Chiếu xạ là phương pháp mới có tính năng kỹ thuật cao, có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp truyền thống bằng nhiệt hoặc hoá chất, được ứng dụng ngày càng phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm và dụng cụ y tế.
Bức xạ là sự lan truyền ở dạng sóng điện từ hoặc chùm hạt chuyển động với vận
tốc cao trong không gian. Mỗi loại bức xạ được đặc trưng bằng dải năng lượng đặc trưng, có thể qui tương ứng với dải bước sóng xác định.
Bức xạ ion hóa để chỉ các bức xạ có mức năng lượng cao là khi tương tác với môi trường vật chất mà nó truyền qua gây nên các hiện tượng ion hóa và kích thích các nguyên tử phân tử của môi trường mà trong đó hiện tượng ion hóa chiếm ưu thế.
Chiếu xạ thực phẩm là thực phẩm đã chế biến sử dụng năng lượng từ bức xạ ion hóa hoặc các điện tử năng lượng cao hay X-quang từ máy gia tốc, hoặc bằng tia gamma
(phát ra từ các nguồn phóng xạ là Cobalt-60 hoặc xêzi-137) và electron gia tốc. Công nghệ này có thể được so sánh với thanh trùng, nó đôi khi được gọi là “lạnh thanh trùng”. Các tác nhân chiếu xạ tác động ngay trên các chuỗi AND gây ra các tổn thương như gãy đoạn, đứt đoạn …gây đột biến tế bào và làm tế bào dễ bị chết diệt vi trùng sâu bọ côn trùng và kí sinh trùng làm chậm sự phát triển làm chậm sự chín cũng như ngăn chặn sự nẩy mầm.
2.2.1 Mục đích của việc chiếu xạ:
Chiếu xạ là phương pháp bảo quản, sử dụng bức xạ ion hóa để tiêu diệt hoặc vô hoạt vi sinh vật gây hư hỏng thịt cũng như các vi sinh vật gây ra bệnh truyền qua thực phẩm. Đối với thịt đông lạnh chiếu xạ để kéo dài thời hạn bảo quản, hạn chế vi sinh vật gây bệnh và kiểm soát động thực vật ký sinh.
2.2.2 Cơ chế chiếu xạ của thực phẩm lên hệ vi sinh vật
Vi sinh vật khi tiếp xúc với các tia bức xạ như tia X, tia gama có thể bị vô hoạt hoặc chết ngay lập tức do sự thay đổi cấu trúc tế bào và sự tác động trực tiếp lên hệ enzyme. Tác động quan trọng nhất của chiếu xạ là thay đổi cấu trúc DNA và RNA ảnh hưởng lên quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Sự tác động này có hiệu quả sau khi chiếu xạ một thời gian ngắn, khi tế bào không thể tổng hợp enzyme và phân chia. Tốc độ tiêu diệt tế bào phụ thuộc vào loại bức xạ, khả năng tác động và số lượng
tế bào được chiếu xạ. Sự nhạy cảm với chiếu xạ được đánh già bằng chỉ số D10 (hàm lượng chiếu xạ cần để giảm vi sinh vật xuống 10 %). Số lượng vi sinh vật giảm khi tăng lượng chiếu xạ, ngoại trừ những vi sinh vật có khả năng tái tạo DNA sau chiếu xạ.
Tế bào vi sinh vật càng nhỏ thì cần liều chiếu cao hơn để phá hủy nó. Virus có khả năng chịu đựng rất tốt và hầu như không bị tiêu diệt bởi liều chiếu xạ thường dùng trong thực phẩm. Các vi khuẩn có bào tử như Clostridium Botulinum và loại vi sinh vật có khả năng tái tạo DNA như Deinococcus radiodurans có khả năng chống bức xạ tốt hơn các vi sinh vật khác
Ảnh hưởng của chiếu xạ lên thực phẩm
Ở liều chiếu dùng trong sản xuất , bức xạ ion hóa tác động rất nhỏ đến sự phá hủy protein cũng như thành phần các axid amin cần thiết. Ở liều chiếu cao hơn sự phân hủy nhóm sulphydruy từ các sulfur amino acid trong các protein làm thay đổi mùi vị của thực phẩm, các acid béo trong lipid có thể bị cắt mạch hay bị oxi hóa làm sản phẩm có mùi ôi. Các carbohydarat có thể bị cắt mạch thành các polysaccharide hay oxi hóa làm giảm giá
Tuy nhiên các biến đổi trên giảm hẳn nếu chiếu thực phẩm vào môi trường lạnh đông.
Ảnh hưởng của chiếu xạ thể hiện rõ nhất là ở hàm lượng vitamin .
Thực phẩm Liều chiếu xạ Phần trăm hao hụt(%) Thiamin B1 Riboflavin B12 Pyridoxin B6 Thịt bò 4.7-7.1 60 4 10
Chiếu xạ ảnh hưởng đến màu sắc của thịt
Chiếu xạ thịt heo tươi và thịt bò ở liều lượng đủ sẽ gia hạn thời hạn sử dụng và giảm thiểu tác nhân gây bệnh, nhưng trong 1 số trường hợp có thể làm phát triển nhanh
chóng các màu nâu, xanh lá cây hoặc oxymyoglobin màu đỏ tươi như sắt. Liều chiếu xạ ion hóa (50 kGy) có thể phá hủy hoàn toàn myoglobin.
Thay đổi màu sắc của thịt tươi chiếu xạ xảy ra vì của tính nhạy cảm của phân tử myoglobin, đặc biệt là sắt. Khi thay đổi số oxi hóa,cũng như tồn tại trong trạng thái spin khác nhau nguyên tử sắt tồn tại ở nhiều hơn một mức năng lượng và dễ bị chuyển hóa
với sự hiện diện của điện tử của các năng lượng cao khi chiếu xạ.
Các sắc tố đỏ ổn định hoặc các chất màu nâu mà trở thành màu đỏ theo thời gian là do các sản phẩm ferrylmyoglobin hình thành khi chiếu xạ hoặc các loại khí như CO
Thịt lợn 4.5 15 22 2
hoặc do sự thay đổi trong hoạt động của enzyme gây nên sự thay đổi trong quá trình oxi hóa tạo oxymyoglobin và metmyoglobin .Các sắc tố màu xanh lá cây xuất hiện là do sự hình thành sulfmyoglobin.
Tóm lại chiếu xạ ảnh hưởng lên chất lượng thực phẩm:
Thực phẩm chiếu xạ thường mất màu, mất mùi.
Protein và acid amin trong thực phẩm rất nhạy cảm với chiếu xạ. Sản phẩm do chiếu xạ protein, acid amin, peptide gồm: NH3, H2, CO2, H2S và Carbonyl.
Các acid amin đặc biệt nhạy cảm với chiếu xạ là : methionin, cysteine, histidine, arginine, tyrosine. Trong dó cysteine nhạy cảm nhất.
Lipid trong thực phẩm cũng bị thay đổi rất mạnh, đặc biệt là trong trường hợp có oxy
Nếu chiếu xạ ở môi trường không có oxy như chân không hoặc khử oxy, thành phần dinh dưỡng và tính chất cảm quan ít bị thay đổi hơn.
Trước khi chiếu xạ, người ta có thể thêm vào thực phẩm các hoá chất để bảo quản như chất chống oxy hoá, các chất dinh dưỡng trong thực phẩm sẽ ít bị ảnh hưởng hơn. Bảo trì màu sắc thịt lý tưởng trong quá trình chiếu xạ có thể được tăng cường bởi
sự kết hợp khác nhau trước khi giết mổ của ăn của các chất chống oxy hóa để chăn nuôi, điều kiện của thịt trước khi chiếu xạ (pH, oxymyoglobin vs metmyoglobin), bổ sung các
chất chống oxy hóa trực tiếp cho sản phẩm, khí khí quyển (MAP) hoặc đóng gói, kiểm soát nhiệt độ.
2.2.7 Điều kiện công nghệ
Thực phẩm Mục đích chiếu xạ Liều tối
thiểu Liều tối đa Thủy sản và sản phẩm thủy sản Hạn chế vi sinh vật gây bệnh 1 7 Kéo dài thời gian bảo quản 1 3 Kiểm soát động thực vật kí sinh 0.1 2 Thịt gia súc gia cầm và sản phẩm thịt gia súc gia cầm ở dạng lạnh đông Hạn chế vi sinh vật gây bệnh 1 7 Kéo dài thời gian bảo quản 1 3 Kiểm soát động thực vật kí
sinh
0.5 2
2.2.8 Ưu, nhược điểm của phương pháp
Ưu điểm:
Chiếu xạ thực phẩm tạo ra nhiều lợi ích hơn so với các phương pháp bảo quản thông thường như bảo quản lạnh, muối và sấy khô vì phương pháp này không làm mất hương vị, mùi, cấu trúc hoặc chất lượng của thực phẩm.
Có rất ít hoặc không có thay đổi mùi, vị và màu sắc của thịt .
Hàm lượng dinh dưỡng của thực phẩm bị biến đổi rất ít sau khi xử lý.
Khi sử dụng liều cao hơn của bức xạ ion hóa (khoảng mười lần so với giá trị cho phép) sẽ làm thay đổi mùi vị, màu sắc và mùi vị của thịt.
Không làm tan băng đối với thực phẩm đông lạnh. Không cần phải sử dụng hóa chất. Chi phí năng lượng nhỏ.
Việc chiếu xạ không độc .Chiếu xạ thực phẩm không trở thành phóng xạ, và các cơ quan chuyên gia quốc gia và quốc tế đã tuyên bố chiếu xạ thực phẩm là lành mạnh.
Nhược điểm:
Như bất kỳ công nghệ khác không phải là thuốc chữa bách bệnh và không thể giải quyết vấn đề thực phẩm nói chung. Chỉ có thực phẩm chất lượng ban đầu cao mới thích hợp cho chế biến bức xạ và chiếu xạ không có hiệu quả chống lại virus, prion, nó không thể loại bỏ các độc tố đã được hình thành bởi các vi sinh vật.
Xử lý chiếu xạ làm phát sinh những giống vi sinh vật chống bức xạ do quá trình tiến hóa.
Quá trình chiếu xạ có nguy cơ sinh ra chất độc mới, nhưng sự biến đổi này là bất định hướng gây nên khó khăn cho các nhà phân tích trong quá trình kiểm định thực phẩm.
Tổng quan về bacteriocin Bacteriocin và phân loại:
Bacteriocin bản chất là peptid hay protein kháng khuẩn sinh ra bởi vi khuẩn để chống lại vi khuẩn khác.
Bacteriocin là chất kháng khuẩn có bản chất là protein được riboxom tổng hợp từ các chuỗi peptit hoặc protein ở cả vi khuẩn Gram âm và vi khuẩn Gram dương. Bacteriocin có tác dụng kháng khuẩn đối với các vi khuẩn gây thối rữa và các mầm bệnh trong thực phẩm phổ biến là vi khuẩn Listeria monocytogenes và Staphylococcus aureus.
Bacteriocins lần đầu tiên được phát hiện bởi A. Gratia trong năm 1925. Ông đã tham gia trong quá trình tìm kiếm cách để tiêu diệt vi khuẩn, cũng dẫn đến sự phát triển của thuốc kháng sinh và khám phá của vi khuẩn , tất cả trong một khoảng thời gian một vài
năm. Ông được gọi là khám phá đầu tiên của mình một colicine bởi vì nó đã giết chết E.coli .
Cấu trúc colicine
Phân loại: Bacteriocin được chia thành 4 nhóm:
Nhóm I là nhóm lantibiotic, là polypeptit có trọng lượng phân tử < 5KDa. Những peptit ổn định nhiệt hoạt động theo những cấu trúc màng tế bào. Lantibiotic bacteriocin thì thoạt tiên được chia cắt vào trong hai nhóm phụ được dựa vào những sự giống nhau cấu trúc.
Nhóm phụ Ia bao gồm một cách tương đối hình thon dài, nói chung nó hoạt động bằng việc tạo những lỗ trong màng tế bào chất của loài nhạy cảm. Nisin thuộc vào nhóm này.
Nhóm phụ Ib là những peptit đặc trưng hình cầu, chúng thường hoạt động trong những phản ứng lên men quan trọng của vi khuẩn nhạy cảm (Deegan v.v..., 2006)
Nhóm II gồm các bacteriocin không phải là lantibiotic, có khối lượng <10KDa, nhóm này lại chia ra thành 3 nhóm nhỏ khác:
Nhóm IIa bacteriocins có một tiềm năng lớn để sử dụng trong bảo quản thực phẩm như các ứng dụng cũng như y tế, do hoạt động antilisterial mạnh mẽ của họ, và phạm vi hoạt động rộng. Một ví dụ Class IIa bacteriocin là Leucocin A, pediocin PA-1.
Leucocin A pediocin PA-1
Nhóm IIb chứa bacteriocins yêu cầu 2 peptide khác nhau hoạt động.
Nhóm III là bacteriocin có trọng lượng phân tử > 30KDa, nhóm này được chia thành hai nhóm nhỏ:
Nhóm IIIa bao gồm những chuỗi axit amin tiêu diệt các tế bào suy thoái bức tường tế bào vi khuẩn, gây ly giải tế bào.
Nhóm IIIb bao gồm những chuỗi axit amin không gây ly giải tế bào, giết chết các tế bào mục tiêu bằng cách làm gián đoạn tiềm năng màng tế bào.
Nhóm IV là các bacteriocin phức tạp, ngoài thành phần chính là protein chúng còn chứa lipid và cacbonhydrat.
Cấu trúc bacteriocin
b. Tính chất của bacteriocin Thành phần cấu tạo hóa học:
Bacteriocins là một nhóm hỗn tạp của nhiều chất, với nhiều thành phần hóa học khác nhau, nhưng thực chất có bản chất protein.
Kiểm tra tính nhạy cảm đến những enzym đặc trưng (proteinases, lipases…) thường được dùng để xác định thành phần hóa học quan trọng của phân tử bacteriocin. Trong dó streptocin STH1 là một trong những phân tử phức tạp bao gồm protein, lipid và gốc nhóm phosphate.
Dựa vào bảng phân tích hóa học cho thấy một vài bacteriocins là protein đơn giản. Tuy nhiên, trong khi làm sạch bacteriocin của staphylococcal, clostridial và lactobacillus cho thấy là những phân tử phức tạp với thành phần lipid và carbohydrat và cộng thêm với protein. Thành phần cấu tạo của staphylococcin 414 được so sánh với màng tế bào của staphylococcal.
Butyricin 7423 và perfringocin 11105 là amphiphilic proteins và nó được nghiên cứu vùng hydrophobic của phân tử làm tương tác dễ dàng với màng tế bào của sinh vật nhạy cảm. Hamon và Peron đã tìm ra một sự chọn của colicins và enterobacteriocins bị khử hoạt tính bởi chất mang điện tích âm. Như vậy bacteriocins không bị ảnh huởng bởi chất mang điện tích dương và chất trung hòa về diện. Bacteriocins này được nghiên cứu và cho thấy là nguyên nhân gây phá vỡ cấu trúc màng tế bào chất của tế bào nhạy cảm.
Kháng nguyên:
Bacteriocin có khối lượng phân tử lớn, thành phần cấu tạo là protein và nhiều
bacteriocin có tính kháng nguyên cao. Tuy nhiên hiện nay chỉ có duy nhất một vài báo cáo trong nghiên cứu tính kháng nguyên của bacteriocin sinh bởi loài gram dương. Megacin A-216 là một kháng nguyên và tế bào cung sinh ra một kháng thể có khả năng chống lại ảnh hưởng giết chính nó. Việc nghiên cứu những kháng thể dến bacteriocin trong huyết thanh của con người có lẽ là một lĩnh vực thú vị cho những nghiên cứu sau này.
Vòng kháng khuẩn
Tính chất ổn dịnh của Bacteriocin:
Một số sự nghiên cứu về những đặc tính của bacteriocin cho thấy rằng những phân tử này có thể hoạt động tốt dưới những khoảng nhiệt độ và độ pH nhất dịnh. ST28MS và ST26MS được sản xuất bởi Lactobacillus plantarum có thể hoạt động ổn định trong 2h tại những giá trị pH từ 2.0 dến 12.0. Không giảm khả năng hoạt động chống vi khuẩn sau 90 phút tại 100º C hay 20 phút tại 121º C (Torodov and Dicks, 2005). Ðặc tính chịu nhiệt có thể liên quan đến cấu trúc phân tử của bacteriocin.
Phạm vi hoạt động của Bacteriocins.
Xem xét phạm vi kháng khuẩn, giống vi sinh vật sinh ra, khối lượng phân tử, tính ổn định, tính chất hóa sinh, và kiểu hoạt động của bacteriocins. Hầu hết các bacteriocin được sinh tổng hợp bởi vi khuẩn gram âm có hoạt tính ức chế các loài cùng họ hàng. Ðối với bacteriocin được sinh tổng hợp bởi vi khuẩn gram dương có hoạt tính ức chế các loại vi khuẩn gram dương. Tuy nhiên một vài loại vi khuẩn gram âm bị ức chế bởi bacteriocin hay chất giống bacteriocin được sinh ra bởi vi khuẩn gram dương. Những vi khuẩn gram dương có khả năng ức chế vi khuẩn gram âm như: Lactobacillus
acidophilus, Bacillus cereus, Streptococci, Staphylococci, Corynebacteria.
Kiểu hoạt động của Bacteriocin:
Trong giả thiết rộng của kiểu hoạt động của bacteriocins, nó được giả thiết rằng sự tương tác của bacteriocins với tế bào nhạy cảm bao gồm 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Sự hút bám vật lý để tiếp cận với thụ quan của tế bào - Quá trình thuận nghịch
- Không thường xuyên gây nguy hiểm sinh lý tế bào
Giai đoạn 2: Xuất hiện những thay đổi không thuận nghịch - Dẫn đến tế bào chết
Sơ đồ hoạt động
Cơ chế kháng khuẩn của Bacteriocin:
Cơ chế tác động bacteriocin rất đa dạng, nó có thể làm biến đổi các enzym, ức chế sự sản sinh bào tử, chúng xâm nhập vào tế bào làm mất lực đẩy proton, làm giảm thế năng của màng nguyên sinh chất và thay đổi pH nội bào do đó tạo ra các lỗ thủng không thể khắc phục được dẫn đến tế bào bị phá vỡ.
Trong công nghệ thực phẩm, nisin là bacteriocin được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi nhất trong chế biến và bảo quản một số loại thực phẩm như phomat, xúc xích, sữa chua, một số loại sản phẩm thịt, rau quả đóng hộp...Trong y dược, bacteriocin còn được ứng dụng như một chế phẩm sinh học để điều trị một số bệnh như viêm đường tiết niệu, hay nhiễm trùng đường tiêu hoá...
Ngoài ra, Reuterin và dẫn xuất của reutericyclin cũng có thể ức chế các vi khuẩn Gram âm và Gram dương, nấm và động vật nguyên sinh như giun, sán... Các diacetyl,
acetaldehyde và acetoin cũng có tác dụng kìm hãm đối với các vi sinh vật có hại ngay cả