gian tự chín là 3 ngày. Trong khi đó, nếu không chiếu tia cực tím, thời gian tự chín của thịt là 7-10 ngày [43], [47].
Các nghiên cứu trên cho thấy, tia cực tím xử lý cho các sản phẩm nguồn gốc động vật chủ yếu là để làm giảm số lượng vi sinh vật ở sản phẩm và ở môi trường bảo quản. Các nghiên cứu ứng dụng tia cực tím chỉ thực hiện trên các sản phẩm có bề mặt tương đối phẳng. Chưa có các nghiên cứu tác dụng diệt khuẩn của tia cực tím cho những sản phẩm có bề mặt cấu trúc phức tạp.
Tia cực tím được xem là tác nhân gây phân huỷ quang học hợp chất N- Nitrosodimethylamine (NDMA), một hợp chất độc có khả năng gây ung thư cao. NDMA được phát hiện thấy trong thịt, sữa và nước ở một số vùng. Tia cực tím đặc biệt hiệu quả trong xử lý nước uống khi dùng kết hợp với peroxyt hydro[51].
Người ta cũng đã sử dụng kết hợp khả năng tiệt trùng của peroxyt hydro và tia cực tím 254 nm để khử trùng các bề mặt thực phẩm khác nhau đến mức tiệt trùng theo yêu cầu. Điều này đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu như: Morris năm 1972 [70], Dorpema năm 1990 [83], Stermer năm 1972, Wong năm 1998 [85], Kuo năm 1997 [82]. Khi dùng kết hợp peroxyt hydro và tia cực tím, hiệu quả khử trùng tăng khoảng 2000 lần so với chỉ dùng tia cực tím. Điều này đúng đối với các tế bào sinh dưỡng và cả các nha bào.[68]
Tia cực tím được sử dụng rộng rãi trong khử trùng các bề mặt dụng cụ chế biến. Nghiên cứu của Kim T.J. và các cộng sự (Mỹ) cho thấy, tia cực tím bước
sóng 253,7 nm có khả năng tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh Escherichia coli O157:H7[45], Listeria monocytogenes[84] và Salmonella typhimurium [86].
Những vi sinh vật này được cho nhiễm trên bề mặt thép không gỉ với lượng 109
tế bào/cm2 đối với mỗi loài vi khuẩn. Tia cực tím chiếu với liều lượng chiếu
500W/cm2 trong thời gian 3 phút. Đồng thời với các mẫu chiếu trực tiếp tia cực tím, thực hiện các mẫu được tráng dung dịch muối đệm photphat tiệt trùng trong 10 giây. Thí nghiệm cho thấy, các màng sinh học của các vi khuẩn ở các mẫu được tráng dung dịch muối photphat bền với tia cực tím hơn so với các màng tế bào vi khuẩn nhiễm trên bề mặt thép không gỉ được chiếu trực tiếp tia cực tím. Kết quả là chiếu tia cực tím với liều lượng 500W/cm2 trong 3 phút giảm số lượng vi khuẩn có màng sinh học là Listeria monocytogenes, Escherichia coli O157:H7 và Salmonella typhimurium tương ứng đi 60%, 70% và 90% số tế bào /cm2. Listeria monocytogenes bền với tia cực tím nhất trong các loại vi khuẩn nghiên cứu trên. Ở liều lượng chiếu là 250 W/cm2 trong 3 phút có thể tiêu diệt được Salmonella typhimurium và Escherichia coli O157:H7. Ở liều chiếu 500W/cm2 trong 3 phút mới tiêu diệt được Listeria monocytogenes.[34]
Dùng tia cực tím khử trùng cho không khí. Nhiều hãng sản xuất máy và thiết bị đã chế tạo ra các thiết bị khử trùng không khí bằng tia cực tím [41]. Đối với xi rô đường bảo quản trong các tank chứa có khả năng bị nhiễm vi sinh vật do không khí từ môi trường bên ngoài đi vào hoặc có sẵn trong xi rô. Các nha bào vi sinh vật không có khả năng phát triển trong xi rô nồng độ đường cao. Tuy nhiên, nước ngưng trên khoảng không đỉnh tank làm dịch đường trên bề mặt xi rô có nồng độ loãng hơn, nên vi sinh vật có khả năng phát triển gây hư hỏng xi rô. Do đó, xử lý liên tục khoảng không đỉnh tank bằng tia cực tím sẽ ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng sản phẩm.[41]
Mavrov và các cộng sự đã nghiên cứu dùng tia cực tím trong xử lý nước thải với mức nhiễm bẩn ít từ công nghiệp thực phẩm để sản xuất nước sạch cho quá trình tái sử dụng. Kết quả cho thấy, dùng tia cực tím để oxy hoá và khử trùng nước kết hợp với các phương pháp làm sạch khác có thể sản xuất ra được nước có chất lượng nước uống (theo tiêu chuẩn của Đức).[53]
Năm 2002, Noronha và các cộng sự đã nghiên cứu dùng tia cực tím trong xử lý nước thải từ nhà máy sản xuất nước quả ép cho mục đích tái sử dụng. Nước thải sau khi qua xử lý và khử trùng bằng tia cực tím có thể tái sử dụng cho các mục đích như nước làm nguội, nước thanh trùng, nước rửa chai lọ, v.v... [57]
1.3.2. Nghiên cứu và ứng dụng tia cực tím vào chế biến thực phẩm ở Việt Nam.
Ở nước ta, việc sử dụng tia cực tím vào chế biến thực phẩm đã được thực hiện ở nhiều công ty xuất nhập khẩu thực phẩm. Tia cực tím đã được dùng để tiêu diệt vi sinh vật cho các sản phẩm cao cấp như mực khô, mực khô tẩm gia vị, mực khô cán, xé ăn liền, cá khô. Dùng tia cực tím khử trùng trong sản xuất shashimi.
Các xí nghiệp thường dùng các đèn cực tím công suất 15 W hoặc 30 W đặt cách bề mặt thực phẩm 15-20 cm trên những băng chuyền lưới. Việc xử lý diễn ra liên tục trong khoảng 5-15 phút. Sau đó, sản phẩm được đem bao gói ngay trong điều kiện vệ sinh rất cao. Để đảm bảo vệ sinh của phòng sản xuất, người ta dùng tia cực tím định kỳ khử trùng và khử mùi không khí trong phòng.
Để đảm bảo an toàn cho người sản xuất, các đèn cực tím phải có các tấm chắn, ngăn không cho tia cực tím chiếu tự do ra xung quanh. Các tấm chắn còn có tác dụng hướng tia cực tím vào vị trí sản phẩm cần chiếu. Trong trường hợp dùng đèn cực tím để khử trùng cho không khí trong phòng sản xuất hoặc trong kho bảo quản, khoảng cách từ đèn đến người phải lớn hơn 2m.
Tia cực tím được ứng dụng rộng rãi trong khử trùng nước, chẳng hạn như khử trùng nước trong hệ thống thẩm thấu ngược, sản xuất nước uống không qua đun sôi của công ty AQUATECH hay của công ty Hải Cường (Havina) [73], [77]. Năm 2004, trung tâm Nhiệt đới Việt -Nga (chi nhánh phía Nam) đã nghiên cứu sản xuất thành công thiết bị khử trùng nước bằng tia cực tím, dựa trên hiệu ứng phát xạ do sự tích điện của hơi thuỷ ngân trong đèn cực tím. Thiết bị có kết cấu gồm: đèn cực tím với thời gian làm việc từ 5.000-7.000 giờ, lắp đặt trong