Khảo sát biến đổi mật số vi sinh vật trong quá trình chế biến hạt sen đóng hộp

4-400C. Tuy nhiên, vẫn có
một vài vi sinh vật vẫn phát triển được ở nhiệt độ dưới 00C và một vài loại vi sinh vật
khác phát triển được ở nhiệt độ trên 1000C.
Tùy theo nhiệt độ tối thích cho sự phát triển của vi sinh vật mà người ta chia vi sinh vật ra
thành 3 nhóm
+ Vi sinh vật ưa nóng (Thermophile): Nhiệt độ tối thích trên 450C ví dụ như Bacillus
stearothermophilus, Bacillus coagulans và Lactobacillus thermophilus.
+ Vi sinh vật ưa ấm (Mesophile): nhiệt độ tối thích từ 20-450C rất phổ biến như nấm
mốc, nấm men, giống vi khuẩn Lactobacilli, Staphylococci.
+ Vi sinh vật ưa lạnh (Psychrotrophs): có thể chịu được và phát triển ở nhiệt độ dưới
200C, chẳng hạn như Pseudomonas, Moraella-Acinetabacter.
Mỗi loại vi khuẩn, nấm mốc, nấm men đều có khoảng nhiệt độ tối thích nằm trong vùng
ưa ấm, ưa lạnh và ưa nóng. Khả năng chóng chịu với nhiệt độ cao của nấm mốc và nấm
Luận văn tốt nghiệp Khóa 28 – 2007 Trường Đại học Cần Thơ
Chuyên Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng 9
men ít hơn vi khuẩn. Khi nhiệt độ tiến gần bằng 00C, chỉ có một số ít vi sinh vật có thể
chịu được và sự phát triển của chúng cũng chậm dần đi. Khi nhiệt độ dưới 50C thì sự phát
triển của vi sinh vật gây hư hỏng bị chậm lại.
Bảng 2 : Sự phát triển của vi sinh vật ở các khoảng nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ (0C)
Nhóm vi sinh vật
Cực tiểu Tối thích Cực đại
Ưa nóng 40 - 45 55 60 - 70
Ưa ấm 5 - 15 30 - 40 40 - 47
Ưa lạnh
Ưa lạnh bắt buộc (-5) - 5 12 - 15 15 - 20
Ưa lạnh không bắt buộc (-5) - 5 25 - 30 30 - 35
Nguồn: An toàn vệ sinh thực phẩm ( TS Nguyễn Đức Lượng, TS Phạm Minh Tâm, 1995)
Căn cứ vào yếu tố nhiệt độ mà người ta có thể kiểm soát được sự phát triển của vi sinh
vật. Cụ thể là
- Nhiệt độ cao
Nhiệt độ cao có ảnh hưởng rất mạnh và trực tiếp đối với cơ thể vi sinh vật. Nói chung
nhiệt độ từ 60 - 700C kéo dài trong 30 phút có thể tiêu diệt gần hết các thể sinh dưỡng.
Nhiệt độ cao gây biến tính protein trong tế bào do đó tế bào chất và enzyme bị đình chỉ
hoạt động.
Tính chịu nhiệt của các loài vi sinh vật rất khác nhau, thường nấm men, nấm mốc chết khá
nhanh ở nhiệt độ 50 -600C , một số vi khuẩn chịu nhiệt thì 80 -900C mới bị tiêu diệt.
Tốc độ chết của vi sinh vật phụ thuộc rất nhiều vào hàm lượng nước trong tế bào: lượng
nước càng ít sức chịu đựng nhiệt độ càng cao. Do hàm lượng nước trong bào tử rất ít nên
bào tử có tính chịu nhiệt rất cao. Ngoài ra ở môi trường ẩm vi sinh vật bị tiêu diệt nhanh
hơn môi trường khô. Vì vậy khi sử dụng môi trường không khí khô vi sinh vật bị tiêu diệt
ở 160 - 1700C nhưng khi ở môi trường ẩm chỉ cần 1200C chúng đã bị tiêu diệt.
Tính chịu nhiệt của vi sinh vật còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như pH môi trường,
hóa chất, thế oxy hóa khử...
Luận văn tốt nghiệp Khóa 28 – 2007 Trường Đại học Cần Thơ
Chuyên Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng 10
- Nhiệt độ thấp
Nhiệt độ thấp không ảnh hưởng mạnh như nhiệt độ cao. Thường thì nhiệt độ thấp không
tiêu diệt được vi sinh vật, chỉ gây ức chế mọi hoạt động sống của chúng do sự giảm năng
lượng hoạt động của các chất trong tế bào, các phản ứng hóa sinh tiến hành khó khăn hơn.
Ở nhiệt độ thấp đa số các vi sinh vật chuyển sang trạng thái tiềm sinh. Trong thực tế người
ta dựa vào đặc điểm này để tiến hành bảo quản vi sinh vật cũng như bảo quản thực phẩm.
Bảng 3: Tác động của nhiệt độ đối với vi sinh vật
Nhiệt độ (0C) Nhiệt độ (0F) Tác động tiêu diệt vi sinh vật
121 250 Nhiệt độ hơi nước tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật và bào tử trong vòng15-20 phút.
116 240 Nhiệt hơi nước tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật và bào
tử trong vòng 30-40 phút
110 230 Nhiệt hơi nước tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật và bào
tử trong vòng 60-80 phút
100 212
Nhiệt độ sôi của hơi nước có thể tiêu diệt tế bào
sinh dưỡng của vi sinh vật nhưng không tiêu diệt
được bào tử của chúng.
82-93 179-200 Tế bào đang phát triển của nấm men, nấm mốc bị
tiêu diệt hoàn toàn
62-82 151-180 Các vi sinh vật ưa nhiệt vẫn phát triển được
60-70 140-171 Tiêu diệt phần lớn vi sinh vật gây bệnh trong sữa,
nước quả, trừ bào tử của chúng.
16-38 61-100 Các loài nấm men, nấm sợi, vi khuẩn phát triển rất
mạnh
10-16 50-61 Các loài ưa lạnh phát triển mạnh
0 32 Các loài vi sinh vật ngừng phát triển
-18 0 Vi khuẩn ở trạng thái chết.
Nguồn: An toàn vệ sinh thực phẩm ( TS Nguyễn Đức Lượng, TS Phạm Minh Tâm, 1995)
Luận văn tốt nghiệp Khóa 28 – 2007 Trường Đại học Cần Thơ
Chuyên Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng 11
2.5. Động học của quá trình chết nhiệt của vi sinh vật
Sự chết nhiệt của vi sinh vật ở một nhiệt độ nào đó có thể được biểu diễn bằng phương
trình động học bậc nhất như sau:
dN/dt = - k.N (1)
Trong đó
N: số lượng vi sinh vật tại thời điểm t (cfu/ml).
t: thời gian xử lý nhiệt (phút).
dt
dN
: vận tốc tiêu diệt vi sinh vật, tức là biến đổi lượng vi sinh vật theo thời gian.
k: Hằng số tốc độ tiêu diệt vi sinh vật (k phụ thuộc không chỉ vào loài vi sinh vật
mà còn tính chất sinh lý học của chúng.)
Ta có thể viết phương trình (1) dưới dạng
k
N
dt
dN
−=
Ví dụ: giá trị k của bào tử vi khuẩn ở 1210C là 1/phút, tế bào sinh dưỡng từ 10 đến
1010/phút tùy thuộc vào từng loại vi sinh vật.
Lấy tích phân phương trình (1) trong khoảng giới hạn điều kiện đầu N0 ở thời điểm t = 0
đến điểm cuối N ở thời điểm t = t ta được nghiệm là một hàm số.
kt
oeNN
−
= (2)
Cũng có thể viết:
N
N
k
t oln1= (2’)
hay
N
N
k
t olog303,2= (3)
 t
k
N
N
o 303,2
log −= (3’)
No: lượng vi sinh vật ban đầu (cfu/ml).
Luận văn tốt nghiệp Khóa 28 – 2007 Trường Đại học Cần Thơ
Chuyên Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng 12
Nếu vẽ đường biểu diễn về mức độ tiêu diệt vi sinh vật theo thời gian bởi phương trình
(2), ta có đồ thị:
Hình 5: Sự tiêu diệt vi sinh vật bằng nhiệt theo thời gian
Biểu diễn theo hàm logN/No, ta có đồ thị là một đường thẳng, độ dốc là 303.2
k
−
Hình 6:Thời gian tiêu diệt vi sinh vật theo mối quan hệ logarite
Với trị số D là thời gian giảm mật số vsv mười lần. Trị số D tỉ lệ nghịch với hằng số tốc
độ vô hoạt k.
D = 2,303/k
Hay t =
N
ND 0log
N
t
No
Theo lý thuyết
Theo thực nghiệm
Luận văn tốt nghiệp Khóa 28 – 2007 Trường Đại học Cần Thơ
Chuyên Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng 13
2.6. Tính toán ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt (Giá trị tiệt trùng F)
Hình 7: Biểu diễn “thời gian chết nhiệt” của vi sinh vật
Với trị số F là thời gian (tính bằng phút) cần thiết để tiêu diệt vi sinh vật tại một nhiệt độ
nhất định.
F có giá trị cụ thể cho từng nhiệt độ
F0 là giá trị của trị số F ở nhiệt độ 2500F (121,10C)
z là khoảng nhiệt độ cần thiết cho ‘thời gian chết nhiệt’ thực hiện một chu trình logarite.
“Thời gian chết nhiệt” là thời gian cần thiết ở một nhiệt độ nhất định, dưới những điều
kiện nhất định để vô hoạt một số lượng xác định của vi sinh vật hay bào tử.
Dựa vào đồ thị biểu diễn thời gian chết nhiệt của vi sinh vật, ta có
Độ dốc của đường thẳng
ZT
Ft
tg 1
1.121
loglog
=
−
−
=α
Z
T
tF
Z
T
t
F
Z
TFt
1.121
10.
1.121log
1.121loglog
−
=
−
=
−
=−
Một cách tổng quát, giá trị F được biểu thị
Theo lý thuyết
Theo thực nghiệm
Thời gian
tiệt trùng
t
(phút)
Luận văn tốt nghiệp Khóa 28 – 2007 Trường Đại học Cần Thơ
Chuyên Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng 14
Z
TT
T
Z
ref
ref tF
−
= 10.
Tref = nhiệt độ tương ứng với quá trình xử lý nhiệt (quá trình tiệt trùng là 121.1oC)
z: tùy thuộc loại vsv cần tiêu diệt và tính chất của sản phẩm (đối với loại chịu nhiệt và
sinh bào tử như clostridium botulinum, Z=10oC)
Trong trường hợp nhiệt độ thay đổi theo thời gian, người ta ghi nhận T(t), khi đó giá
trị F được tính như sau
∫ ∑
∞
−−
∆==
0
0
)()(
10.10
n
Z
TtT
Z
TtT
Z
T tdtF
refref
ref
Nó có ý nghĩa là tính trên tổng thời gian ảnh hưởng tức thời, mà ta đã được biểu thị bởi
giá trị Z
TT ref−
10 được gọi là yếu tố Bigelow
Công thức Bigelow cho ta tính được sự phá hủy các bào tử bởi nhiệt trong trường hợp xử
lý ở nhiệt độ không cố định.
Hình 8: Đồ thị thanh trùng tổng quát
Thời gian chết nhiệt phụ thuộc vào các điều kiện như sau:
 Số lượng và mật độ của vi sinh vật trong môi trường gia nhiệt.
 Tuổi và thời kỳ phát triển của giống vi sinh vật.
 Những đặc tính lý, hóa học của môi trường mà vi sinh vật được gia nhiệt (pH, độ ẩm,
thành phần dinh dưỡng ).
Nhiệt độ môi trường
Nhiệt độ
sản phẩm
Thời gian chế biến
Nhiệt độ
Thời gian
Luận văn tốt nghiệp Khóa 28 – 2007 Trường Đại học Cần Thơ
Chuyên Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng 15
 Những đặc tính lý, hóa học của môi trường mà trong đó vi sinh vật sẽ phát triển sau
khi gia nhiệt.
 Có hay không sự áp dụng quá trình khuấy trộn trong khi gia nhiệt.
 Bao bì chứa môi ...