Chương III: ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CỦA THỰC PHẨM ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT (5t) Nguyên liệu sản xuất, thực phẩm chủ yếu động vật thực vật Đặc tính vật lý hóa học động vật thực vật dùng làm nguyên liệu thực phẩm sản phẩm thực phẩm có ảnh hưởng lớn đến phát triển vi sinh vật chúng có mặt thực phẩm Các ảnh hưởng theo chiều hướng có lợi, có chiều hướng có hại vi sinh vật Các yếu tố gây ảnh hưởng tới vi sinh vật chia làm nhóm:  Nhóm yếu tố nội sinh  Nhóm yếu tố ngoại sinh III.1 Nhóm yếu tố nội sinh Là yếu tố thuộc chất thực phẩm, yếu tố nằm mô bào thực vật động vật mà ta sử dụng làm nguyên liệu chế biến thực phẩm Các yếu tố bao gồm: pH Độ ẩm Oxy Hàm lượng chất dinh dưỡng hay thành phần hóa học III.1.1 Ảnh hưởng pH thực phẩm Tác động pH nguyên liệu lên tế bào vi sinh vật chủ yếu vào hai hướng:  Tác động lên hoạt tính enzyme thành tế bào vi sinh vật  Tác động lên tính thấm màng tế bào vi sinh vật Mỗi lồi vi sinh vật có khoảng pH định để phát triển sinh sản Ở khoảng pH này, lồi vi sinh vật có giới hạn pHcực tiểu, pHtối thích pHcực đại Dựa vào nhu cầu vi sinh vật pH người ta chia vi sinh vật thành ba nhóm:  Nhóm ưa axit pHtối thích =  Nhóm ưa trung tính pHtối thích =  Nhóm ưa kiềm pHtối thích = - 10 32 Bảng III.1 khoảng pH phát triển số loài vi sinh vật thực phẩm pH Nấm mốc Nấm men Vi khuẩn lactic Staphylococcus aureus E.coli Y enterocolitica C botulinum Bacillus cereus V parahaemolyricus Campylobacter sp Vibrio sp 10 (nguồn: Jemes M.Jay, 1997) Tên vi sinh vật pHcực tiểu Thiobaccillus thiooxidant 0,5 Bacillus acidocaldarius 2,0 Lactobacilus acidophilus 4,0 Staphylococcus aureus 4,2 Echerichia coli 4,4 Clostridium sporogenes 5,0 – 5,8 Erwinia caratovora 5,6 Pseudomonas aeruginosa 5,6 Nấm mốc 1,2 Saccharomyces cerevisiae pHtối thích pHcực đại 2,0 – 2,8 4,0 – 6,0 4,0 6,0 5,2 6,8 7,0 – 7,5 9,3 6,0 – 7,0 9,0 6,0 – 7,6 8,5 – 9,0 7,1 9,3 6,6 – 7,0 8,0 1,7 – 7,7 9,2 – 11,1 5,8 6,8 pH ảnh hưởng đến tế bào vi sinh vật? Ở hầu hết vi sinh vật pH bên tế bào trì pH gần 7, pH tế bào thực trao đổi chất tốt Màng tế bào chất không thấm ion H+ ion OH-, ngồi tế bào cịn có chế bơm ion H+ ngồi tế bào ion vượt giới hạn  Khi tế bào bị đặt mơi trường có pH bên ngồi đạt gần giá trị pHtối thích ion H+ ion OH- xâm nhập qua màng tế bào không làm ảnh hưởng đến pH bên tế bào chất  Khi tế bào đặt môi trường có pH cực cao (quá axit hay kiềm), màng tế bào bị tổn thương, ion H+ ion OH- từ mơi trường ngồi rị rỉ vào bên tế bào, hậu enzyme axit nucleic bị biến tính dẫn đến tế bào chết 33 Axit hữu yếu có tác dụng khác với axit vô Axit hữu yếu bị phân ly sau: RCOOH RCOO- + H+ Độ phân ly axit hữu tùy thuộc vào pH mơi trường Trong dung dịch axit, có nồng độ ion H+ cao hơn, cân phản ứng thiên vể dạng không phân ly Tỷ lệ % axit yếu phân ly giá trị pH đặc biệt giá trị pK Giá trị pH mà 50% axit bị phân ly pKa Axit khơng phân ly hịa tan lipit chúng khuyếch tán qua màng tế bào nơi mà ion khơng thể qua Điều có nghĩa mơi trường axit có nhiều axit khơng phân ly chúng vào bên màng tế bào chất nơi điều kiện trung tính hay axit nhẹ tế bào, phân tử không phân ly phân ly trở thành ion RCOO- H+ Tế bào bơm ion H+ ion vượt giới hạn Nhưng cuối điều trở nên không hiệu quả, pH bên tế bào giảm, hoạt động enzyme axit nucleic tế bào bị ảnh hưởng, tế bào chết Ảnh hưởng axit yếu lên tế bào vi khuẩn phụ thuộc vào môi trường Ở nồng độ ức chế tăng trưởng, gây chết tế bào, chúng có hiệu nhiệt độ môi trường thấp Ảnh hưởng kháng khuẩn acid hữu xếp theo thứ tự sau đây: Axit Propionic > axit axetic > axit citric >axit phosphoric > axit hydrochloric pH loại thực phẩm khác khác Hầu hết tính axit thực phẩm thay đổi từ axit gần trung tính Thực phẩm có phản ứng kiềm, trứng gia cẩm thuộc số thực phẩm có tính kiềm Sau pH số thực phẩm thông dụng: Thực phẩm pH Chanh 2,2 – 2,4 Dâu 3,1 -3,9 Cà chua 3,9 – 4,6 Chuối 4,5 – 4,7 Cà rốt 5–6 Khoai tây 5,3 -5,6 Thịt 5,4 – 6,9 Rau diếp 6,0 Sữa 6,3 -6,6 Lòng trắng trứng 8,6 – 8,9 Các axit hữu yếu axit malic, axit citric axit tartaric thường có sẵn thực phẩm loại trái Ở số loại trái dâu chanh độ pH thấp chúng giới hạn phát triển vi sinh vật nấm mốc nấm men Hoạt động vi sinh vật thường làm cho độ pH thực phẩm thay đổi Thí dụ:  Streptococi Lactobacili sản xuất axit lactic làm cho sữa bị chua 34  Các loại vi khuẩn Gram âm hình que Pseudomonas spp làm cho thịt bị hư hỏng có tính kiềm lí chúng sử dụng axit amin nguồn cacbon dẫn tới việc sản sinh chất amôn  Một vài loại thực phẩm có chứa lượng cao chất trì pH (dung dịch đệm), chất ngăn cản thay đổi pH Ví dụ thịt có lượng chất cao chất trì pH trái lại rau cải khơng có Ứng dụng ảnh hưởng pH chế biến bảo quản thực phẩm: - Thêm vi khuẩn lactic vào dung dịch lên men, làm hạ thấp pH môi trường tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển tiến hành lên men rượu công nghệ sản xuất rượu cồn - Ứng dụng chế biến: tiến hành muối chua rau - Trong sản xuất thực phẩm ngâm dấm, dầm dấm để hạ thấp pH môi trường, ức chế phát triển vi khuẩn gây thối loại vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm, làm tăng thời gian bảo quản sản phẩm III.1.2 Ảnh hưởng độ ẩm thực phẩm Một phương pháp bảo quản thực phẩm cổ điển loài người phương pháp sấy khô thực phẩm Sấy khô thực phẩm biện pháp tách nước (chủ yếu nước dạng tự do) khỏi nguyên liệu thực phẩm thực phẩm, tạo trạng thái môi trường bất lợi cho vi sinh vật Mọi hoạt động sống vi sinh vật liên quan đến nước, tỉ lệ nước tế bào vi sinh vật cao: vi khuẩn: 75 – 85%, nấm men: 78 – 82%, nấm mốc: 84 – 90% Phần nước tham gia vào hoạt động trao đổi chất vi sinh vật gọi nước tự Nước liên kết phần nước liên kết với chất hữu cao phân tử tế bào ( protein, lipit, hydratcacbon,…) Nước liên kết khả hòa tan lưu động Vi sinh vật cần nước trạng thái tự do, thiếu nước xảy tượng loại nước khỏi tế bào làm cho tế bào bị co nguyên sinh chết Sức đề kháng vi sinh vật trạng thái khô hạn khác nhau: - Sức đề kháng xạ khuẩn > vi khuẩn > nấm mốc - Sức đề kháng bào tử > tế bào sinh dưỡng Hoạt độ nước thực phẩm: aw Nhu cầu nước vi sinh vật biểu thị định lượng hoạt độ nước (water activity) viết tắt aw Hoạt độ nước xác định tỉ lệ áp suất nước thực phẩm áp suất nước nguyên chất nhiệt độ Áp lực bốc chất dung dịch Hoạt độ nước aw = Áp lực bốc nước tinh khiết nhiệt độ Nước nguyên chất có aw = 1, nước biển aw = 0,98, máu người: aw = 0,995; cá muối: aw = 0,75 Để vi sinh vật tồn phát triển aw khoảng 0,93 – 0,99 35 Mặt khác aw liên quan chặt chẽ với nồng độ muối, đường chất hòa tan khác thực phẩm Ví dụ: Thịt tươi chứa 75% nước hoạt độ nước 0,98 Protein mỡ khối rắn, chúng khơng tan nước, có ảnh hưởng bề mặt thấp chúng khơng tham gia vào hoạt động nước Những chất tan nước (glucose, aminoacid, muối khoáng, vitamin) diện với lượng nhỏ thịt, làm cho độ hoạt động nước thịt tươi cao Thực phẩm có thành phần muối thấp thường khơng có hoạt độ nước thấp Ví dụ: Bơ mặn, nước nhũ tương dầu, có thành phần muối – 3%, theo tính tốn phải có hoạt độ nước aw khoảng 0,993 – 0,989 Tuy nhiên, muối phân cực tan nước làm cho nồng độ muối pha lên đến 18% làm cho hoạt độ nước thực tế có liên quan đến phát triển vi sinh vật pha 0,86 Nồng độ muối thực phẩm - 5% làm chậm phát triển vi sinh vật, 10 - 12% tất hoạt động sống vi sinh vật ngừng lại Tuy nhiên số vi sinh vật sinh trưởng nồng độ muối cao Một số vi sinh vật phát triển mơi trường có aw thấp, người ta gọi chúng vi sinh vật chịu áp (osmophiles) Ví dụ: Saccharomyces rouxii: aw=0,85 Saccharomyces bailii: aw=0,80 Penicillium: aw=0,80 Haloacterium = Halococcus: aw = 0,75 (vi sinh vật ưa mặn) Xeromyces bisporus: aw = 0,70 (vi sinh vật ưa khơ) Sự giảm aw ảnh hưởng đến đường cong sinh trưởng?  Làm chậm tốc độ sinh trưởng  Làm kéo dài pha lag  Làm giảm sinh khối, kích thước tế bào pha ổn định  Làm tế bào chết nhanh pha suy vong aw bảo quản thực phẩm: Việc giảm aw thực phẩm phương pháp bảo quản thực phẩm quan trọng lâu đời Làm giảm hoạt tính nước thực phẩm ảnh hưởng đến phát triển vài loại vi sinh vật diện nguyên liệu thô hay xâm nhập vào suốt trình chế biến gây hư hỏng hay ngộ độc thực phẩm Chất hút ẩm chất tan nước cho thêm vào thực phẩm để làm giảm aw Mặc dù giống chất bảo quản chất hút ẩm không hấp thu vào thể người chúng khơng có giá trị dinh dưỡng Ví dụ sorbitol thêm vào chất hút ẩm để phòng bệnh đái đường hay làm giảm độ mứt dẻo Các phương pháp bảo quản có liên quan đến aw thực phẩm là:  Sấy khô, phơi khô để làm giảm độ ẩm nguyên liệu Có thể sấy thực phẩm ánh sáng mặt trời, máy sấy khô, máy làm đông khô 36  Thêm muối: nồng độ muối sản phẩm – 5% làm chậm phát triển vi sinh vật Đa số vi sinh vật gây thối bị ức chế nồng độ muối 10 – 12% Muối thịt: 30% muối, dưa chuột muối: 15% muối, cá: 20% muối  Thêm đường, ướp đường để bảo quản thực phẩm cần nồng độ cao muối, khoảng 60 - 70% hạn chế hoạt động vi sinh vật Tuy nhiên có số nấm mốc phát triển nồng độ đường 70 – 80% Chúng gây hư hỏng mật, mứt Nồng độ đường cao sử dụng sản xuất kẹo, mứt Nhưng sản xuất hoa đồ hộp, độ đường thường từ 20 – 30% Để bảo quản tốt thường phải khử trùng sản phẩm nhiệt độ thích hợp sau đóng hộp kín  Sấy thăng hoa phương pháp sấy đại làm giảm độ ẩm nguyên liệu mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thực phẩm  Đơng lạnh: tinh thể hóa nước tự thực phẩm làm cho vi sinh vật hấp thụ III.1.3 Ảnh hưởng oxy Sự phản ứng vi sinh vật oxy: Các vi sinh vật thay đổi nhu cầu phản ứng chúng oxy có diện oxy mơi trường Mơi trường có diện oxy mơi trường hiếu khí, khơng có oxy mơi trường kỵ khí Các nhóm vi sinh vật sau phân lập theo loại diện oxy môi trường:  Vi sinh vật hiếu khí bắt buộc: vi sinh vật cần oxy Hầu hết loại nấm, tảo, nhiểu loại vi khuẩn, ngun sinh động vật thuộc nhóm Các lồi hiếu khí bắt buộc quan trọng tìm thấy thực phẩm là: Pseudomonas fluorescens, nấm mốc Penicillium spp số loại nấm men: Pichita spp  Hiếu khí bắt buộc có giới hạn: giống hiếu khí bắt buộc sinh vật cần oxy cho sống phát triển nồng độ oxy 20% Ví dụ Campylobacter spp phát triển nồng độ oxy từ – 10%, tối thích 6%, nồng độ oxy 10% khơng thể sống  Vi sinh vật kỵ khí tùy ý: vi sinh vật phát triển mơi trường có khơng có oxy Năng lượng chất hữu trung gian giải phóng so với sinh vật hơ hấp hiếu khí Một lồi vi sinh vật biết đến nhiều nấm men Saccharomyces cerevisiae, có oxy chúng phân giải glucose tạo ATP, khơng có oxy chúng sản xuất rượu ethanol Nhiều vi khuẩn nấm men quan trọng thực phẩm thuộc loại  Vi sinh vật kỵ khí bắt buộc: vi sinh vật loại phát triển mơi trường khơng có oxy giải phóng lượng qua đường lên men Oxy chất độc làm cho vi sinh vật chết Một vài loài vi 37 khuẩn nguyên sinh động vật thuộc nhóm này, loại quan trọng thực phẩm Clostribium C botulinum  Aetolerant: loại vi sinh vật kỵ khí bắt buộc chịu đựng lượng oxy định môi trường Vi khuẩn gây ngộ độc thực phẩm Clostribium perfingens thuộc loại  Vi sinh vật độc lập với oxy: hầu hết vi khuẩn lên men lactic phát triển mơi trường có hay khơng có oxy sản xuất lượng chất trung gian lượng, chúng gọi độc lập với oxy Đôi khi, vi khuẩn lên men lactic xem kỵ khí bắt buộc hay hiếu khí bắt buộc có giới hạn Thế oxy hóa khử thực phẩm: Các chất oxy hóa chất khử tạo thành oxy hóa khử mơi trường Thực tế oxy hóa khử thực phẩm phụ thuộc số nhân tố sau:  Nồng độ oxy thực phẩm  Cấu trúc thực phẩm ảnh hưởng đến khả xuyên qua thực phẩm oxy môi trường  Nồng độ loại chất biến đổi thực phẩm chống lại thay đổi oxy hóa khử thực phẩm  Cách thực phẩm chế biến  pH thực phẩm, pH giảm đơn vị điện oxy hóa khử tăng 58mV Bề mặt thực phẩm rắn tiếp xúc với khơng khí oxy hóa khử lớn (giá trị dương), trái lại phía bên thực phẩm oxy hóa khử nhỏ (giá trị âm) Ví dụ thịt để lâu bề mặt tiếp xúc với khơng khí bị oxy hóa khử điện 200mV trái lại bên thịt bị oxy hóa khử điện thể -150mV Q trình chế biến biến đổi oxy hóa khử thực phẩm Việc băm nhỏ thịt làm gia tăng diện tích bề mặt tiếp xúc làm gia tăng oxy hóa khử Ví dụ: thịt bị băm nhỏ oxy hóa khử hồn tồn điện 200mV so với bên thịt oxy hóa khử điện -150 đến -200mV Đóng gói ngăn chặn oxy trì oxy hóa khử thấp vốn có thực phẩm sản phẩm phát triển vi sinh vật mơi trường kín Trường hợp đóng gói bên có khí tích lũy CO2 sinh từ trao đổi chất vi sinh vật Sự phát triển vi sinh vật thực phẩm có liên quan tới oxy hóa khử Vi sinh vật nhạy cảm với oxy hóa khử môi trường mà chúng phát triển Bề mặt thực phẩm tiếp xúc với khơng khí giúp cho phát triển vi sinh vật hiếu khí bắt buộc vi sinh vật kỵ khí tùy ý vi sinh vật độc lập với khơng khí Nấm mốc nói chung mọc bề mặt thực phẩm tiếp xúc với oxy khí quyển, ngoại trừ Rhizopus spp mọc nơi nồng độ oxy thấp không hình thành bào tử khơng tiếp xúc với khơng khí Thế oxy hóa khử cịn làm thay đổi chiều hướng q trình hóa sinh vi sinh vật, lồi kỵ khí tùy tiện Thí dụ: nấm men rượu 38 mơi trường khơng có oxy tiến hành lên men rượu, mơi trường có đủ oxy lại tiến hành q trình oxy hóa tăng sinh khối Ứng dụng ảnh hưởng ảnh hưởng oxy oxy hóa khử thực phẩm vi sinh vật mà người ta có phương pháp chế biến bảo quản phù hợp Để phịng tránh vi sinh vật hiếu khí người ta thường dùng phương pháp bao gói, bao gói chân khơng đóng hộp sản phẩm III.1.4 Ảnh hưởng thành phần hóa học thực phẩm Thành phần hóa học thực phẩm có ảnh hưởng đến phát triển nhóm vi sinh vật Ảnh hưởng chất dinh dưỡng thực phẩm: Để phát triển bình thường vi sinh vật cần số yếu tố dinh dưỡng thực phẩm như: nước, nguồn lượng, nguồn nitơ, vitamin muối khống, Vi sinh vật có ưa thích khác loại thực phẩm khác Nấm mốc có nhu cầu dinh dưỡng nhất, tiếp nấm men, vi khuẩn gram âm, sau vi khuẩn gram dương Từ yếu tố người ta phân loại thực phẩm làm loại: Vi sinh vật thích (thực phẩm dễ hư): đạm hàm lượng cao, axit, đường chất béo hàm lượng thấp, nước Vi sinh vật kỵ (thực phẩm khó hư): đường, muối, mỡ chiếm tỷ lệ cao, cồn, hóa chất diệt khuẩn (thuốc trừ sâu, kháng sinh dạng dư lượng) Nói tóm lại thực phẩm ngọt, mặn, chua, q khơ Ví dụ:  Thực phẩm giàu đạm (thịt cá tươi) có aw = 0,99 thường bị hư hỏng vi khuẩn  Thực phẩm giàu vitamin, đạm môi trường tốt cho vi khuẩn gây bệnh, vi khuẩn lactic  Thực phẩm giàu đường bột có aw = 0,8 thường bị hư hỏng nấm mốc Dựa vào đặc tính dinh dưỡng loại thực phẩm mà ta có phương pháp bảo quản thích hợp Ảnh hưởng chất ức chế thực phẩm Các chất độc hóa học có khả tiêu diệt ức chế hoạt động vi sinh vật Chúng có ý nghĩa lớn cơng nghiệp thực phẩm Các chất hóa học có nguồn gốc:  Có thể có sẵn cách tự nhiên thực phẩm, thí dụ: tannin, acid hữu trái xanh, chất lyzozym lòng trắng trứng, kháng thể có sữa non, chất HCN có khoai mì, chất kháng khuẩn sản phẩm trao đổi chất vi sinh vật  Có thể người chủ ý hay vơ tình cho vào thực phẩm: chất bảo quản thực phẩm, chất bảo vệ thực vật, kim loại nặng Cơ chế tác dụng chúng lên vi sinh vật nói chung khơng đồng nhất, phụ thuộc vào chất hóa học chất loại vi sinh vật 39  Ester, alcol, dung dịch kiềm yếu có tác dụng làm tan chất lipoit có thành phần tế bào  Muối kim loại nặng, kiềm, axit, phormalin làm đông tụ protein, làm thay đổi thành phần nguyên sinh chất tế bào vi sinh vật  Axit nitric, clo, bột clo, kali permanganate chất hữu oxy hóa mạnh có khả phá hủy hẳn tế bào vi sinh vật, chất khác glyxeryl, nồng độ muối, nồng độ đường cao gây áp suất thẩm thấu Ứng dụng: bảo quản thực phẩm người ta thường bổ sung vào thực phẩm hóa chất sau: - Chất hóa học vơ cơ: gồm chủ yếu axit vô muối chúng, chất kiềm muối kiềm, kim loại, halogen, peroxit khí Các loại axit vô muối chúng thường dùng gồm có: NaCl (muối ăn), hypoclorit, nitrat, nitrit, sunfit axit sunfuric, axit boric borat,… - Các chất hóa học hữu gồm có axit hữu muối chúng: axit citric, axit lactic, axit axetic, axit benzoic (natri benzoate), axit salixilic salixilat, axit socbic, loại đường glucoza, saccaroza, loại cồn cồn etylic, propylenglycol, kháng sinh tố oreomyxin (clotetraxiclin), teramyxin (oxytetraxyclin), cloromyxetin (cloramphenicol), khói củi gia vị… Ví dụ: ­ Nitrat, nitrit dùng để bảo quản thịt, cố định màu đỏ cho thịt sản xuất lạp xưởng mà người ta ưa thích, chúng có tác dụng kiềm chế vi khuẩn dung dịch axit, đặc biệt vi khuẩn yếm khí ­ Axit benzoic dùng dạng natri benzoate để bảo quản nước ép chua làm ngừng lên men Axit benzoic chất sát trùng mạnh nấm men nấm mốc có tác dụng yếu vi khuẩn ­ Axit sorbic dùng để kiềm chế nấm bánh mì phomat ­ Dùng khói củi để hun thực phẩm thịt, cá vừa để thêm mùi vị mong muốn vừa để bảo quản hay hỗ trợ bảo quản Do khói củi chứa lượng lớn hợp chất bay có tác dụng ức chế vi khuẩn diệt khuẩn gồm có formon andehyt khác, axit hữu cơ, cồn,… ­ Gia vị khơng có tác dụng ức chế vi khuẩn liều lượng thường dùng thực phẩm hỗ trợ chất tác nhân sát trùng khác việc ức chế phát triển vi sinh vật thực phẩm Các gia vị thường sử dụng là: húng lìu (gồm loại gia vị quế chi, đinh hương, hồi hương thảo quả) để làm lạp xưởng, ngồi cịn có bột (natri glutamate), tỏi, hành… Ngồi yếu tố cấu trúc vật lý thực phẩm trạng thái sinh lý thực phẩm có ảnh hưởng lớn đến phát triển vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm Cấu trúc vật lý thực phẩm trạng thái cứng mềm, vỏ dày, mỏng yếu tố quan trọng việc bảo quản chống lại vi sinh vật gây hại mà nhà chế biến bảo quản cần quan tâm 40 Ví dụ  Trái có vỏ cứng (táo, sầu riêng, dừa, ) lâu hư vi sinh vật trái có vỏ mềm (cà chua, nho, dâu, )  Thịt gia súc lâu hư thịt cá cấu trúc sợi hàm lượng nước cá cao  Giáp xác có vỏ cứng thịt lâu hư hơn, thịt tôm phần thân lâu hư trừ phần đầu dễ hư có nội tạng đầu vỏ phần đầu lỏng lẻo  Cá thân trịn mau ươn cá thân dẹt  Cá có vảy lâu ươn cá không vảy Ảnh hưởng trạng thái sinh lý động vật: Thịt gia súc, thịt cá bị stress trước giết mổ mau hư lý lượng glycogen bị tiêu hao nhiều, hàm lượng axit lactic sinh tượng co cứng kéo dài ngắn hơn, pH axit thịt, cá không hạ thấp làm cho thực phẩm dễ bị vi sinh vật công Gia súc, gia cầm, nhịn đói trước bị giết có thịt chất lượng bảo quản lâu Lí nội tạng khơng cịn thức ăn nên vi sinh vật hơn, giết mổ hạn chế phần vi sinh vật nội tạng nhiễm vào thịt (trường hợp bị vỡ ruột) III.2 Nhóm yếu tố ngoại sinh Nhóm yếu tố bên ngồi nguyên liệu sản phẩm thực phẩm bao gồm tất yếu tố môi trường nằm ngun liệu sản phẩm mà bên ngồi có ảnh hưởng đến phát triển vi sinh vật Các yếu tố bao gồm:  Nhiệt độ bảo quản thực phẩm  Độ ẩm môi trường liên quan  Ánh sáng  Sự có mặt loại khí  Sự có mặt hoạt động vi sinh vật khác III.2.1 Nhiệt độ môi trường Mỗi vi sinh vật có khả phát triển khoảng nhiệt độ định Ngoài khoảng nhiệt độ vi sinh vật bị ức chế Theo mức độ chịu nhiệt chúng mà người ta có số khái niệm sau: - Nhiệt độ tối ưu: nhiệt độ vi sinh vật phát triển thuận lợi - Nhiệt độ tối thiểu: nhiệt độ thấp mà vi sinh vật tồn phát triển yếu - Nhiệt độ tối đa: nhiệt độ giới hạn tối đa, q giới hạn vi sinh vật bị tiêu diệt Theo quan hệ vi sinh vật với nhiệt độ người ta phân vi sinh vật làm ba nhóm:  Nhóm ưa nóng (thermophiles) tìm thấy nơi có nhiệt độ cao: suối nước nóng, nước cửa biển nơi nhiệt độ lên tới 100oC Một vài thermophiles quan trọng thực phẩm như: Bacillus 41 stearothermophilus, Clostridium thermosaccharoliticum, vi khuẩn gây hư hỏng thực phẩm đóng hộp nhiệt độ cao  Nhóm ưa ấm (Mesophiles) Đại diện vi khuẩn, nấm men nấm mốc Hầu hết vi sinh vật gây bệnh ngộ độc thực phẩm mesophile Ví dụ: Samonella, Staphylococcus, Clostridium,  Nhóm ưa lạnh (Psychrophiles) Trong nhóm ưa lạnh lại chia thành hai nhóm nhỏ nhóm ưa lạnh bắt buộc (obligate psychrophiles) nhóm ưa lạnh khơng bắt buộc (facultative psychrophiles) o Nhóm ưa lạnh bắt buộc có mặt vùng Bắc Nam cực vùng đất quanh năm lạnh giá o Nhóm ưa lạnh khơng bắt buộc (tùy ý) có khả phát triển nhiệt độ thấp nhiệt độ tương đối cao Nhiệt độ thấp mà vi khuẩn phát triển bình thường -12oC, tối ưu 25 -30oC, tối đa 30 - 42oC Chúng gồm số vi khuẩn, nấm men nấm mốc Đây nhóm gây hư hỏng thực phẩm đóng hộp nhiệt độ đơng lạnh, thực phẩm tủ lạnh (từ -1 – 7oC) Ví dụ: Yersinia enterocolitica, Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum E Bảng VI.3 phân loại vi sinh vật theo ảnh hưởng nhiệt độ Ttối thiểuoC Ttối thích oC Ttối đa oC Stt Nhóm vi sinh vật Ưa nóng 40 – 45 55 - 85 >100 Ưa ấm -15 30 – 40 40 – 47 Ưa lạnh 3.1 Ưa lạnh bắt buộc -5 – 12 -15 15-20 3.2 Ưa lạnh không bắt buộc -5 – 25 – 30 30 -35 Nhiệt độ thường gây cho vi sinh vật chiều hướng sau: - Đối với nhiệt độ thấp thường không gây chết vi sinh vật mà tác động lên khả chuyển hóa hợp chất, làm ức chế hoạt động enzyme làm thay đổi khả trao đổi chất chúng, làm cho vi sinh vật khả phát triển sinh sản Nhiều trường hợp vi sinh vật chết Khả gây chết chúng từ từ không đột ngột nhiệt độ cao Dựa vào đặc tính người ta tiến hành cất giữ thực phẩm nhiệt độ thấp làm lạnh, ướp lạnh, ướp đông - Đối với nhiệt độ cao: thường gây chết vi sinh vật cách nhanh chóng Đa số vi sinh vật chết nhiệt độ 60 – 80oC Một số chết nhiệt độ cao Đặc biệt bào tử vi sinh vật tồn nhiệt độ lớn 100oC Nhiệt độ cao thường gây biến tính protit, làm hệ enzyme không hoạt động được, vi sinh vật dễ dàng bị tiêu diệt Lợi dụng đặc điểm người ta tiến hành phương pháp sấy khô thực phẩm, phương pháp trùng trùng Pasteur, tiệt trùng Tyndal, đun sôi, khử trùng đồ hộp nhiệt độ cao áp suất cao… 42 III.2.2 Ảnh hưởng độ ẩm khơng khí Độ ẩm khơng khí có ảnh hưởng đến hoạt độ nước aw thực phẩm theo định luật Raoult Vì độ ẩm khơng khí có ảnh hưởng đến phát triển hệ vi sinh vật thực phẩm aw x 100 = EHR% Hơi nước khơng khí nước hoạt động thực phẩm có khuynh hướng di chuyển qua lại để đạt đến cân Ví dụ: Thịt tươi có aw= 0,99 để mơi trường có khơng khí khơ hanh có EHR= 80%, bề mặt thịt khô hạn hạn chế phát triển vi khuẩn, tạo điều kiện tốt cho nấm mốc phát triển Đường sấy khơ có aw< 0,6 để điều kiện khơng khí bão hịa nước có EHR= 90%, đường hút nước khơng khí bị chảy, tạo điều kiện cho nấm men phát triển Tương tự, ngũ cốc sấy khô bảo quản điều kiện kho chứa ẩm ướt dễ phát sinh nấm mốc Lợi dụng đặc điểm người ta tiến hành phương pháp sấy khô, phơi khô để làm giảm độ ẩm ngun liệu, độ ẩm khơng khí để hạn chế phát triển vi sinh vật hay để vật liệu cần bảo quản điều kiện khơ cho vi sinh vật phá hoại III.2.3 Ảnh hưởng ánh sáng Ánh sáng mặt trời có tác dụng trực tiếp đại đa số vi sinh vật (trừ vi sinh vật quang tổng hợp phát triển tốt ánh sáng) Ánh sáng trực tiếp tiêu diệt vi sinh vật sau vài phút hay vài Ánh sáng khuếch tán ức chế số vi sinh vật, gây chết tác dụng kéo dài Các loài vi sinh vật khác chịu tác dụng ánh sáng khác Vi khuẩn gây bệnh nhạy cảm với ánh sáng: trực khuẩn lao chết sau 20 – 30 phút ngồi ánh sáng Phần có tác dụng mạnh với vi sinh vật tia tử ngoại Tất tia tử ngoại có bước sóng 2000 – 3000 Ao có tác dụng sát trùng, có hiệu bước sóng 2650 – 2660 Ao Tia tử ngoại có tác dụng làm phân hủy số chất hữu tế bào, làm đông tụ protit, làm hoạt tính enzyme phá hủy tế bào vi sinh vật Tuy nhiên với lượng tia tác dụng lên gen làm ảnh hưởng đến tính di truyền gây biến đổi Bào tử vi khuẩn, nấm bị tiêu diệt tia tử ngoại sức chịu đựng bào tử cao Muốn tiêu diệt bào tử phải tăng liều lượng lên gấp – lần so với thể sinh dưỡng Tia hồng ngoại có tác dụng với vi sinh vật, làm tăng nhiệt độ môi trường thường dùng để sấy khô sản phẩm Từ lâu nhân dân biết dùng ánh sáng mặt trời để khử trùng thực phẩm, đồ dùng cách đem phơi nắng mở cửa cho ánh sáng lọt vào nhà Ngày người ta thường sử dụng đèn tử ngoại để khử trùng khơng khí, trùng thực phẩm, nước uống, bao bì, thiết bị,…Ngồi ra, vi sóng dùng để trùng thực phẩm công nghệ đồ hộp loại thực phẩm hoa (vi sóng qua thủy tinh khơng thể qua kim loại) 43 III.2.4 Ảnh hưởng siêu âm Siêu âm tạo thành dao động có tần số cao 200000 dao động/giây (héc), siêu âm tác dụng mạnh lên tế bào vi sinh vật Nhiều vi sinh vật bị chết sau bị tác dụng siêu âm phút Siêu âm gây nên chấn động dung dịch làm vi sinh vật bị ép va chạm mạnh làm vỡ vỏ tế bào đồng thời tạo nên môi trường chất độc vi sinh vật H2O2, nitơ oxit Siêu âm tạo nên bọt khí hịa tan ngun sinh chất môi trường làm ảnh hưởng lớn đến hoạt động vi sinh vật Hiện người ta ứng dụng ảnh hưởng siêu âm trùng nước uống, rượu, nước giải khát… III.2.5 Thành phần khí Thực phẩm bảo quản môi trường chân không ức chế phát triển nấm mốc vi sinh vật hiếu khí bắt buộc Đã có nhiều nghiên cứu việc kết hợp tồn trữ lạnh rau với việc điều chỉnh khơng khí phịng tồn trữ Sự kiểm sốt bao gồm điều chỉnh đơn nồng độ oxy, khí khơng khí bao gồm bổ sung bớt lại khí CO2 hay O2 bổ sung thêm ozone Kiểm sốt khí (CA: control atmosphere) biểu thay đổi nhiều loại khí khác với nồng độ khơng khí bình thường Thơng thường điều thực cách tăng nồng độ CO2 hay giảm nồng độ O2 Một thuật ngữ liên hệ đến thay đổi thành phần khí khơng khí (MA: modify atmosphere) Phương pháp MAP (modify atmosphere packing) phương pháp đóng gói thực phẩm bao PE có chứa thành phần hỗn hợp khí (CO2+ N2+O2) hạn chế phát triển vi sinh vật hiếu khí, nấm mốc III.2.5 Ảnh hưởng qua lại hệ vi sinh vật diện thực phẩm Thực phẩm tươi thường bị nhiễm hỗn hợp vi sinh vật bao gồm vi sinh vật tự nhiên có nguồn gốc động vật hay thực vật kể lây nhiễm từ môi trường Trong phát triển thực phẩm, lồi vi sinh vật khơng tác động với theo kiểu cộng sinh mà theo kiểu cạnh tranh, tượng xảy ra, đan chéo vào tạo tranh sinh thái phong phú gọi tượng giao thoa vi sinh vật Ứng dụng công nghệ thực phẩm:  Vi khuẩn lactic sản sinh acid lactic sữa ngăn chặn phát triển vi khuẩn gây hư hỏng sữa gây bệnh  Nấm men diện hạt Kefir cung cấp vitamin B kích thích tăng trưởng vi khuẩn lactic  Vi sinh vật cho thấy tương tác hỗ trợ có kích thích phát triển qua lại hiệu hoạt động chung vi sinh vật tăng cường Điều xảy việc lên men yoghourt tương tác Streptococcus salivarius spp thermophilus Lactobacillus delbreukii spp bulgaricus 44 III.3 Tác động qua lại yếu tố thực phẩm: Trong thực phẩm yếu tố không tác động độc lập lên vi sinh vật Chúng luôn tương tác lẫn Điều làm tăng hiệu ức chế vi sinh vật yếu tố giới hạn (tối thiểu tối đa) Các nhân tố ảnh hưởng đến tăng trưởng vi sinh vật độ ẩm, nhiệt độ, pH, oxy hóa khử, có tác động hỗ trợ Ví dụ 1: dịng vi khuẩn Clostridium botolinum phân giải protein, phát triển mơi trường có chứa NaCl lên tới 10%, điều kiện thực phẩm có pH tối ưu 7,2 nhiệt độ tối ưu 35oC Nếu giảm pH xuống cịn 5,2 nồng độ NaCl tối đa cịn 5% Ví dụ 2: hoạt độ nước tối thiểu vi khuẩn Staphylococcus aureus 0,86 điều kiện hiếu khí, điều kiện kỵ khí 0,90 Mỗi tham số yếu tố thực phẩm thay đổi xa giá trị tối ưu trở thành rào cản làm chậm phát triển vi sinh vật gia tăng thời gian bảo quản thực phẩm Vì kết hợp rào cản thật ngăn chặn tốc độ phát triển vi sinh vật kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm không làm thay đổi nhiều tính chất hóa lý phải xử lý nhiệt hay ướp muối với nồng độ cao Khái niệm rào cản quan trọng hệ thống bảo quản sử dụng thực phẩm, tác động qua lại tham số tăng trưởng có liên quan đến chậm ngăn ngừa hư hỏng phát triển vi sinh vật gây ngộ độc thực phẩm Hệ thống bảo quản có sử dụng chất hóa học ảnh hưởng qua lại liên quan đến: chất bảo quản, pH, aw, nhiệt độ Để xác định liệu loài vi sinh vật có đặc biệt phát triển hay khơng Chất bảo quản trở thành rào cản tăng cường phát triển sinh vật diện thực phẩm Tài liệu tham khảo: Lương Đức Phẩm – Vi sinh vật học vệ sinh an tồn thực phẩm – NXB Nơng nghiệp Hà Nội M R ADAMS , M O MOSS - Microbiology of food Câu hỏi ôn tập chương III: Thế nhân tố nội sinh, ngoại sinh? Ảnh hưởng nhân tố nội sinh lên vi sinh vật? ứng dụng chúng chế biển bảo quản thực phẩm? Ảnh hưởng nhân tố nội sinh lên vi sinh vật? ứng dụng chúng chế biến bảo quản thực phẩm? Rào cản gì? Tác dộng qua lại yếu tố thực phẩm ứng dụng chúng chế biến bảo quản thực phẩm? 45 ... Nhóm vi sinh vật Ưa nóng 40 – 45 55 - 85 >100 Ưa ấm -1 5 30 – 40 40 – 47 Ưa lạnh 3. 1 Ưa lạnh bắt buộc -5 – 12 -1 5 1 5-2 0 3. 2 Ưa lạnh không bắt buộc -5 – 25 – 30 30 -3 5 Nhiệt độ thường gây cho vi sinh. .. hóa học thực phẩm Thành phần hóa học thực phẩm có ảnh hưởng đến phát triển nhóm vi sinh vật Ảnh hưởng chất dinh dưỡng thực phẩm: Để phát triển bình thường vi sinh vật cần số yếu tố dinh dưỡng thực. .. quan đến phát triển vi sinh vật pha 0,86 Nồng độ muối thực phẩm - 5% làm chậm phát triển vi sinh vật, 10 - 12% tất hoạt động sống vi sinh vật ngừng lại Tuy nhiên số vi sinh vật sinh trưởng nồng