Khảo sát ảnh hưởng của chất lượng nguyên liệu, nhiệt độ và nồng độ CO2 đến khả năng ức chế vi sinh v

ong quá trình tổng hợp này. Dựa vào nhóm sản phẩm ñược tổng hợp từ quá trình trao
ñổi năng lượng, người ta chia vi khuẩn lactic thành hai nhóm: nhóm vi khuẩn lactic
ñồng hình và nhóm vi khuẩn lactic dị hình.
- Streptococcus lactic: Lên men ñồng hình hiếu khí (trên 80% sản phẩm chính), nhiệt
ñộ tối ưu cho sự phát triểncủa chúng là 30 - 35oC. ðặc tính sinh hóa quan trọng của
chúng là lên men glucose,galactose, lactose, dextrin nhưng không lên men saccharose.
- Streptococcus cremoris: Lên men dị hình (40 – 50% sản phẩm chính) phát triển tốt ở
20 - 25oC. Chúng làm cho sữa ñông tụ và bị nhớt. Tuy nhiên, Streptococcus cremoris
thường làm cho sản phẩm có mùi dễ chịu và có ñộ chua thấp hơn nên ứng dụng nhiều
trong công nghệ chế biến bơ.
- Các vi khuẩn sinh hương: chúng có khả năng tạo ra trong sữa nhiều sản phẩm acid
dễ bay hơi (acid acetic, acid propionic,...) và các chất thơm khác (diacetyl, ester,...).
- Vi khuẩn gây ñắng: ðặc trưng là Streptococcus liquefacien có tính chất giống
Streptococcus lactic. Chúng thực hiện quá trình pepton hóa làm cho sản phẩm có vị
ñắng.
Vi khuẩn gây thối
Nhóm vi khuẩn này chia làm hai loại
- Loại hiếu khí: Bacterium fluorescen, Proteus vulgaris, Bacillus subtilis.
- Loại yếm khí: Bacterium putrificus, Bacterium botulinus,...
Nhóm này không lên men ñường sữa. Chúng có khả năng sinh tổng hợp protease
ngoại bào trong môi trường sữa. Protease sẽ xúc tác quá trình thủy phân protein, giải
phóng pepton, các acid tự do và amoniac. Pepton làm cho sữa có vị ñắng, amoniac
làm cho sữa có phản ứng kiềm.
2.3.2 Nấm men
Trong sữa và các sản phẩm từ sữa thường gặp các giống nấm men sinh bào tử và
không sinh bào tử, chúng lên men ñường lactose thành carbonic và rượu. ðây là phản
ứng sinh hóa quan trọng trong quá trình hình thành một số sản phẩm sữa chua.
Thường thì nấm men không phân hủy lactose ñược, nhưng vi khuẩn lactic trong sữa
Luận văn Tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp & Sinh học Ứng dụng 10
chuyển hóa lactose thành glucose và galactose, sau ñó nấm men sẽ lên men các ñường
ñơn này tạo thành các sản phẩm cần thiết cho các sản phẩm sữa lên men. Một số nấm
men thuộc họ Mycoderma có khả năng tạo thành enzyme phân hủy protein và lipid tạo
nên vị ñắng trong các sản phẩm sữa
2.3.3 Nấm mốc
Nấm mốc có khả năng phân giải protein và lipid nên thường gây vị ñắng trong các sản
phẩm sữa. Nấm mốc chỉ thấy trong sữa hư hỏng hay phomai mềm do chúng thường
phát triển tiếp theo nấm men. Tất cả nấm mốc thường hiếu khí, thích nghi với môi
trường acid và ñặc biệt là môi trường ñã bị vi khuẩn lactic acid hóa. Chúng không
phát triển trong sữa tươi mà phát triển trong sữa chua và làm kiềm hóa sữa. Trong sữa
thường thấy một số loại nấm mốc sau:
- Endomyces lactic: Tạo màng trắng trên bề mặt phomai, bơ, có thể mọc sâu trong sản
phẩm ở lớp gần bề mặt.
- Mucor, Aspergillus, Penicillium, Clad-Osprium: Thường tạo nên những vệt màu
khác nhau trên bề mặt bơ, phomai và gây mùi ôi cho sản phẩm.
2.4 Tác ñộng của CO2 hòa tan ñối với vi sinh vật
2.4.1 Tác ñộng kìm hãm của CO2 hòa tan ñối với vi khuẩn
CO2 hoà tan vào môi trường sẽ làm chậm sự phát triển của các vi khuẩn gram dương
và gram âm. Việc ảnh hưởng của CO2 trên từng pha phát triển của chúng phụ thuộc
vào từng loại vi sinh vật (bảng 5). Tốc ñộ phát triển của từng pha cũng thay ñổi bởi
nồng ñộ CO2. Sự phát triển của vi khuẩn kỵ khí trong sữa cũng bị kìm hãm bởi sự hiện
diện của CO2. Thời gian nhân ñôi mật số của vi khuẩn thay ñổi theo nồng ñộ CO2 sử
dụng. Tốc ñộ phát triển cực ñại của một số loài vi khuẩn giảm theo nồng ñộ CO2.
Luận văn Tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp & Sinh học Ứng dụng 11
Bảng 5: Ảnh hưởng của CO2 trên sự phát triển của một số loài vi khuẩn
Vi sinh vật CO2
(mM)
Thời gian ñạt tốc
ñộ phát triển cực
ñại (giờ)
Thời gian
nhân ñôi mật
số (giờ)
Thời gian giai
ñoạn làm quen
môi trường (giờ)
P, fluorescens
0,4
11,2
27,1
33,6
46,3
11,7
21,1
22,7
27,3
37,5
2,7
2,4
2,3
3,4
3,4
3,3
13,3
15,0
16,0
26,1
E, coli
0,5
49,4
47,6
53,8
4,7
5,5
29,4
38,1
L, monocytogenses
0,5
49,4
22,6
44,4
2,2
3,0
15,2
34,4
Enterococcus
faecalis
0,5
51
51,8
50,7
5,5
4,0
33,6
37,6
B, cereus
0,5
47,1
61,4
33,9
37,6
44,4
2,4
2,9
5,3
26,1
28,1
26,7
B, licheniformis
0,5
49,4
48,4
54,1
5,3
5,2
30,9
36,7
(Dairy Processing improving quality (Gerrit Smit, 2003))
2.3.2 Tác ñộng của CO2 lên bào tử
CO2 hòa tan có thể làm suy giảm sự sinh sản của bào tử trong sữa nguyên liệu
(Hambleton và Rigby, 1970). Guirguis và cộng sự (1984) kết luận rằng: CO2 hòa tan
trong sữa làm giảm pH ñến khoảng 5,86 sẽ làm cho tốc ñộ sinh sản của bào tử
Bacillus cereus giảm ñến 74%.
Ngoài ra, người ta cũng ñã nghiên cứu ảnh hưởng của CO2 ñến khả năng sinh sản và
việc tạo thành các ñộc tố của Clostridium botulinum. Việc hòa tan CO2 trong sữa ñến
nồng ñộ 18,2 mM sẽ làm giảm ñáng kể sự sinh sản của C.botulinum.
2.5 Cơ chế tác ñộng của CO2 ñến sự phát triển của vi sinh vật
Cơ chế kìm hãm sự phát triển vi sinh vật do CO2 hòa tan như sau:
- Oxy bị thay thế do CO2 thêm vào.
- CO2 thêm vào làm giảm pH của sữa.
- Ảnh hưởng trực tiếp của CO2 ñến vi khuẩn.
Luận văn Tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp & Sinh học Ứng dụng 12
2.5.1 Sự chiếm chỗ của O2 bởi CO2
Khi CO2 ñược hòa tan vào sữa sẽ ñẩy O2 ra khỏi sữa và CO2 là sẽ kìm hãm sự phát
triển của các vi khuẩn hiếu khí. Người ta ñã làm thí nghiệm với Pseudomonas
fluorescens: Giữ không ñổi nồng ñộ O2 thì thấy rằng sự phát triển của P.fluorescens
chậm dần khi gia tăng nồng ñộ CO2.
2.5.2 Làm giảm pH của sữa
Khi CO2 hòa tan vào sữa thì sẽ xảy ra một chuỗi phản ứng làm thay ñổi pH trong sữa.
CO2 + H2O H2CO3
−
3HCO + H
+
−2
3CO + 2H
+
CO2 sẽ phản ứng với nước tạo thành acid carbonic. Acid carbonic sẽ phân ly thành ion
bicarbonate và H+, sau ñó tiếp tục phân ly thành ion carbonate. Chính CO2 và ion H
+
là nguyên nhân chính kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn. Tuy vậy, bicarbonate và
carbonate cũng có tác ñộng kìm hãm vi khuẩn nhưng yếu hơn.
2.5.3 Ảnh hưởng trực tiếp của CO2 ñến vi khuẩn
Tác dụng ức chế vi khuẩn của CO2 xảy ra như sau
- CO2 hoà tan vào lipid của màng tế bào gây ra những ảnh hưởng bất lợi ñến ñộ ổn
ñịnh của chúng.
- Phản ứng hydrate hoá của CO2 làm giảm pH gây nên ứng suất giữa môi trường và
nội bào.
- CO2 như một chất chuyển hoá từ nhiều con ñường chuyển hoá sinh học gây nên sự
tiêu tốn năng lượng không cần thiết của tế bào.
Tùy vào môi trường phát triển, loại vi sinh vật và trạng thái vật lý mà chúng sẽ chịu
tác ñộng kết hợp thích hợp của các cơ chế trên.
Phân tử CO2 không phân cực nên chúng tan trong lipid tốt hơn so với trong nước. Khi
CO2 tiếp xúc với màng tế bào vi khuẩn, nó sẽ hòa tan vào lớp kép lipid và làm tăng ñộ
lỏng của màng tế bào, tạo ñiều kiện cho tế bào chất của vi khuẩn tiếp xúc với môi
trường bên ngoài có pH thấp, gây ñộc cho tế bào.
Tùy vào nồng ñộ CO2 và áp suất mà CO2 cuối cùng có thể hòa tan vào tế bào chất của
vi khuẩn (ñây là môi trường có pH trung tính), làm giảm pH của tế bào chất dẫn ñến
làm thay ñổi gradient pH, tạo ứng suất lên tế bào và làm xé rách màng tế bào vi khuẩn.
Vi khuẩn có thể sống sót trong môi trường acid nhưng với một ñiều kiện là pH nội bào
phải ñược duy trì ở mức trung tính. Chính vì vậy mà tế bào phải duy trì gradient pH
giữa môi trường bên trong và bên ngoài tế bào. ðiều này ñược thực hiện nhờ tế bào có
khả năng bơm ñẩy từ bên trong ra bên ngoài tế bào. Do khả năng thẩm thấu cao của
Luận văn Tốt nghiệp khóa 29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp & Sinh học Ứng dụng 13
CO2 qua màng tế bào nên hệ thống bơm bị ức chế và làm cho pH nội bào giảm xuống,
làm biến tính protein nội bào và dẫn ñến ức chế vi khuẩn.
Dillow (1999) cũng ñã khẳng ñịnh rằng nguyên nhân chính dẫn tới ức chế vi khuẩn là
do làm giảm pH nội bào. Ballestra (1996) cho rằng: Quá trình tích lũy CO2 ở vách tế
bào dưới mức gây chết là nguyên nhân dẫn tới giai ñoạn ổn ñịnh của vi khuẩn. Khi
lượng CO2 ñược tích lũy ở tế bào tiến tới ñiểm tới hạn thì sự giảm pH nội bào ñủ làm
biến tính protein nội bào sẽ là nguyên nhân làm chết tế bào. Tăng nhiệt ñộ và nồng ñộ
CO2 sẽ làm tốc ñộ khuếch tán CO2 vào tế bào nhanh hơn và thời gian ức chế vi khuẩn
vì thế cũng sẽ giảm.
Cơ chế tác ñộng của CO2 lên bào tử không ñược biết rõ. Bào tử có một lớp màng
mỏng ñược gắn chặt vào bên dưới của một chuỗi lớp bao bọc bằng protein. Những lớp
bọc này xốp (Setlow và Johnson, 1997) và có thể là CO2 bị hoà tan vào màng của bào
tử, dẫn ñến kết quả làm cho bào tử nhạy cảm hơn với ứng suất bên ...