2.3.1 Biến đổi vật lý
Một số chỉ tiêu vật lý như tỷ trọng, độ khúc xạ ánh sáng, độ nhớt của sữa phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp các chỉ tiêu trên sẽ thay đổi không đáng kể so với sữa vừa thu hoạch từ cơ thể bò mẹ.[4]
2.3.2 Biến đổi hóa học 2.3.2.1 Thủy phân chất béo 2.3.2.1 Thủy phân chất béo
Khối lượng chất béo trong sữa thuộc về nhóm triglyceride chiếm đến 97 – 98%. Các hợp chất này có thể bị thủy phân dưới xúc tác của hệ enzyme lipase tạo sản phẩm là các acid béo tự do, mono- hoặc diglyceride. Khi hàm lượng vi sinh vật trong sữa bò từ 5000 – 100000 tế bào/ml, quá trình thủy phân diglyceride được xúc tác chủ yếu bởi hệ lipase do tuyến vú động vật cho sữa tiết ra. Ngược lại, khi lượng vi sinh vật trong sữa lên đến 100000 – 10000000 tế bào/ml hệ lipase ngoại bào của các vi sinh vật trong sữa sẽ chiếm ưu thế và chúng đóng vai trò chủ lực trong việc xúc tác thủy phân lipid. Việc thủy phân chất béo, giải phóng các acid béo tự do, đặc biệt là các acid béo có phân tử lượng thấp như acid butyric, acid caproic...làm cho sữa có mùi ôi khét.[4]
2.3.2.2 Oxy hóa chất béo
Các acid béo không bão hòa có trong sữa rất dễ bị oxy hóa tại vị trí các nối đôi trong phân tử của chúng, kết quả của quá trình oxy hóa này sẽ tạo ra các hydroperoxyde và làm cho sữa có mùi kim loại. Các phản ứng oxy hóa acid béo không bão hòa càng tăng lên khi có mặt muối sắt và đồng. Ngoài ra, khi để sữa tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời, tốc độ phản ứng oxy hóa sẽ diễn ra nhanh hơn. Để khống chế quá trình oxy hóa chất béo ta cần hạn chế hàm lượng oxy hòa tan trong sữa bằng phương pháp bài khí sữa trước khi bảo quản, trong quá trình thanh trùng sữa ở nhiệt độ trên 800C cũng hạn chế được quá trình oxy hóa chất béo.[4]
2.3.2.3 Thủy phân protein
Qúa trình thủy phân protein được xúc tác bởi hệ enzyme protease, các sản phẩm thu được sẽ phụ thuộc vào mức độ thủy phân và có thể là các polypeptide với phân tử lượng khác nhau, peptid hoặc acid amin. Một số peptid làm cho sữa có vị đắng. Chính những protease do vi sinh vật nhiễm vào sữa tiết ra mới gây nên những biến đổi sâu sắc về thành phần protein lẫn mùi vị của sữa.[4]
2.3.2.4 Thủy phân các acid amin
Các phản ứng phân hủy acid amin thường gặp là desamin hóa, decarboxyl hóa...sản phẩm thu được từ các phản ứng trên là, acid không bão hòa, acid béo bão hòa, khí NH3, CO2...chúng làm thay đổi sâu sắc thành phần hóa học và mùi vị của sữa. Những yếu tố thúc đẩy phản ứng phân giải acid amin bao gồm sự tiếp xúc của sữa với ánh sáng mặt trời, sự có mặt oxy trong sữa, bảo quản sữa ở nhiệt độ cao...ta cần khống chế các yếu tố trên khi bảo quản sữa nguyên liệu.[4]
2.3.2.5 Các biến đổi hóa học khác liên quan đến sự trao đổi chất của hệ vi sinh vật có trong sữa vật có trong sữa
Các vi sinh vật khác nhau có thể có những con đường trao đổi chất khác nhau, kết quả của những chuyển hóa này làm thay đổi sâu sắc thành phần hóa học của sữa. Ví dụ, đối với nhóm lactic, để sinh tổng hợp ATP một số loài có thể chuyển hóa đường lactose thành acid lactic theo chu trình đường phân, nhiều sản phẩm trung gian và sản phẩm phụ của quá trình chuyển hóa này xuất hiện trong sữa như acetaldehyde, diacetyl, acetoin, các acid hữu cơ...Đối với nhóm vi khuẩn propionic,
trong quá trình tổng hợp năng lượng, chúng chuyển hóa đường thành acid propionic, acid acetic, khí CO2...và nhiều sản phẩm phụ khác.[4]
2.3.3 Các biến đổi sinh học
Sự trao đổi chất của hệ vi sinh vật có trong sữa được xem là biến đổi sinh học quan trọng nhất chúng phân giải và sử dụng một số chất có trong sữa để sinh trưởng và phát triển. Quá trình trao đổi chất của hệ vi sinh vật trong sữa cũng gồm hai quá trình: dị hóa và đồng hóa
- Dị hóa: là quá trình hệ vi sinh vật phân giải chất dinh dưỡng trong sữa nhờ hệ enzyme nhằm mục đích tạo ra năng lượng (ATP) và các hợp chất hữu cơ đơn giản (đường đơn, acid amin, acid béo...). Năng lượng (ATP) sẽ được sử dụng cho các hoạt động sống của vi sinh vật còn các hợp chất hữu cơ đơn giản được xem là những tiền tố vật liệu để xây dựng tế bào.
- Đồng hóa: là quá trình tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ cao phân tử (glycogen, protein, lipid...) cho cơ thể sinh vật, quá trình này được thực hiện từ các tiền tố và năng lượng do quá trình dị hóa cung cấp
Sự trao đổi chất của hệ vi sinh vật làm thay đổi thành phần hóa học và các tính chất cảm quan của sữa (màu sắc, mùi vị...):
+ Sữa bị axit hóa: do sự chuyển hóa mạnh đường lactose thành acid lactic bởi các vi khuẩn: Streptococcus, Micrococcus, Lactobacillus.
+ Sữa có mùi ôi: vị này xuất hiện khi bảo quản lạnh sữa dài ngày, do sự phân giải lipid, protein, tạo thành acid butyric, các aldehit, acetone, este và một số chất khác, gồm các loài sau: Bacterium fluoreseens, nấm mốc có hệ enzyme protease, lipase.
+ Sữa có vị đắng: có thể do dư vị của một số thức ăn chăn nuôi hoặc chủ yếu do một số vi khuẩn có khả năng thủy phân protein thành peptone, gồm các loại:
Micrococcus, Monococcus.
+ Sữa có mùi xà phòng: xuất hiện trong sữa có nhiễm vi khuẩn đường ruột, vi khuẩn huỳnh quang như Bacterium fluoreseens, B. lactis từ rơm, cỏ khô. Chúng thủy phân protein thành NH3 và tồn tại trong sữa dạng muối amôn của các acid béo làm cho pH tăng lên sữa có tính kiềm mạnh.
+ Sữa có màu xanh là do trong sữa có các loại vi khuẩn: Pseudomonas cyanogenes, Bacillus cyanogenes...
+ Sữa có màu vàng là do Bacilluslactis kết tủa casein sau đó peptone hóa chất này tạo thành màu đỏ
+ Sữa bị sủi bọt do sự hoạt động nhiều của vi sinh vật tạo thành bọt khí. Ta thường thấy nấm men và vi khuẩn đường ruột gây ra tật này trong sữa nguyên liệu.
+ Sữa tạo thành cục là do Catemularia fuliginea gây ra, sữa tiếp xúc với mốc phát triển đặc sệt lại sau đó nổi lên những cục hình cúc áo, đó chính là vùng khuẩn lạc mốc phát triển. Mốc này chịu được nhiệt độ cao, phát triển được trong điều kiện thiếu oxi, trong quá trình phát triển nó phân huỷ protein.
+ Sữa mốc thường là do Penicilium glaucum, nguyên nhân làm cho mốc phát triển là không khí còn trong hộp.
+ Hộp sữa bị phồng là do trong sữa còn nấm men, vi khuẩn butyric và trực khuẩn đường ruột sẽ tạo thành nhiều khí làm phồng nắp hộp. Trong số đó thường gặp nhất là nấm men có thể lên men được sacarose, làm hỏng lượng đường trong sữa.[2;3;6]
2.4Các vi sinh vật gây bệnh trong sữa
Sữa có thể bị nhiễm vi sinh vật gây bệnh cho người và động vật. Nguồn nhiễm là sữa của những con bò bị bệnh hoặc từ không khí, nước, dụng cụ bị bẩn, ruồi nhặng hoặc do công nhân vắt sữa...Các vi sinh vật gây bệnh trong sữa gồm có tổng vi sinh hiếu khí (TPC), Coliforms, E.coli, Salmonella, Staphylococcus aureus...Trong đó chủ yếu là nhóm vi khuẩn đường ruột.[2]
2.4.1 Tổng vi sinh hiếu khí (TPC)
Vi sinh vật hiếu khí là những sinh vật phát triển để hình thành khuẩn lạc trong điều kiện có sự hiện diện của oxy phân tử (O2). Chỉ số này còn có tên gọi khác là: số vi sinh vật hiếu khí, tổng số đếm trên đĩa, tổng số vi sinh vật sống. Chỉ số này được xác định bằng phương pháp đếm khuẩn lạc mọc trên môi trường thạch dinh dưỡng từ một lượng mẫu xác định trên cơ sở xem một khuẩn lạc là sinh khối phát triển từ một tế bào hiện diện trong mẫu và được biểu diễn dưới dạng số đơn vị hình thành khuẩn lạc (colony forming unit, CFU), số lượng đơn vị hình thành khuẩn lạc cho phép ước đoán được số lượng vi sinh vật trong một đơn vị khối lượng mẫu. Tổng số vi khuẩn
hiếu khí hiện diện trong mẫu chỉ thị mức độ vệ sinh của thực phẩm, qua đó đánh giá khả năng hư hỏng cũng như thời gian bảo quản của sữa.[3;5]
2.4.2 Coliforms
Coliforms và Coliforms phân được xem là nhóm vi sinh vật chỉ thị an toàn vệ sinh thực phẩm, số lượng hiện diện của chúng trong mẫu phân tích dùng để chỉ thị khả năng hiện diện của các vi sinh vật gây bệnh khác. Các nhà nghiên cứu cho rằng số lượng Coliforms cao đồng nghĩa với khả năng hiện diện của các vi sinh vật khác cũng rất lớn. Tuy nhiên mối liên hệ giữa số lượng vi sinh vật chỉ thị và vi sinh vật gây bệnh vẫn còn đang tranh cãi về cơ sở khoa học. Chúng được tìm thấy trong đường ruột hệ tiêu hóa động vật, trong phân, trong đất, nước hoặc thực vật nhiễm phân có chứa Coliforms.[5]
2.4.2.1 Phân loạiColiforms
- Coliforms chịu nhiệt là những Coliforms có khả năng lên men lactose và sinh hơi trên môi trường canh EC ở 440C trong 24 giờ.
- Coliforms phân (E.coli giả định) là những Coliforms chịu nhiệt có khả năng sinh indol trong canh Trypton ở 440C trong 24 giờ.
- E.coli là Coliforms phân có nghiệm pháp IMViC lần lượt là (+)(+)(-)(-).[6]
Ngoài ra, căn cứ vào nhiệt độ vi sinh vật có thể phát triển, người ta chia
Coliforms thành hai nhóm:
- Nhóm Coliforms không có nguồn gốc từ phân động vật.
- Nhóm Coliforms có nguồn gốc từ phân các loài động vật, còn gọi là Coliforms phân gồm: Escherichia, Klebsiella, Citrobacter và Enterobacter. Hiện các phương pháp kiểm nghiệm chỉ xác định được các thành viên thuộc nhóm Coliforms này.[5]
2.4.2.2 Đặc tính và hình tháicủa Coliforms
Coliforms là những vi sinh vật hình gậy, thuộc nhóm Gram (-), không tạo bào tử, kị khí tùy tiện, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu nằm trong khoảng 30 - 440C, pH thích hợp 4,4 - 9,0. Sau 12 - 16h trên môi trường thạch chúng có khả năng phát triển mạnh và tạo ra khuẩn lạc có thể nhìn thấy được. Trong sữa, Coliforms sẽ chuyển hóa đường lactose tạo acid lactic, các acid hữu cơ khác, khí CO2, H2...Chúng cũng phân giải protein tạo ra các sản phẩm khí làm cho sữa có mùi khó chịu. Ở nhiệt độ 750C trong khoảng thời gian 20 giây Coliforms sẽ bị tiêu diệt.[5;24]
Hình 2.11: Khuẩn lạc đặc trưng của Coliform trên môi trường VRB.[20]
2.4.2.3 Cơ chế gây bệnh của Coliforms
Đây là một loại vi khuẩn nguy hiểm đối với sức khỏe con người, nhất là đối với những bệnh nhân có hệ miễn nhiễm yếu. Coliforms có trong phân người, lây lan qua đường nước cầu cống. Khi sử dụng thực phẩm có chứa Coliforms, một khi vào cơ thể người ta thì có thể xâm nhập nhanh vào máu, lan qua những cơ quan khác, rất nguy hại cho sức khỏe.[9]
2.4.2.4 Các triệu chứng khi nhiễm Coliforms
Khi bị nhiễm Coliforms có thể gây mủ vết thương, gây viêm phổi, nhiễm khuẩn hệ hô hấp, suy yếu hệ miễn dịch, có thể gây chứng mệt mỏi, đau khớp xương, bắp thịt nhức nhối, lên cơn sốt, làm đau đầu. Một khi vào đến phổi thì gây những cơn ho, vào bao tử thì có thể gây chứng xuất huyết…[9]
2.4.3 Escherichia coli(E.coli)
E. coli là trực khuẩn đường ruột được phân lập từ phân người lần đầu tiên vào năm 1885, do Escherich và được đặt tên là Bacterium coli commune, ngày nay nó
được gọi là Escherichia coli (thường được viết tắt là E. coli). E. coli là một trong những loài vi khuẩn chính ký sinh trong đường ruột của động vật máu nóng (bao
gồm chim và động vật có vú). Vi khuẩn này cần thiết trong quá trình tiêu hóa thức
ăn. Sự có mặt của E.coli trong nước là một chỉ thị thường gặp cho ô nhiễm phân. [10;24]
2.4.3.1 Phân loại E.coli
E.coli thuộc họ vi khuẩn Enterobacteriaceae và thường được sử dụng làm sinh vật mô hình cho các nghiên cứu về vi khuẩn. Có nhiều loại E.coli, nhưng may mắn thay phần lớn chúng có thể nói là vô hại. Tuy nhiên, một số E. coli có thể gây tiêu chảy và loại phổ biến nhất trong nhóm E. coli có hại là E.coli O157:H7. Cho đến nay các nhà khoa học đã tìm được ít nhất bốn loại gây bệnh đường ruột cho người: - Enterobathogenic E.coli (EPEC)
- Enterocigenic E.coli (ETEC) - Enteroinvasive E.coli (EIEC)
- Enterohaemorrhagic E.coli (EHEC) hoặc Verocytoxin E.coli (VTEC) hay E.coli
O157:H7.[5]
2.4.3.2 Đặc tính và hình thái của E.coli
E.coli hình gậy nhỏ, ngắn (có khi gần như hình cầu), di động, gram (-), không tạo bào tử, hiếu khí và kị khí tùy nghi, sinh trưởng tốt nhất ở nhiệt độ 440C, lên men glucose sinh axit lactic nhiều hơn sinh indol, không sinh axetylmetylcacbinol, sinh CO2 và H2 (theo tỷ lệ 2: 1) và không có khả năng sử dụng citrate làm nguồn cacbon duy nhất. Trong sữa, E.coli lên men lactose sinh hơi rất mạnh ở 440C. Trên môi trường EMB khuẩn lạc đặc trưng màu tím, ánh kim, tròn, bờ, đều, đường kính khoảng 0,5mm.[6;20;21]
Hình 2.12: Khuẩn lạc đặc trưng của E.coli trên môi trường EMB [21]
2.4.3.3 Cơ chế gây bệnh của E. coli
E.coli có 2 loại độc tố:
- Ngoại độc tố: phá huỷ thành niêm mạc, hấp thu qua đường bạch huyết gây hoại tử và gây nhiễm độc thần kinh.
- Nội độc tố: phá huỷ thành mạch máu, làm tăng huyết áp, gây ngộ độc thần kinh và biểu hiện nhiều triệu chứng khác.
E.coli bám dính nhờ các yếu tố bám dính được ký hiệu là F4, F5, F6 và F41. Yếu tố bám dính thay đổi theo điều kiện môi trường và khả năng biến dị của từng serotyp. Vi khuẩn xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua đường miệng. Ở dạ dày, nếu pH không quá acid, E.coli sẽ sinh sôi phát triển thuận lợi hơn. Khi đến ruột, E.coli sẽ chống lại cơ chế rửa trôi bằng tính bám dính vào niêm mạc ruột và tác động lên nhung mao ruột.
Chính yếu tố bám dính và độc tố tạo nên quá trình sinh bệnh của E.coli. Bằng tính xuyên mạch, E.coli xâm nhập vào máu, đi đến các cơ quan nội tạng khác, tiết độc tố gây độc cho cơ thể.[10]
2.4.3.4 Các triệu chứng khi nhiễm E.coli
- Vi khuẩn này có thể gây rối loạn máu, nhiễm trùng huyết, bại não và suy thận, thậm chí dẫn đến tử vong .
- Tiêu chảy ra máu là triệu chứng chính của nhiễm E.coli, đau thắt bao tử và nôn ói. Triệu chứng thường bắt đầu 3 hay 4 ngày sau khi bị phơi nhiễm vi khuẩn
E.coli. Phần lớn bệnh nhân hồi phục sau vài ngày hay một tuần sau khi mắc bệnh. - Khi bị nhiễm E.coli nghiêm trọng một số triệu chứng sau đây thường được ghi nhận: da trở nên xanh xao, cảm lạnh, cảm thấy yếu cơ, có những vết thâm tím trên người và đi tiểu rất ít nước tiểu.[10;21]
Salmonella spp. được lấy tên từ nhà khoa học người Mỹ, Daniel Elmer Salmon - một nhà nghiên cứu bệnh lý động vật. Nhưng thực chất ông không phải là người phát hiện đầu tiên mà là nhà khoa học Theobald Smith, T.Smith phát hiện ra khuẩn salmonella spp. từ thịt vào năm 1885.[12]
2.4.4.1 Phân loạiSalmonella spp.
Phylum: Proteobacteria
Class: Gamma Proteobacteria
Order: Enterobacteriales
Family: Enterobacteriaceae
Genus: Salmonella
- Salmonella spp. có 2 loài chính: S.enterica và S.bongori
+ S.enterica có 6 loài phụ: I- enterica II- salamae IIIa- arizonae IIIb-diarizonae IV- houtenae VI- indica + S.bongori: V- obsolete[12]
2.4.4.2 Đặc tính và hình tháicủa Salmonella spp.
Salmonella spp. là trực khuẩn gram (-), hiếu khí và kị khí tuỳ nghi, không có nha bào, có khả năng di động ( trừ S. pullorum và S. gallinarum pullorumg), sinh acid từ glucose và mannitol nhưng không lên men sacharose và lactose, không sinh indol và không phân giải ure, hầu hết các chủng đều sinh H2S (trừ S. typhi), có kích thước 0,7 - 1,5 x 2 - 5μm, tỉ lệ % G+C: 50 - 53. Nhiệt độ phát triển từ 15 - 450C, thích hợp ở 370C, pH thích hợp ở 7,6 nhưng nó có thể phát triển được ở pH từ 6 - 9. Với pH lớn hơn 9 hoặc nhỏ hơn 4,5 vi khuẩn có thể bị tiêu diệt, khả năng chịu nhiệt của vi khuẩn kém: ở 500C trong 1 giờ, ở 700C trong 15 phút và 1000C trong 5 phút.