CHƯƠNG 7 THANH TRÙNGi LÀM NGUỘI
7.1. Thanh trùng
7.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thanh trùng nhiệt
7.1.4.1. Sự tương quan giữa nhiệt độ thanh trùng và thời gian thanh trùng
Để tiêu diệt hết một số lượng VSV xác định có trong đồ hộp thì phải nâng cao nhiệt độ và duy trì nhiệt độ đó trong một thời gian nhất định thì VSV mới bị tiêu diệt. Như vậy giữa nhiệt độ thanh trùng và thời gian thanh trùng có mối quan hệ mật thiết với nhau, chúng bổ sung cho nhau. Nếu như ở một loại VSV nhất định, nếu muốn nâng cao nhiệt độ thanh trùng thì có thể giảm thời gian thanh trùng. Ngược lại đối với những thực phẩm khơng chịu được nhiệt độ cao thì phải kéo dài thời gian thanh trùng.
Bảng 2. Mối tương quan giữa nhiệt độ và thời gian tiêu diệt vi sinh vật Nhiệt độ thanh trùng (oC) Thời gian tiêu diệt (phút)
B.subtilis Cl.botulinum 100 105 110 115 120 125 120 110 80 70 40 30 330 100 32 10 4 4 Từ bảng trên ta có nhận xét:
+ Ứng với mỗi nhiệt độ thanh trùng khác nhau thì cần thời gian tiêu diệt tương ứng khác nhau.
+ Khi nâng nhiệt độ thanh trùng thì thời gian tiêu diệt của một loại VSV nào đó sẽ giảm xuống. Ngược lại nếu giảm nhiệt độ thanh trùng thì thời gian tiêu diệt tăng lên.
+ Sự tăng giảm nhiệt độ và thời gian tiêu diệt ở mỗi loại VSV khác nhau là khác nhau. Như vậy khi nâng cao nhiệt độ hoặc kéo dài thời gian thanh trùng đều có tác dụng nhất định đối với thực phẩm. Cho nên chúng ta phải tìm được một sự kết hợp tối ưu giữa nhiệt độ và thời gian thanh trùng. Ta muốn chọn nhiệt độ và thời gian nào đó làm tiêu chẩn thanh trùng thì cần phải xét đến tính chất và thành phần của thực phẩm đựng trong hộp. Đồng thời phải
Nếu biểu diễn các số liệu trên đồ thị có trục hồnh là nhiệt độ (oC) và trục tung là thời gian tiêu diệt VSV (phút) thì đồ thị sẽ có dạng là đường cong logarit.
Hình 6. Đồ thị biến thiên thời gian tiêu diệtinhiệt độ thanh trùng của một loại vi sinh vật cụ thể trên môi trường cụ thể.
Từ đồ thị có dạng là đường cong logarit này. Nếu biểu diễn trên hệ trục toạ độ nửa (bán) logarit với trục tung là logarit của thời gian thanh trùng và trục hoành là nhiệt độ thanh trùng. Lúc này đường cong biểu diễn quan hệ giữa thời gian và nhiệt độ thanh trùng sẽ là một đường thẳng có góc riêng là (z).
Trong đó z: là một hằng số đối với mỗi lồi VSV trên môi trường cụ thể.
τ (phút) logτ (phuùt)
t (oC)
Từ đồ thị ta thấy khi kéo dài thời gian tiêu diệt và hạ nhiệt độ thanh trùng hoặc rút ngắn thời gian tiêu diệt và nâng cao nhiệt độ thanh trùng với mức độ tương ứng thì hiệu quả thanh trùng là như nhau, nhưng về mặt chất lượng đồ hộp, nếu giảm thời gian và nâng cao nhiệt độ thanh trùng vừa phải thì tốt hơn là kéo dài thời gian thanh trùng ở nhiệt độ thấp.
VSV khác nhau thì z khác nhau. Như vậy nghĩa là mỗi một góc nghiêng đại diện cho một loại VSV khác nhau. Chúng được xác định bằng thực nghiệm.
Độ dốc của đường thẳng (hệ số góc) chỉ mức độ nhạy cảm của mỗi loại VSV đối với nhiệt độ. Nếu độ nhậy cảm càng cao thì độ dốc càng lớn có nghĩa là chỉ cần tăng hoặc giảm nhiệt độ thanh trùng ở một phạm vị hẹp đã có thể làm giảm hay tăng đáng kể thời gian tiêu diệt VSV.
Có thể xác định được mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian thanh trùng khi đã biết nhiệt độ và thời gian thanh trùng chuẩn của một loại VSV nào đó:
z t t o o − = 10 τ τ
τ: thời gian thanh trùng cần thiết tương ứng với một nhiệt độ thanh trùng nhất định là t τo: thời gian tiêu diệt đã biết trước tương ứng với một nhiệt độ xác định là to.
7.1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới chế độ thanh trùng:
Khi nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới chế độ thanh trùng, người ta thấy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới chế độ thanh trùng, và người ta chia thành ba yếu tố cơ bản, đó là:
• Giống lồi, chủng loại và số lượng VSV ban đầu. • Thực phẩm đựng trong hộp.
• Q trình truyền nhiệt vào tâm hộp.
1. Ảnh hưởng giống loài, chủng loại và số lượng vi sinh vật a. Ảnh hưởng của giống loài, chủng loại VSV:
Trong quá trình chế biến thực phẩm bị nhiễm rất nhiều loại VSV như các loại nấm men, nấm mốc, các loại VK... Các loại VSV này có sức chịu nhiệt rất khác nhau, tính chịu nhiệt của nó cũng thay đổi theo mơi trường. Nhìn chung các loại khơng có nha bào chịu nhiệt kém hơn các loại có nha bào và bền với nhiệt hơn cả là loại VK ưa nhiệt.
Thời gian tiêu diệt ở 100oC của một số loại VK như sau:
• B.mesentericus: 100 phút • B.subtilis: 120 phút • B.botulinum A: 150 phút • B.botulinum B: 300 phút • Cl.sporogenes: hàng giờ • Cl.putrificum: hàng giờ
Bảng 3. Độ bền nhiệt của một số loại vi khuẩn
Loại vi khuẩn Nhiệt độ bị tiêu diệt (oC) Thời gian (phút) Cầu khuẩn sinh mủ
Salmonella typhi Staphilococcus aureus
Trực khuẩn đại tràng Liên cầu ưa nhiệt
Lactobacillus bulgaricus
Nha bào trực khuẩn than Nha bào B.subtilis Nha bào C.botulinum Nha bào Clostridium
50 60 60 57,3 70i75 71 100 100 100 100 2i3 3i4 8i18 20i30 15 30 1,7 15i20 100i300 520
Ở các giai đoạn khác nhau của quá trình phát triển của VK thì sức chịu nhiệt của chúng cũng khác nhau. Thời kỳ VK phát triển cao nhất thì sức đề kháng đối với nhiệt cũng tốt nhất. Nha bào sau khi hình thành được một tuần lễ cũng có sức đề kháng mạnh nhất.
Những loại VSV có khả năng chịu nhiệt tương đối kém là các loại nấm men, nấm mốc và các loại VK khơng có nha bào. Do đó chỉ cần nhiệt độ thanh trùng từ 60i80oC trong vài phút là nó đã bị tiêu diệt. Điển hình nhất là VK E.coli là loại VSV có khả năng chịu nhiệt tốt nhất trong nhóm này sẽ bị tiêu diệt hồn tồn trong 15 phút ở nhiệt độ 80oC.
Trong họ nấm mốc có một số lồi có khả năng chịu nhiệt tốt như: Byssochlamys fulva nó có thể chịu được nhiệt độ ở 80 oC trong vòng 30 phút và bào tử của nó nếu tồn tại trong đồ hộp nước đường sẽ không bị tiêu diệt ở 100 oC trong 10 phút thanh trùng.
Sức chịu nhiệt của nấm men kém hơn của nấm mốc, nó thường bị tiêu diệt ở nhiệt độ lớn hơn 70 oC nhưng nha bào của chúng có thể chịu được nhiệt độ cao hơn.
Các loại VK ưa nhiệt có nhiệt độ phát triển tối thích là từ 55i60 oC và có khả năng chịu được nhiệt độ từ 75i80 oC. Khi nhiệt độ lớn hơn 80 oC nó chỉ bị ức chế. Do đó muốn tiêu diệt thì phải tăng nhiệt độ lên lớn hơn 100 oC.
Đối với những loại VK có nha bào thì khả năng chịu nhiệt của chúng rất cao, chúng có thể chịu được nhiệt độ thấp đến i23 oC và nhiệt độ cao đến 130 oC. Khả năng chịu nhiệt của chúng thay đổi tuỳ thuộc vào môi trường và hồn cảnh xung quanh. Đối với nhóm VK có nha bào này thì nhiệt độ để tiêu diệt chúng phải lớn hơn 100 oC với thời gian tương ứng mới tiêu diệt được.
b. Ảnh hưởng của số lượng VSV ban đầu:
Đồ hộp trước khi thanh trùng luôn chứa một lượng VSV đáng kể, đây chính là nguyên nhân gây hư hỏng cho đồ hộp, nếu như đồ hộp không được thanh trùng hoặc thanh trùng không đủ.
Bảng 4. Mối quan hệ giữa số lượng vi sinh vật ban đầu (ở pH 6) và thời gian thanh trùng ở nhiệt độ 120 oC
Số nha bào Thời gian tiêu diệt (phút)
50.000 5000 500 50 14 10 9 8
Khi biểu diễn sự chết của VSV dưới tác dụng của nhiệt độ lên hệ trục toạ độ có trục hồnh là trục thập phân, biểu diễn thời gian tác dụng nhiệt, kí hiệu là τ (phút). Trục tung đó là trục logarit, nó biểu diễn số lượng VSV cịn sống sót trong đồ hộp (số tế bào VSV/ml).
Khi đó đường biểu diễn sự chết của VSV dưới tác dụng của nhiệt là một đường thẳng được biểu diễn như sau:
Hình 8. Đồ thị bán logarit thể hiện mối tương quan giữa lượng vi sinh vật sống sót theo thời gian thanh trùng ở một nhiệt độ nhất định trên môi trường nhất định.
Độ dốc của đường thẳng biểu diễn tính chịu nhiệt của VSV, nghĩa là nếu đường thẳng càng dốc thì VSV càng dễ bị tiêu diệt bởi nhiệt và ngược lại đường thẳng có độ dốc nhỏ thì VSV khó bị tiêu diệt, và điều này được đặc trưng bằng một hệ số gọi là hệ số vận tốc tiêu diệt VSV kí hiệu là K = f (S,A, to)
Trong cùng một điều kiện thanh trùng nhất định với cùng một loại thực phẩm thì số lượng VSV cịn sống sót sau một thời gian thanh trùng (B) sẽ tỷ lệ thuận với số lượng VSV ban đầu có trong thực phẩm (B0). Điều này có nghĩa là trong q trình sản xuất nếu mức độ ơ nhiễm càng lớn thì số lượng VSV ban đầu càng nhiều, điều này ảnh hưởng rất lớn đến chế độ thanh trùng.
(S) i Đặc tính giống lồi VSV: thể hiện khả năng chịu nhiệt của VSV
(A) i Đặc tính của thực phẩm: phụ thuộc của thành phần hoá học của thực phẩm như độ acid, loại acid, lượng và loại chất kháng sinh thực vật (phytocides), hoạt độ nước, …
0 B B = τ ). , , ( 0 10 1 t A S f LgB (Tế bào/ml) τ(phút)
t0 i Nhiệt độ thanh trùng
Trong đó:
D: thời gian cần thiết để tiêu diệt 90% lượng VSV
τ: thời gian thanh trùng cần thiết để đạt hiệu quả thanh trùng
Hình 9. Đồ thị dùng để xác định giá trị D.
Do bản chất của sự chết của VSV là tuân theo quy luật logarit do đó khơng thể tiêu diệt 100% VSV có mặt trong thực phẩm mà vẫn cịn lại một lượng tối thiểu nha bào nào đó trong tồn bộ lơ hàng thanh trùng.
Do đó chúng ta khơng thể tiêu diệt hết 100% lượng VSV có mặt trong thực phẩm mà chỉ tiêu diệt ở mức độ nào đó, người ta gọi là mức độ thanh trùng (độ tiệt trùng) n, và được xác định theo công thức sau:
Mức độ thanh trùng phải thoả mãn u cầu là khơng gây mất an tồn vệ sinh thực phẩm cho người sử dụng và làm hư hỏng thực phẩm.
2. Ảnh hưởng của thành phần hoá học của thực phẩm đến chế độ thanh trùng: a. Ảnh hưởng của độ acid & loại acid:
τ = D.lg B B0 n = lg B B0
i Nồng độ acid trong mơi trường đồ hộp có ảnh hưởng lớn đến khả năng tồn tại của VSV. Nồng độ ion H+ hay chỉ số pH của đồ hộp là yếu tố quan trọng làm giảm độ bền nhiệt của VSV. Chỉ số pH càng thấp thì tính chịu nhiệt của VSV càng giảm, do đó thời gian tiêu diệt VSV càng ngắn.
Bảng 5. Thời gian tiêu diệt đối với Cl.botulinum ở 100 oC trong các loại đồ hộp có pH khác nhau
Loại đồ hộp pH τ Mơ Cà chua Cà rốt Măng tây 3,62 4,40 5,05 5,16 30 90 90 120
Từ bảng trên cho ta thấy rằng giá trị pH của đồ hộp càng thấp thì thời gian tiêu diệt càng ngắn và ngược lại. Do đó giảm pH của đồ hộp là một biện pháp để giảm thời gian tiêu diệt VSV trong chế độ thanh trùng.
i Ngoài ảnh hưởng của nồng độ H+ thì loại acid cũng có tác dụng tới tính chịu nhiệt của VSV.
Ví dụ: Theo nghiên cứu của Andesơn cho thấy khả năng ảnh hưởng tới tính chịu nhiệt của VSV của một số loại acid như sau:
+ Nếu cùng nồng độ phần trăm thì khả năng ảnh hưởng tới tính chịu nhiệt của VSV của acid acetic > acid lactic > acid xitric.
+ Nếu cùng pH thì khả năng ảnh hưởng tới tính chịu nhiệt của VSV của acid lactic > acid acetic > acid xitric.
b. Ảnh hưởng của đường và muối:
i VSV cũng giống như thực phẩm, bị ảnh hưởng của sức thẩm thấu, nhưng theo hai chiều hướng khác nhau. Nếu áp suất thẩm thấu cao thì nguyên sinh chất của VSV bị co lại, tách khỏi màng tế bào, nguyên sinh chất cũng có thể bị đơng đặc lại, làm VSV bị chết. Đường và muối đều có khả năng tạo ra áp suất thẩm thấu do đó có ảnh hưởng nhất định đến khả năng tiêu diệt VSV bởi nhiệt.
Cũng do hiện tượng thẩm thấu, khi ngâm đường hoặc ướp muối thực phẩm, nước trong các tế bào của thực phẩm chẩy ra ngoài, làm giảm độ ẩm của thực phẩm, tạo điều kiện thuận lợi để ức chế sự phát triển của VSV.
i Ở một nhiệt độ nhất định, ảnh hưởng của nồng độ đường và muối đối với các loại VSV là khác nhau. Người ta thấy rằng: Nồng độ của đường và của muối trong đồ hộp làm tăng tính chịu nhiệt của VSV đến một mức độ nhất định. Khi nồng độ đó cao thì lại có tác dụng tiêu diệt VSV nhanh hơn.
c. Ảnh hưởng của thành phần protein và lipid:
i Những thực phẩm có hàm lượng protid cao như thịt, cá, sữa là những thực phẩm ở thể rắn hay thể đặc, do đó sự truyền nhiệt vào thực phẩm đặc biệt là thực phẩm rắn rất khó khăn và protid lại có khả năng truyền nhiệt kém dẫn đến nhiệt độ tại trung tâm hộp tăng chậm, dẫn đến VSV chậm bị tiêu diệt, làm cho hiệu quả tiêu diệt VSV giảm.
Do vậy với các thực phẩm có hàm lượng protid cao như thịt, cá ta phải chọn nhiệt độ thanh trùng lớn hơn 100 oC.
i Trong mơi trường chất béo tính chịu nhiệt của VSV tăng. Người ta giải thích điều này như sau: Khi VSV nằm trong dung dịch lipid thì lập tức có hiện tượng tạo màng xảy ra và tạo ra xung quanh tế bào VSV một màng bảo vệ. Màng này cản trở sự dịch chuyển nước từ môi trường xung quanh vào tế bào VSV làm cho sự đông tụ protid của VSV trở lên khó khăn.
Ví dụ: Khi thanh trùng sữa ở nhiệt độ 61,7 oC thì VSV Streptococcus sẽ bị tiêu diệt trong 30 phút. Nếu trong môi trường thực phẩm giầu chất béo là đồ hộp chân giò hầm, cũng VK
Streptococcus khi thanh trùng ở 115 oC và phải mất thời gian 50 phút thì nó mới bị tiêu diệt. d. Ảnh hưởng của chất kháng sinh thực vật (fitonxit/phytocides):
i Trong đa số các loại đồ hộp thực phẩm khi có mặt chất sát trùng thực vật thì thời gian thanh trùng sẽ được rút ngắn rất nhiều. Do đó người ta thường bổ sung các chất gia vị hoặc các thành phần có chứa chất sát trùng thực vật để làm giảm nhẹ chế độ thanh trùng.
i Các fitonxit thường được dùng là: • Allyxin: là phytocide của tỏi. • Tecpen: là phytocide của cà rốt.
• Tomatin hay licopecsisin là phytocide của cà chua. • Capcaixin là phytocide của ớt.
• Piperen là phytocide của hồ tiêu. • Eugenon là phytocide của hạt cải.
i Các loại rau như hành, tỏi, cà chua, ớt, cà rốt, mù tạc, gia vị khơ. Khi cho vào đồ hộp thì rút ngắn được thời gian thanh trùng.
Ví dụ: Khi chế biến đồ hộp súp lơ hầm, để tiêu diệt hết VSV thì người ta phải thanh trùng ở nhiệt độ lớn hơn 100 oC trong thời gian 30 phút thì cho ra sản phẩm có giá trị cảm quan khơng đạt u cầu. Nếu bổ sung thêm một lượng mù tạc vào thì chỉ cần thanh trùng ở nhiệt độ 90 – 95 oC trong thời gian 18i19 phút và ta thu được sản phẩm đồ hộp súp lơ có giá trị cảm quan tốt.
3.Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình truyền nhiệt vào trung tâm hộp (heat distribution & heat penetration):
i Thời gian truyền nhiệt vào trung tâm hộp khác thời gian nâng nhiệt. Thời gian nâng nhiệt là thời gian cần thiết để nâng nhiệt độ của thiết bị đến nhiệt độ thanh trùng. Còn thời gian truyền nhiệt vào tâm hộp là thời gian cần thiết để nâng cao nhiệt độ của thực phẩm lên đến nhiệt độ cao nhất mong muốn (thường gần với nhiệt độ thanh trùng).
Chú ý: Khi xác định nhiệt độ của thực phẩm thì phải ln ln xác định tại điểm có khả năng nhận nhiệt kém nhất đó là tâm hộp (tâm nhiệt/tâm đồ hộp thực phẩm).