Vì sao dùng phương pháp pasteur trong tiệt trùng sữa
THANH TRÙNG, TIỆT TRÙNG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (745.87 KB, 39 trang ) Chương 6. THANH TRÙNG, TIỆT TRÙNG phát triển nhanh ở nhiệt độ quanh 370C. * Bacillus subtilis: có bào tử, không gây bệnh. Bào tử chịu được ở 100 0C trong 1 giờ, 1150C trong 6 phút. Loại này có trong đồ hộp cá, rau, thịt. Không gây mùi vị lạ, phát triển rất mạnh ở 25 - 350C. * Salmonella: thuộc nhóm vi khuẩn gây bệnh, hiếu khí, ưa ẩm, không có bào tử nhưng có độc tố. + Vi khuẩn yếm khí * Clostridium sporogenes: Chúng phân hủy protein thành muối của NH 3, rồi thải NH3, sản sinh ra H2S, H2 và CO2. Bào tử của nó chịu đựng được trong nước sôi trên 1 giờ. Clostridium sporogenes có độc tố, song bị phá hủy nếu đun sôi lâu. Loại này có 133 trong mọi đồ hộp, phát triển rất mạnh ở 27 - 580C. Nhiệt độ tối thích là 370C. * Clostridium putrificum: là loại vi khuẩn đường ruột, có bào tử, không gây bệnh. Các loại nguyên liệu thực vật đề kháng mạnh với Clostridium putrificum. Loại này có trong mọi đồ hộp, nhiệt độ tối thích là 370C. * Bacillus botulinus: còn có tên là Clostridium botulinum. Thực phẩm chỉ bị nhiễm loại này khi không tuân theo nguyên tắc vệ sinh và tiệt trùng. Bào tử có khả năng đề kháng mạnh: ở 100oC là 30 phút, 115oC là 10 phút, 120oC là 4 phút. Độc tố bị phá hủy hoàn toàn khi đun nóng 80oC trong 30 phút. + Vi khuẩn vừa hiếu khí vừa kỵ khí * Bacillus thermophillus: có trong đất, phân gia súc, không gây bệnh, có bào tử. Tuy có rất ít trong đồ hộp nhưng khó bị loại trừ. Nhiệt độ tối thích là 60 - 70oC. * Staphylococcus pyrogenes aureus: có trong bụi và nước, không có bào tử. Thỉnh thoảng gây bệnh vì sinh ra độc tố, dễ bị phá hủy ở 60 - 70 oC. Phát triển nhanh ở nhiệt độ thường. + Nấm men: chủ yếu là Saccharomyces ellipsoides, hiện diện rộng khắp trong thiên nhiên. Nấm men thường thấy trong đồ hộp có chứa đường. Bào tử của nấm men không có khả năng chịu đựng được nhiệt độ cao, chúng có thể chết nhanh ở nhiệt độ 60oC. + Nấm mốc: ít thấy trong đồ hộp. Nói chung nấm men và nấm mốc dễ bị loại trừ trong quá trình xử lý nhiệt đối với thực phẩm. - Theo nhiệt độ phát triển tối ưu, vi sinh vật được phân loại như sau: + Vi sinh vật ưa lạnh: phát triển trong phạm vi nhiệt độ từ -10° đến 10°C (14° đến 50°F). Những sinh vật này gây sự hư hỏng của thực phẩm trong tủ lạnh. + Vi sinh vật ưa ấm: phát triển trong phạm vi nhiệt độ từ 10° đến 40°C (50° đến 104°F). Đa số vi sinh vật trong thực phẩm thuộc vào thể loại này. + Vi sinh vật ưa nhiệt: tồn tại và thường phát triển mạnh ở nhiệt độ cao khác nhau, từ 40° đến 80°C (104°F đến 176°F). Ngành công nghiệp thực phẩm rất quan tâm đến những vi sinh vật nhóm này vì khả năng tồn tại ở nhiệt độ cao của chúng. Xử lý nhiệt thích hợp là cần thiết để đảm bảo phá hủy các bào tử và vi sinh vật ưa nhiệt. Sự phân loại vi sinh vật theo khoảng nhiệt độ mà chúng phát triển được mô tả ở hình (6.1). Trong quá trình xử lý nhiệt thì vi sinh vật yếm khí Clostridium botulinum là mục tiêu chính cần loại trừ vì: Có thể sản sinh ra độc tố làm chết người dù ở liều lượng rất thấp, có khả năng hình thành bào tử, rất bền nhiệt, hầu hết nguyên liệu đều nhiễm vi sinh vật này, nên chúng quan hệ mật thiết tới lĩnh vực an toàn thực phẩm. Chính vì những lý do trên, Clostridium botulinum được xem là nguyên nhân gây ngộ độc thực phẩm. Trong thực tế rất khó vô hoạt bào tử Clostridium botulinum. Để vô hoạt bào tử 134 Clostridium botulinum, đòi hỏi phải xử lý ở nhiệt độ cao, đây là nguyên nhân dẫn đến việc giảm giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan của các thực phẩm, không đáp ứng được đòi hỏi của người tiêu dùng. Chính vì thế, việc ngăn cản hư hỏng thực phẩm thường là hạn chế sự phát triển nhanh của bào tử Clostridium botulinum hơn là vô hoạt. Việc xử lý nhiệt thành công để phá hủy bào tử Clostridium botulinum là kết hợp với nhiều yếu tố (yếu tố bên trong và bên ngoài) như pH, nhiệt độ, oxy, hoạt độ của nước, phụ gia bảo quản hoặc kết hợp với nhóm vi sinh vật cạnh tranh Hình 6.1. khoảng nhiệt độ thích hợp của các loại vi inh vật Thông thường bào tử Clostridium botulinum không hình thành và phát triển trong thực phẩm có pH < 4,5. Vì vậy, pH = 4,5 được chọn là ranh giới phân chia giữa thực phẩm acid và thực phẩm ít acid. - Trong thực phẩm acid (pH < 4,5) bào tử Clostridium botulinum có thể hiện diện, không có dấu hiệu liên quan đến sự phát triển nhanh, có thể áp dụng xử lý nhiệt trung bình để phá hủy chúng (thanh trùng) - Trong thực phẩm ít acid (pH > 4,5) xử lý nhiệt ở mức độ tương đối cao có thể sử dụng với mục đích tiêu diệt bào tử Clostridium botulinum, nhưng phải kết hợp với quá trình bảo quản mát. Trong trường hợp này, quá trình tiệt trùng thường được áp dụng hơn. Như vậy, dựa vào sự tác động của nhiệt độ lên tế bào vi sinh vật mà người ta đã xây dựng nên các phương pháp thanh trùng, tiệt trùng bằng nhiệt độ cao. Tùy vào đặc điểm của nguyên liệu, yêu cầu chất lượng sản phẩm, dạng bao bì… mà có thể dùng phương pháp thanh trùng Pasteur, tiệt trùng UHT (Ultra High Temperature), tiệt trùng trong hộp kín (ở nhiệt độ cao và áp suất cao). 1.1.2. Sự vô hoạt vi sinh vật bằng nhiệt Sự tồn tại của vi sinh vật trong các sản phẩm thực phẩm không những ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng mà còn là vấn đề rất được quan tâm đối với các nhà 135 sản xuất vì làm giảm thời gian bảo quản thực phẩm. Sự tồn tại của vi sinh vật trong các sản phẩm chế biến là nguyên nhân gây hư hỏng sản phẩm một cách nhanh chóng. Vì vậy người ta đã dựa trên sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên tế bào của vi sinh vật nhằm hạn chế sự hoạt động của chúng và tiêu diệt phần lớn vi sinh vật giúp kéo dài thời hạn bảo quản và tránh hiện tượng ngộ độc thực phẩm do chúng gây ra. Khi nâng nhiệt độ của môi trường quá nhiệt độ tối thích của vi sinh vật thì hoạt động của vi sinh vật bị chậm lại. Ở nhiệt độ cao, protein của chất nguyên sinh của vi sinh vật bị đông tụ làm cho vi sinh vật bị chết. Quá trình đông tụ protein này không thuận nghịch, nên hoạt động của vi sinh vật không phục hồi sau khi hạ nhiệt độ. Khả năng chịu đựng nhiệt độ cao của vi sinh vật có trong thực phẩm là rất khác nhau, bào tử chịu nhiệt tốt hơn vi sinh vật đang sinh trưởng. Vi sinh vật ở dạng đang sinh trưởng bị chết ở 60-700C trong khoảng 30 phút. Bào tử vi khuẩn chịu được nhiệt độ khá cao,đến 1000C, bào tử nấm men và nấm mốc chết ở nhiệt độ 65-800C. 1.1.3. Động học của quá trình tiêu diệt vi sinh vật bằng nhiệt Từ thực nghiệm đã chỉ ra rằng sự tiêu diệt vi sinh vật được thể hiện bởi phương trình: (6.1) Trong đó: N- lượng vi sinh vật trong sản phẩm sau thời gian xử lý nhiệt t, (cfu/ml) KT - hệ số vận tốc tiêu diệt vi sinh vật ở nhiệt T, tùy theo loại vi sinh vật và tính chất của thực phẩm mà trị số KT thay đổi. τ- thời gian xử lý (phút); n- bậc phản ứng Trong hầu hết trường hợp, bậc phản ứng bằng 1, tiến trình vô hoạt bậc nhất có thể viết như sau: (6.2) Hay: (6.3) Lấy tích phân phương trình vi phân (6.3) theo các điều kiện: ở thời điểm ban đầu τ = 0 thì N = N0 ở thời điểm τ = τ thì N = N Ta được: (6.4) Ở nhiệt độ không đổi, KT = hằng số (quá trình đẳng nhiệt) 136 Ta có thể viết phương trình (6.4) như sau: (6.5) ln (N) – ln (N0) = - KT. τ (6.6) ln (N/No) = -KT.τ lg Đổi từ logarit cơ số e thành cơ số 10, ta có: (6.7) KT N =− τ No 2, 303 (6.8) N = N0 e-KT τ Hay Trong đó: N- lượng vi sinh vật trong sản phẩm ở thời điểm t (cfu/ml) N0- lượng vi sinh vật ban đầu (cfu/ml) KT- hệ số vận tốc tiêu diệt vi sinh vật τ- Thời gian gia nhiệt (phút) Vậy, ở nhiệt độ không đổi, lượng vi sinh vật giảm theo hàm số mũ theo thời gian. Điều này có nghĩa tổng số vi sinh vật không thể giảm đến 0. Vì vậy, không thể đảm bảo tuyệt đối rằng tất cả 100% vi sinh vật sẽ bị tiêu diệt bởi một quá trình nào đó. Đường biểu diễn mức độ tiêu diệt vi sinh vật theo thời gian gọi (hình 6.2) Nếu biểu diễn theo phương trình (6.8) trên hệ trục tọa độ trục tung có giá trị là lg(N/No) và trục hoành là t, thì sự giảm số lượng vi sinh vật theo thời gian là đường thẳng với hệ số góc là − KT 2, 303 , đó là đường logarit biểu diễn mức độ chết của vi sinh 137 hay còn gọi đường tốc độ chết (hình 6.3) - Thời gian tiệt trùng để giảm số lượng vi sinh vật Gọi D là thời gian cần thiết tại một nhiệt độ xác định để tiêu diệt 90% lượng vi sinh vật ban đầu, tức là số còn lại là 10% (từ 100 còn 10, 10 còn 1, 1 còn 0,1 v.v...) gọi là thời gian giảm thập phân. Ví dụ: nếu số xem vi sinh vật ban đầu là 100%, tiệt trùng nhiệt tiêu diệt được được 90%, vậy số vi sinh vật còn sống sót là 10%. Như vậy, so với ban đầu thì số vi sinh vật đã giảm đi 10 lần. Ta có thời gian thập phân là 1D. Tương tự, thời gian thập phân 2D là giảm được 99% (số còn lại 1%, tỷ số giảm là 100%/1% = 100 lần có D=2, thời gian thập phân 3D là giảm được 99,9% Hình 6.3. Mối quan hệ logarite giữa sự giảm số vi sinh vật theo thời gian - Giá trị tiệt trùng Để đánh giá quá trình tiệt trùng, người ta sử dụng giá trị tiệt trùng, ký hiệu là SV (sterilization value). Giá trị tiệt trùng là số thập phân cần giảm của số lượng vi sinh vật hiện có ban đầu. Chẳng hạn, số lượng vi sinh vật hiện có trong thực phẩm là N, giá trị thanh trùng 12, nghĩa là cần giảm 12 số thập phân của số N, tức là giảm 10 12 lần số vi sinh vật hiện có (N), số vi sinh vật còn lại sẽ là N/1012 = N.10-12 . Ví dụ: Một loại đồ hộp chứa 102 vi sinh vật trong mỗi hộp. Một quá trình thanh trùng có giá trị 6D là nhằm để giảm số lượng vi sinh vật xuống 6 số mũ thập phân tức là giảm số lượng vi sinh vật trong hộp xuống còn 10 2x10-6 =10-4. Số này tương đương với việc cho phép trong 10.000 hộp có 01 vi sinh vật. Một giá trị tiệt trùng 12 là giảm số vi sinh vật đã có xuống đến 10-10 cá thể trong hộp, tức là giảm số vi sinh vật sống 138 sót xuống còn 1 trong 1010 hộp. Giá trị 12 dựa trên cơ sở phá hủy Clostridium botulinum, là tiêu chuẩn được thực hiện trong thời gian dài trong công nghiệp thuwccj phẩm đồ hộp. Theo hình 6.3 và phương trình (6.8) ta xây dựng được mối quan hệ giữa hệ số vận tốc KT và thời gian D: − K 1 =− T D 2, 303 (6.9) lg N 1 =− No Dτ (6.10) Nên phương trình (6.8) có thể viết: Vậy thời gian tiêu diệt vi sinh vật là: τ= D lg N0 N (6.11) SV - giá trị tiệt trùng, là số thập phân giảm lượng vi sinh vật ban đầu. Từ (6.11), ta có: hay (6.12) Giá trị D phụ thuộc vào loài vi sinh vật, giá trị D của loài vi sinh vật nào đó càng lớn thì sức kháng nhiệt của vi sinh vật đó càng lớn. Giá trị D phụ thuộc vào số lượng vi sinh vật ban đầu trong nguyên liệu, sản phẩm, số lượng ban đầu càng lớn thì D càng lớn. Sự phá hủy vi sinh vật tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao thì vi sinh vật bị tiêu diệt càng nhanh. Biểu diễn sự trị số D theo nhiệt độ ta sẽ được đường biểu diễn là đường thẳng gọi là đường thời gian chết theo nhiệt độ của vi sinh vật. Gọi z là số nhiệt độ cần thiết để làm xảy ra sự thay đổi 10 lần thời gian chết nhiệt D, tính bằng oC. Giá trị z biểu diễn giá trị trên hình (6.4). Giá trị D và giá trị z được dùng để đặc trưng cho khả năng kháng nhiệt của vi sinh vật. Giá D và giá trị z của các nhóm vi sinh vật được cho ở bảng sau (bảng 6.1) Bảng 6. 1. Giá tri D và z của một số loại vi sinh vật. (theo Fellows ) Vi sinh vật Z121 (phút) D (°C) Loại thực phẩm Bacillus stearothermophilus 10 4,0 Rau quả, sữa Clostridium thermosaccharolyticum 7,2 - 10 3,0 - 4,0 Rau quả Clostridium sporogenes 8,88 - 11,1 0,8 - 1,5 Thịt Bacillus subtilis 4,1 - 7,2 0,5 - 0,76 Các sản phẩm sữa Loại ưa nhiệt (35° - 55°C) Loại ưa ấm (10° to 40°C) 139 C. botulinum toxyns A and B 5,5 0,1 – 1,3 Các thực phẩm acid thấp 10 3,0 (60°C) Các thực phẩm acid thấp Loại ưa lạnh (–5° to 1,5°C) C. botulinum toxyn E Hình 6.4. Sự phụ thuộc thời gian làm giảm vi sinh vật và nhiệt độ - Xác định sự phụ thuộc thời gian tiệt trùng theo nhiệt độ Gọi t0 là thời gian cần thiết ở nhiệt độ tham khảo 121,1 oC (250oF) để đạt được giá trị tiệt trùng mong muốn. Ta cần tìm phương pháp xác định thời gian cần thiết để đạt được giá trị tiệt trùng mong muốn đó nhưng ở nhiệt độ khác 121,1oC. Giả sử thời gian giảm lượng vi sinh vật theo nhiệt độ đối với một loại vi sinh vật giả định được cho ở hình (6.5). Ta thiết lập phương trình của đường biểu diễn sự phụ thuộc thời gian diệt vi sinh vật theo nhiệt độ. Xuất phát từ phương trình tổng quát của đường thẳng có dạng: y= mx + b, ta sẽ tìm các giá trị m và b. Xét hệ trục tọa độ vuông góc, trục Y là logarit của thời gian, Y=log τ. Trục X là nhiệt độ (T). Hệ số góc (độ dốc) m là ΔY/ ΔX. Theo đồ thị, ta có ΔY = -log10 = -1; ΔX =z. Vậy m = -1/z. Thay thế vào phương trình đường thẳng, ta có: log τ = (-1/z) T + b (6.13) Xác định giá trị b. Đường thẳng này đi qua điểm (t 0; 121,1oC) (theo định nghĩa ở trên). Thay thế vào phương trình (6.13), ta được: log τ =(-1/z) 121,1 + b 140 b = log t0 + 121,1/z Thay thế kết quả tìm được vào phương trình (6.13), ta được: (6.14) Hình 6.5. Đường biểu diễn sự phụ thuộc thời gian diệt vi sinh vật theo nhiệt độ Ví dụ 1. Một kỹ thuật viên công nghệ thực phẩm sử dụng nhiệt để tiệt trùng đồ hộp đậu. Người kỹ thuật viên nhận thấy rằng tiệt trùng đã làm cho 99,9999% số tế bào Clostridium botulinum bị tiêu diệt so với ban đầu. Hỏi giá trị tiệt trùng của quá trình đó là bao nhiêu? Giải Phần trăm số lượng vi sinh vật còn lại sau quá trình tiệt trùng là: 100% - 99,9999% = 0,0001% Tỷ lệ số vi sinh vật ban đầu so với số vi sinh vật cuối cùng còn lại là: 100%/0,0001% = 106 Số thập phân giảm là: lg106 = 6 Giá trị thanh trùng của quá trình xử lý nhiệt là 6 Ví dụ 2. Người ta dùng nhiệt để tiệt trùng thực phẩm chứa trong hộp. Người ta thấy rằng tiệt trùng một lần sẽ đạt được kết quả 99,9999% vi sinh vật C. Botulinum bị bất hoạt. Hãy xác định tỷ số vi sinh vật ban ban đầu và số vi sinh vật còn sống sót sau tiệt trùng bằng nhiệt và số thập phân vi sinh vật bị giảm. Giải Số phần trăm của vi sinh vật còn lại sau xử lý là: 100% - 99,9999% = 0,0001% 141 Tỷ số vi sinh vật ban đầu và vi sinh vật còn sống là: 100% / 0,0001% = 1.000.000 = 106 Số logarit thập phân vật ban đầu và vi sinh vật còn sống là: lg (N0/N) = lg106 = 6 Ví dụ 3. Một loại đồ hộp thịt gà cần được xử lý ở nhiệt độ không đổi cho đến khi giảm được 99,9999% vi khuẩn C.Botulinum. Biết giá trị D (thời gian cần thiết để lượng vi sinh vật ban đầu giảm 10 lần) của C.Botulinum là 0,6 phút. Hỏi thời gian cần thiết phải duy trì ở nhiệt độ không đổi đó là bao nhiêu để đạt kết quả mong muốn nói trên? Đồng thời đồ hộp có chứa 10 bào tử vi sinh vật gây hư hỏng thứ hai, có giá trị D là 2,1 phút. Hỏi với thời gian duy trì nhiệt độ không đổi trên thì phần trăm vi sinh vật này còn lại trong hộp là bao nhiêu? Giải Tỷ lệ C.Botulinum còn lại trong đồ hộp theo yêu cầu là: 100% - 99,999% = 0,001% Số logarit của tỷ số C.Botulinum ban đầu và C.Botulinum sau tiệt trùng là: lg (N0/N) = lg(100/0,001) = lg105 = 5 Thời gian cần thiết giữ nhiệt để tiêu diệt C.Botulinum theo mong muốn là (áp dụng công thức (6.11) t= D lg N0 N = 0,6* 5 = 3 phút Sử dụng thời gian vừa tìm được, xác định sự giảm vi sinh vật trong thời gian tiệt trùng (logarit thập phân của tỷ số của số vi sinh vật lúc ban đầu và còn sống sau xử lý nhiệt): Từ công thức (6.10) ta có: lg (N0/N) = D/t = 3/2,1 =1,429 Suy ra N0/N = 101,429 Số phần trăm vi sinh vật thứ hai còn sống: N = N0/101,429 = 100%*0,037=3,7% Ví dụ 4. Một nhà máy sản xuất đồ hộp thực phẩm muốn giảm thời gian tiệt trùng một sản phẩm đóng hộp bằng cách nâng nhiệt độ tiệt trùng của sản phẩm đó lên đến 1350C. Trước đây sản phẩm đồ hộp này được tiệt trùng ở 121 0C. Cho biết thời gian tiệt trùng ở 1210C là t0=2,5 phút và z=100C. Hãy xác định thời gian tiệt trùng ở 1350C. Giải Áp dụng phương trình (6.14), ta có: 142 log τ135 = log 2,5 – 1,4 = 0,3979 – 1,4 = -1,0021 τ135 = 10-1,0021 = 1/10-1,0021 = 0,10 phút 1.1.4. Các yếu tố ảnh hưỏng đến khả năng chịu nhiệt của vi sinh vật Tính chịu nhiệt của vi sinh vật phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường như thành phần, pH, thế oxy hóa khử và lượng nước có trong tế bào… - Thành phần thực phẩm + Các loại thực phẩm khác nhau ảnh hưởng đến khả năng chịu nhiệt khác nhau của vi sinh vật. Ví dụ 1: E.coli ở các môi trường thực phẩm khác nhau với thời gian gia nhiệt là 10 phút thì nhiệt độ để tiêu diệt nó ở các môi trường khác nhau là khác nhau (bảng 6.1 Bảng 6.1. Ảnh hưởng của môi trường đến tác dụng diệt khuẩn bằng nhiệt Nhiệt độ tiêu diệt (0C) Môi trường Kem 73 Sữa nguyên chất 69 Sữa tách kem 65 Lactoserum 63 Nước dùng 61 + Thực phẩm giàu các chất dinh dưỡng (đường, chất đạm, chất béo...) thì tính chịu nhiệt của vi sinh vật tăng do đó thời gian khử trùng phải kéo dài; sự có mặt muối, các hoá chất bảo quản, acid... thì tính chịu nhiệt của vi sinh vật giảm. Ví dụ: ở 115oC, thời gian tiêu diệt của vi sinh vật trong đậu côve phụ thuộc nồng độ nước muối như sau (bảng 6.2) Bảng 6.2. Ảnh hưởng của nồng độ muối đến thời gian diệt vi sinh vật bằng nhiệt Nồng độ muối (%) Thời gian tiêu diệt (phút) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 15,0 37,8 36,7 73,3 75,6 78,9 40,0 13,3 + Hàm lượng nước trong thực phẩm: trong môi trường ẩm, vi sinh vật bị tiêu diệt nhanh hơn trong môi trường khô. Bởi vì, khi có sự hiện diện của nước, dưới tác dụng của nhiệt độ cao, protein sẽ tạo thành nhiều nhóm –SH tự do hơn và các cầu nối 143 peptid bị phá huỷ nhanh hơn do đó protein dễ bị mất hoạt tính hơn trong điều kiện có nước. - Ảnh hưởng của pH Đối với các loại thực phẩm có pH khác nhau thì thời gian xử lý nhiệt sẽ khác nhau. pH càng thấp thì thời gian tiêu diệt càng ngắn. Ví dụ: Loài sinh bào tử Clostridium botulinum đại diện cho loài chịu nhiệt được thực hiện xử lí ở nhiệt độ 100 0C. Với các môi trường pH khác nhau thì thời gian xử lý nhiệt khác nhau (bảng 6.3) Bảng 6.3. Ảnh hưởng của pH lên tác dụng diệt khuẩn bằng nhiệt pH Thời gian xử lí (phút) 5,26 65 4,77 45 4,5 35 4,34 20 - Ảnh hưởng của loại và dạng phát triển của vi sinh vật + Khả năng chịu nhiệt của từng loại vi sinh vật rất khác nhau. Trong cùng môi trường, ở cùng một nhiệt độ thanh trùng, vi khuẩn có bào tử bền hơn loại không có bào tử, và bền hơn cả loại vi khuẩn ưa nhiệt. Thời gian tiêu diệt ở 100oC của một số vi khuẩn là Bảng 6.4. Ảnh hưởng của loài vi sinh vật đến thời gian thanh trùng bằng nhiệt Loại vi sinh vật Thời gian tiêu diệt (phút) B. mesentericus B. subtilis B.botulinus A B.botulinus B Cl.sporogenes Cl.putrificum 110 120 150 300 Hàng giờ Hàng giờ + Bào tử chịu nhiệt tốt hơn vi sinh vật ở dạng sinh trưởng. Trong bào tử, lượng nước tự do thấp do đó bào tử vi sinh vật có tính chịu nhiệt cao hơn. + Số lượng vi sinh vật: Thời gian tiêu diệt còn phụ thuộc vào số lượng vi sinh vật nhiễm vào đồ hộp, lượng vi sinh vật nhiễm nhiều thì thời gian tiêu diệt dài. 1.1.5. Mục đích tiệt trùng, thanh trùng Mục đích của việc vô trùng là để đảm bảo rằng các sinh vật gây hư hỏng thực phẩm bị bất hoạt, các vi sinh vật gây bệnh và bào tử bị phá hủy. Một mặt hàng thực phẩm hoàn toàn vô trùng là sẽ không có vi sinh vật còn sống hoặc các bào tử còn lại 144 sau khi xử lý nhiệt. Hoàn toàn vô trùng là không thực tế, vì thời gian khử trùng tăng lên rất lớn khi số lượng sinh vật tiếp cận bằng không. Do đó, tiệt trùng, được sử dụng nhằm làm giảm lượng vi sinh vật trong thực phẩm đến mức chấp nhận được. Các bào tử của C. botulinum khá bền với chế biến nhiệt và do đó, mục tiêu chung của các quá trình tiệt trùng là tiêu diệt loại vi sinh vật này. Để tránh sự "bùng nổ" về ngộ độc, các nhà chế biến thực phẩm cần: giảm mật số bào tử Clostridium botulinum đến mức có thể chấp nhận được trong thực phẩm; ngăn cản sự phát triển của Clostridium botulinum và quá trình sản sinh độc tố. Mặc dù có một số vi sinh vật có khả năng chịu nhiệt cao C. botulinum nhưng không gây bệnh và hư hỏng, do vậy thì việc tiêu diệt được C. botulinum là bảo vệ được sản phẩm thực phẩm, coi như đạt được mục đích vô trùng. 1.2. Thanh trùng Thanh trùng Pasteur là biện pháp xử lý nhiệt tương đối nhẹ nhàng, trong đó thực phẩm được gia nhiệt đến dưới 100oC, giữ trong một thời gian rồi làm nguội nhanh đến nhiệt độ bình thường. Thanh trùng Pasteur được áp dụng đối với nhiều loại thực phẩm khác nhau, trong đó chủ yếu áp dụng cho những loại thực phẩm dễ bị biến tính ở nhiệt độ cao. Mục tiêu chính của tiệt trùng Pasteur là phá hủy các vi sinh vật gây bệnh, vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm và các enzyme nhờ đó ngăn ngừa bệnh tật do thực phẩm và duy trì được chất lượng thực phẩm lâu hơn. Từ đó có thể nói thanh trùng Pasteur là một quá trình xử lý nhiệt cho một sản phẩm nhằm để giảm thiểu mối nguy hiểm sức khỏe có thể phát sinh từ vi sinh vật gây bệnh đã gia nhập vào các sản phẩm và làm cho sản phẩm ít bị thay đổi tính chất cảm quan, lý, hóa. Các sản phẩm có thể thanh trùng bao gồm: sữa, các loại kem, trứng, nước trái cây, các sản phẩm lên men, súp và đồ uống khác. Thanh trùng Pasteur không làm bất hoạt được tất cả vi sinh vật. Những vi sinh vật tồn tại sau thanh trùng gọi là những vi sinh vật chịu nhiệt, và dạng bào tử vi sinh vật thì tại sau khi thanh trùng trong điều kiện khắc nghiệt hơn (80 – 100oC trong 30 phút). Đối với các loại thực phẩm có độ acid thấp (pH>4,5, ví dụ như sữa), thanh trùng Pasteur được sử dụng để giảm đến mức thấp nhất có thể được các mối nguy do các vi sinh vật gây ra và kéo dài thời gian sử dụng của thực phẩm vài ngày đến vài tuần. Đối với các thực phẩm acid (pH<4,5, ví dụ trái cây đóng hộp), thanh trùng Pasteur được dùng để kéo dài thời gian sử dụng thực phẩm lên vài tháng. Đối với cả hai loại thực phẩm, khi thanh trùng, điều quan tâm là làm biến đổi ít nhất các tính chất cảm quan và giá trị dinh dưỡng. Theo truyền thống, thanh trùng Pasteur là quá trình gián đoạn, thực phẩm được nâng nhiệt độ lên đến 63 oC, giữ trong một thời gian 30 phút rồi làm nguội đột ngột để tiêu diệt vi sinh vật có trong thực phẩm. Sau này, người ta thanh trùng một số sản phẩm theo một quá trình liên tục, tiến hành ở nhiệt độ cao thời gian ngắn (high-temperature short-time) gọi là thanh trùng HTST và quá trình này cũng được xem là một dạng thanh trùng Pasteur. Thanh trùng HTST được xem như quá trình “thanh trùng Pasteur nhanh” (flash Pasteurisation ). 145 Ví dụ trong quá trình xử lý sữa, theo Pasteur truyền thống (nhiệt độ thấp hơn thời gian dài) quá trình hoạt động ở 63ºC trong 30 phút là nguyên nhân là thay đổi nhiều hương vị và mất một lượng hơi lớn các vitamin. Thanh trùng HTST tiến hành ở 71,8ºC trong 15 s; nhờ ở nhiệt độ cao thời gan ngắn nên thực phẩm ít tổn thất chất dinh dưỡng và giá trị cảm quan hơn thanh trùng Pasteur thông thường. Ví dụ: Nước trái cây thanh trùng ở 65oC trong 30 phút hoặc 77oC trong 15 phút hoặc 88oC trong 15 giây. Bia (trong chai) thanh trùng ở 65 – 68oC trong 20 phút hoặc 72 – 75oC trong 1 – 4 phút hoặc 88oC trong 15 giây. Sữa thanh trùng ở 63oC trong 30 phút hoặc 71,5oC trong 15 giây. Trứng lỏng thanh trùng ở 64,4oC trong 2,5 phút hoặc 60oC trong 3,5 phút. - Hạn chế của phương pháp thanh trùng Chỉ diệt được tế bào sinh dưỡng, không làm chết tất cả các vi sinh vật, các vi sinh vật ưa nóng và bào tử. Ví dụ: bào tử và một số vi khuẩn chịu nhiệt như Enterococcus, Microbacterium, Clostridium botulinum, Cl. sporogenes, Cl. putricium vẫn tồn tại do đó làm hỏng nhanh chóng sản phẩm ngay ở nhiệt độ thường như các hiện tượng sinh hơi, phá hủy thực phẩm và làm bật nắp hộp. Do đó, để thanh trùng đồ hộp có độ acid thấp (pH>4,5) thì người ta thường sử dụng phương pháp tiệt trùng. - Phạm vi ứng dụng Phương pháp này được sử dụng để thanh trùng các sản phẩm dễ bị biến tính dưới tác dụng của nhiệt độ như thanh trùng sữa, bia, rượu vang, nước quả…sau đó bảo quản lạnh để tránh bào tử phát triển và hoạt động trở lại. Người ta cũng thường kết hợp việc giữ lạnh thực phẩm với việc bổ sung CO2 để kéo dài thời gian sử dụng. Đối với các loại đồ hộp thuộc nhóm chua, tức là pH < 4,5 như đồ hộp quả, cà chua, rau muối chua thì các vi khuẩn chịu nhiệt không những không phát triển được mà tính chịu nhiệt của chúng cũng giảm đi, nên nó dễ dàng bị tiêu diệt khi nâng cao nhiệt độ. Các loại nấm men, nấm mốc tuy có thể phát triển mạnh được trong môi trường acid nhưng hầu hết là kém bền đối với nhiệt nên có thể thanh trùng các loại đồ hộp có độ acid cao ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thanh trùng các loại đồ hộp ít chua. Các loại đồ hộp ít chua như các loại đồ hộp hạt đậu, ngô thường có vi sinh vật ưa nóng phát triển là Clostridium Pasteurianum có khả năng chịu nhiệt đến 100 0C nên dùng phương pháp tiệt trùng 1.3. Tiệt trùng Tiệt trùng trùng là một quá trình mà trong đó thức phẩm được gia nhiệt đến một nhiệt độ đủ cao và trong một thời gian đủ dài để phá hủy hoạt động của vi sinh vật và enzyme. Kết quả là, các loại thực phẩm tiệt trùng có tuổi thọ vượt quá sáu tháng ở nhiệt độ môi trường xung quanh. Việc xử lý nhiệt mức độ mạnh trong quá trình tiệt trùng đồ hộp trước đây có thể tạo ra thay đổi đáng kể chất dinh dưỡng và cảm quan của thực phẩm. Do đó mục tiêu của sự phát triển công nghệ chế biến nhằm giảm thiệt 146 hại các chất dinh dưỡng và giá trị cảm quan của thực phẩm, bằng cách giảm thời gian xử lý thực phẩm trong hộp hoặc xử lý thực phẩm trước khi đóng gói (xử lý vô khuẩn). 1.3.1. Tiệt trùng thực phẩm trong hộp (tiệt trùng đồ hộp) - Khái niệm chung Tiệt trùng đồ hộp là ứng dụng nhiệt để tiêu diệt các loại vi sinh vật trong thực phẩm đã được niêm trong các hộp chứa. Mối quan tâm chính trong tiệt trùng đồ hộp là an toàn thực phẩm và chất lượng. Vi khuẩn gây bệnh kháng nhiệt phổ biến là Clostridium botulinum, không phát triển ở pH dưới 4,5. Trên cơ sở đó, người ta phân loại thực phẩm thành thực phẩm acid (pH <4,5) hoặc thực phẩm có độ acid thấp (pH> 4,5). Đối với các sản phẩm được đóng hộp như như đồ hộp thịt, cá, đậu,… chủ yếu là sản phẩm rắn, hơn nữa, thuộc nhóm không chua hay ít chua (pH> 4,5) thì vi sinh vật phát triển mạnh trong môi trường này đều là các vi sinh vật chịu nhiệt. Trong đó loại nguy hiểm hơn cả, có hại đến sức khỏe người sử dụng là những bào tử của loại vi khuẩn Clostridium botulinum có khả năng phân giải protein. Đó là loại vi sinh vật chịu nhiệt nguy hiểm nhất, được các nước trên thế giới coi là đối tượng chủ yếu phải loại trừ. Việc tiêu diệt bào tử của nó được coi là tiêu chuẩn thanh trùng tối thiểu, mặc dù nó không phải là đại diện ưa nóng nhất của nhóm vi sinh vật lên men thối. Trong đồ hộp thịt, cá, ta còn có thể gặp các loại vi khuẩn yếm khí gây thối hỏng đồ hộp như Clostridium sporogenes bền với nhiệt hơn cả Clostridium botulinum. Ngoài ra ở các loại đồ hộp có độ acid không cao lắm cũng thường có các loại vi khuẩn bền với nhiệt như Clostridium thermosaccharolyticum thuộc nhóm yếm khí ưa nhiệt, có tác dụng phân hủy glucid. Và loại hiếu khí ưa nhiệt như loại Bacillus stearothermophillus, là loại vi sinh vật làm hỏng đồ hộp. Do đó đối với các loại đồ hộp có môi trường pH > 4,5 cần phải có nhiệt độ thanh trùng cao mới tiêu diệt được các loại vi sinh vật ưa nhiệt gây hư hỏng đồ hộp. Riêng đối với các loại đồ hộp thuộc nhóm chua, tức là pH<4,5 như đồ hộp quả, cà chua, rau muối chua thì nhiệt độ thanh trùng thấp hơn các loại đồ hộp ít chua. - Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian tiệt trùng thực phẩm đóng hộp + Tính chất vật lý của sản phẩm Các loại đồ hộp có tính chất vật lý khác nhau như độ nhớt và trọng lượng riêng. Do đó các loại đồ hộp có thời gian truyền nhiệt khác nhau. * Các loại đồ hộp sản phẩm lỏng (như nước quả) có độ nhớt thấp và tỉ trọng nhỏ, nên sự truyền nhiệt của các sản phẩm này xảy ra nhanh bằng các dòng đối lưu. Nhiệt độ ở giữa hộp đạt tới nhiệt độ thanh trùng chậm hơn ở thiết bị đạt tới nhiệt độ thanh trùng khoảng 13 - 15 phút. * Các loại đồ hộp sản phẩm đặc (như paté, thịt hầm) sự truyền nhiệt của các sản phẩm này bằng cách dẫn nhiệt. Vì hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm nhỏ nên sự đun nóng các sản phẩm này xảy ra chậm. Nhiệt độ thanh trùng ở giữa hộp đạt được chậm hơn nhiệt độ thanh trùng ở thiết bị khoảng 40 phút. 147 * Các loại đồ hộp sản phẩm có phần ở thể đặc, có phần ở thể lỏng (như đồ hộp quả nưóc đường, cá ngâm dầu). Sự truyền nhiệt xảy ra theo hai cách: đối lưu và dẫn nhiệt. Nhiệt độ thanh trùng ở giữa hộp đạt được chậm hơn nhiệt độ thanh trùng ở thiết bị khoảng 28 phút. Ngoài ra các dung dịch có chứa nhiều đường, tinh bột, pectin, cellulose làm ảnh hưởng đến tính chất vật lý nên ảnh hưởng đến thời gian truyền nhiệt, chúng có thể kéo dài thời gian truyền nhiệt. Nhiệt độ sản phẩm ở trung tâm của bao bao bì và nhiệt độ thiết bị được biểu diễn ở hình (6.3). Hình 6.4. Sự biến đổi nhiệt độ của sản phẩm trong hộp trong quá trình xử lý nhiệt + Tính chất của bao bì và sản phẩm Các loại sản phẩm thực phẩm đựng trong các loại bao bì làm bằng vật liệu khác nhau, có độ dày khác nhau, kích thước khác nhau thì thời gian truyền nhiệt trong quá trình tiệt trùng khác nhau. Khi nhiệt truyền từ môi trường đun nóng bên ngoài vào khu vực trung tâm của bao bì, bao gồm trước hết sự truyền nhiệt từ môi trường đun nóng tới thành bao bì, truyền nhiệt qua thành bao bì và truyền nhiệt từ thành bao bì đến sản phẩm. Sự truyền nhiệt qua thành bao bì là dẫn nhiệt. Sự dẫn nhiệt phụ thuộc vào nhiệt trở của thành bao bì. Nhiệt trở đó biểu thị bằng tỉ số giữa δ (chiều dày trung bình của bao bì) và λ (độ dẫn nhiệt của vật liệu làm bao bì). Độ dẫn nhiệt càng lớn thì nhiệt trở bao bì càng nhỏ, thời gian truyền nhiệt qua thành bao bì càng ngắn. Độ dẫn nhiệt của bao bì phụ thuộc vào vật liệu làm bao bì (bảng 6.5). Như vậy bao bì làm bằng kim loại có nhiệt trở nhỏ hơn bao bì bằng thủy tinh. 148 Nhưng trong quá trình tiệt trùng, không thể nghiên cứu riêng rẽ ảnh hưởng nhiệt trở của bao bì, mà phải xét ảnh hưởng của cả khối sản phẩm + Ảnh hưởng kích thước hình học của bao bì Các loại bao bì có những hình dạng và kích thước hình học rất phức tạp. Loại bao bì có kích thước hình học đơn giản nhất là bao bì hình trụ. Qua quá trình khảo sát người ta rút ra kết luận rằng cùng một thể tích, nếu hộp dẹt (H/D<1) tức là hộp có đưòng kính lớn sẽ truyền nhiệt nhanh hơn hộp cao. Vận tốc truyền nhiệt cực đại khi H/D ≈ 0,25 Bảng 6.5. Độ dẫn nhiệt của vật liệu bao bì Loại vật liệu Độ dẫn nhiệt λ (w/m.oC) Sắt tây 46 – 52 Thủy tinh 0,6 - 0,9 + Nhiệt độ ban đầu của đồ hộp Thời gian truyền nhiệt của đồ hộp còn phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu của đồ hộp trước khi thanh trùng và nhiệt độ của thiết bị thanh trùng. Đối với sản phẩm lỏng, do sự truyền nhiệt chủ yếu bằng các dòng đối lưu, nên nhiệt độ ban đầu ít có ảnh hưởng đến thời gian truyền nhiệt. Đối với sản phẩm đặc, thì sự truyền nhiệt chủ yếu bằng dẫn nhiệt, nên nhiệt độ ban đầu của sản phẩm có ảnh hưởng nhiều đến vận tốc truyền nhiệt của sản phẩm. Đồ hộp lúc thanh trùng càng nguội thì thời gian truyền nhiệt càng kéo dài. Đối với đồ hộp loại nguội (có nhiệt độ ban đầu: 20 – 450C) Đối với đồ hộp loại nóng (có nhiệt độ ban đầu: 45 – 900C) Khi đun nóng đồ hộp nóng thì rút ngắn được 18% thời gian truyền nhiệt. Vậy đối với đồ hộp có nhiệt độ ban đầu càng nguội thì vận tốc truyền nhiệt càng nhỏ, thời gian truyền nhiệt càng kéo dài. + Trạng thái chuyển động của đồ hộp khi thanh trùng. Trong sản xuất đồ hộp phần lớn các thiết bị thanh trùng đều là loại không làm chuyển động hộp khi làm việc. Vì vậy thời gian truyền nhiệt đối với các loại đồ hộp tương đối dài. Khi tạo ra sự đối lưu nhân tạo bằng cách làm chuyển động hộp thì sự truyền nhiệt sẽ tăng lên. Giảm được thời gian truyền nhiệt trong chế độ thanh trùng. Muốn tạo ra sự đối lưu nhân tạo đó, người ta chế tạo các loại thiết bị thanh trùng có băng tải đồ hộp, thường là các thiết bị làm việc liên tục. Tùy theo cấu tạo của mỗi loại thiết bị mà đồ hộp có vận tốc chuyển động quay khác nhau hay phương pháp quay khác nhau. + Nhiệt độ thanh trùng Ở nhiệt độ 600C thì các loại vi sinh vật đã có thể bắt đầu bị tiêu diệt. Nhưng nếu nhiệt độ thanh trùng thấp thì phải kéo dài thời gian tiêu diệt. Ngược lại, nhiệt độ thanh trùng càng cao thì thời gian tiêu diệt càng ngắn. 149 + Thành phần hóa học của sản phẩm Vi sinh vật sống trong môi trường của sản phẩm thực phẩm khác nhau thì nhiệt độ tiêu diệt các loại vi sinh vật đó không giống nhau. Vì vậy cần khảo sát các thành phần hóa học của môi trường thực phẩm đến khả năng tiêu diệt bằng nhiệt các vi sinh vật đó. Ảnh hưởng của độ acid: chỉ số pH là yếu tố quan trọng có ảnh hưởng đến độ bền đối với nhiệt của vi sinh vật. Nếu môi trường có độ acid hoạt động càng cao (chỉ số pH nhỏ) thì ở nhiệt độ thanh trùng nhất định, thời gian tiêu diệt vi sinh vật càng ngắn. Tuy nhiên vẫn có những trường hợp cá biệt chỉ số pH hầu như không có ảnh hưởng đến thời gian tiêu diệt vi sinh vật. Bảng 6.6. Ảnh hưởng của pH đến sự kháng nhiệt của bào tử vi khuẩn Clostridium sporogenes ở nhiệt độ 1150C pH Thời gian kháng nhiệt tối đa (phút) 5,0 9 5,7 12 6,0 15 6,6 21 7,0 25 7,5 20 8,2 15 Các kết quả nghiên cứu cho thấy không những chỉ có độ acid hoạt động của môi trường có ảnh hưởng đến độ bền nhiệt của vi sinh vật mà loại acid của môi trường cũng có ảnh hưởng đáng kể. Ảnh hưởng của nồng độ đường và muối: đường và muối là những chất có khả năng tạo ra áp suất thẩm thấu cao nên ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật. Dung dịch đường có tác dụng bảo vệ vi sinh vật làm cho chúng khó bị tiêu diệt hơn khi đun nóng. Nếu thành phần thực phẩm có nhiều đường thì thời gian tiêu diệt càng kéo dài. Nếu tăng nồng độ muối thì độ bền nhiệt của vi sinh vật càng giảm, chúng dễ bị tiêu diệt hơn. Nhưng nếu nồng độ đường hay muối quá cao thì do tác dụng của hiện tượng tiêu nguyên sinh, các vi sinh vật đó yếu đi nhiều và dễ bị tiêu diệt. Ảnh hưởng của protein và lipid: trong các sản phẩm thực phẩm chứa nhiều protein, lipid thì thời gian tiêu diệt phải kéo dài. Vì các chất này làm cản trở sự truyền nhiệt để tiêu diệt các tế bào vi sinh vật. Hiện tượng này là do dung dịch keo (tế bào vi sinh vật) tiếp xúc với chất béo tạo thành màng. Tế bào vi sinh vật được màng này bảo vệ nên sự dịch chuyển nước từ môi trường xung quanh vào tế bào để làm đông tụ phần protein của tế bào ấy sẽ bị cản trở. Vì vậy trong môi trường càng nhiều chất béo, các vi sinh vật càng chịu được nhiệt độ cao, thời gian tiêu diệt càng kéo dài. 150 Ảnh hưởng của các thành phần hóa học khác: ngoài các thành phần trên, thì các phitonxit cũng có ảnh hưởng lớn đến chế độ thanh trùng. Thời gian thanh trùng đồ hộp có thể giảm xuống khi cho thêm một số rau hay gia vị có chứa nhiều phitonxit như: hành, tỏi có allycin, cà chua có tomatin, ớt có capcaicin, tiêu có piperin ... là các chất có tính chất kháng sinh. Do đó khi chế biến các loại đồ hộp thịt, cá ta cho thêm các gia vị này, không những làm tăng hương vị của sản phẩm mà còn giảm được mức độ nhiễm trùng trong đồ hộp trước khi thanh trùng. Và cũng giảm được thời gian thanh trùng cần thiết. + Ảnh hưởng của loại và số lượng vi sinh vật Thời gian tiêu diệt của một chế độ thanh trùng phụ thuộc rất nhiều vào đặc điểm của các loại vi sinh vật có thể phát triển trong đồ hộp, vì khả năng chịu nhiệt của các loại vi sinh vật rất khác nhau. Trong cùng một môi trường có cùng độ acid, các loại vi khuẩn không bào tử bị tiêu diệt nhanh hơn loại vi khuẩn có bào tử. Thời gian tiêu diệt của phần lớn các vi sinh vật không bào tử chỉ cần ở 60 – 80 0C trong vài phút. Còn các loại vi sinh vật có bào tử phải đòi hỏi thời gian kéo dài hơn nhiều có thể hơn hàng giờ. Thời gian tiêu diệt trong chế độ thanh trùng còn phụ thuộc vào số lượng vi sinh vật nhiễm vào đồ hộp. Lượng vi sinh vật nhiễm nhiều thì thời gian tiêu diệt dài, cho thấy qua công thức (6.11): t = D. lg N0 N Dựa vào các yếu tố ảnh hưởng đó để xác định thời gian xử lý đối với thực phẩm đã cho. Điều cần thiết là cần có thông tin về sự kháng nhiệt của vi sinh vật, của bào tử vi sinh vật hoặc enzyme trong thực phẩm, các yếu tố ảnh hưởng đến sự truyền nhiệt vào bên trong thực phẩm - Tiến hành tiệt trùng đồ hộp Quá trình tiệt trùng đồ hộp thường được tiến hành như sau: + Đưa đồ hộp vào thiết bị thanh trùng, + Nâng nhiệt độ của đồ hộp từ nhiệt độ bình thường lên đến nhiệt độ quy định rồi giữ nhiệt độ đó trong một thời gian nhất định + Hạ nhiệt xuống 40 – 50oC + Lấy đồ hộp ra khỏi thiết bị. Mỗi một dạng đồ hộp tiệt trùng trong các thiết bị tiệt trùng khác nhau đều có chế độ tiệt trùng riêng, thường biểu diễn chung theo các ký hiệu sau đây được gọi là “công thức thanh trùng" a Công thức tổng quát: A− B−C p T0 151 Trong đó: a- Thời gian đuổi không khí ra khỏi thiết bị (bằng hơi nước), tính bằng phút. Thời gian đuổi khí thường kéo dài khoảng: 5 - 10 phút. Nếu tiệt trùng trong thiệt bị hở (bằng nước) thì không có thời gian đuổi khí a. A- Thời gian nâng nhiệt độ trong thiết bị tiệt trùng đã chứa đồ hộp, từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ cần thiết (phút). B- Thời gian giữ nhiệt độ không đổi trong thiết bị tiệt trùng (phút). C- Thời gian hạ nhiệt từ nhiệt độ tiệt trùng tới nhiệt độ có thể lấy đồ hộp ra (phút). T0- Nhiệt độ tiệt trùng (oC) p- Áp suất đối kháng cần tạo ra trong thiết bị tiệt trùng (atm) Trong thực tế, có thể không ghi các giá trị a và p Ví dụ: Công thức thanh trùng của nhãn nước đường là: Có nghĩa là: thời gian nâng nhiệt của nước trong thiết bị tiệt trùng từ khi cho đồ hộp vào đến khi đạt nhiệt độ thanh trùng 100 oC là 5 phút, sau đó giữ nhiệt độ 100 oC trong 13 phút, rồi làm nguội nước trong thiết bị xuống 40 – 50oC trong 15 phút. Khi xác định nhiệt độ thanh trùng, phải chú ý nhiệt độ đó phải là nhiệt độ của cả khối sản phẩm cần được thanh trùng, phải là nhiệt độ ở vị trí trung tâm của hộp (đối với đồ hộp sản phẩm đặc thì vị trí trung tâm là ở giữa hộp, đối với đồ hộp sản phẩm lỏng thì vị trí trung tâm nằm ở 2/3 của hộp). Trong thực tế, nhiệt độ ở vị trí này gần bằng nhiệt độ ở thiết bị thanh trùng đối với đồ hộp lỏng, hoặc thấp hơn nhiệt độ ở thiết bị thanh trùng 0,5-1,50C đối với đồ hộp đặc. Ở một nhiệt độ thanh trùng nhất định, vi sinh vật trong đồ hộp thường không bị tiêu diệt ngay tức thời, mà cần phải có một thời gian nhất định gọi là thời gian thanh trùng hay thời gian tác dụng nhiệt, ký hiệu là t (phút). Trong quá trình thanh trùng, sản phẩm đựng trong đồ hộp, không được đun nóng tức thời tới nhiệt độ thanh trùng cần đạt được mà nhiệt lượng phải truyền dần từ môi trường đun nóng qua bao bì vào lớp sản phẩm bên ngoài rồi vào tới khu vực trung tâm của đồ hộp. Quá trình này phải mất một thời gian, gọi là thời gian truyền nhiệt (ký hiệu là t1). Khi khu vực trung tâm của đồ hộp đạt tới nhiệt độ thanh trùng thì giữ ở nhiệt độ đó trong một thời gian nhất định, gọi là thời gian tiêu diệt (ký hiệu là t2). Như vậy thời gian thanh trùng tổng quát của đồ hộp (hay thời gian đồ hộp chịu tác dụng nhiệt) bao gồm thời gian truyền nhiệt (t1) và thời gian tiêu diệt ( t2), t = t1 + t2 (phút) Nhưng trong thực tế, ngay trong thời gian truyền nhiệt một số vi sinh vật có trong đồ hộp cũng bị tiêu diệt do tác dụng của nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phát triển của vi sinh vật đó. Vì vậy thời gian thanh trùng thực tế nhỏ hơn tổng của thời gian truyền 152 nhiệt và thời gian tiêu diệt, t < t1 + t2 Muốn xác định được chính xác thời gian thanh trùng t, cần dựa các yếu tố ảnh hưởng tới thời gian tiệt trùng. Thực phẩm đựng trong hộp bao gồm các thành phần: chất rắn, chất lỏng, chất khí. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, các áp suất riêng phần và sự dãn nở của các cấu tử đó tăng lên làm cho áp suất chung trong bao bì đựng sản phẩm tăng lên. Áp suất này (có thể tới 2 atm) có thể làm cho bao bì sắt tây bị biến dạng, bao bì thủy tinh bị nứt, vỡ. Vì vậy ta cần tạo ra áp suất trong thiết bị thanh trùng (căn cứ vào tính chất của bao bì, thành phần của sản phẩm đựng trong hộp và nhất là nhiệt độ thanh trùng) bằng hay gần bằng áp suất dư đã tăng lên trong hộp, áp suất này gọi là áp suất đối kháng, thường vào khoảng 0,4 - 1,4 atm. Như vậy, nhiệt độ, thời gian thanh trùng và áp suất đối kháng là 3 thông số của chế độ thanh trùng, trong đó nhiệt độ và thời gian là 2 thông số cơ bản. - Thiết bị tiệt trùng làm việc gián đoạn Thiết bị tiệt trùng gián đoạn dùng để tiệt trùng các loại đồ hộp có yêu cầu nhiệt độ từ 1000C trở lên, có nắp đậy kín, còn gọi là nồi hấp thanh trùng. Có 2 loại nồi hấp: loại đặt thẳng đứng và loại đặt nằm ngang. + Thiết bị hấp thanh trùng loại đặt nằm ngang: thân thiết bị đặt nằm ngang, bên trong không có giá đỡ giỏ mà có đường rây để cho xe đựng các giỏ đồ hộp đẩy vào. Loại này có khả năng làm việc cao nhưng thao tác phức tạp, chu kỳ làm việc kéo dài, tốn hơi và nước nhiều (Hình 6.5). + Hình 6.5. Thiết bị thanh trùng dạng nằm ngang A- Hơi nóng; B- Nước; C- Nước tháo; D- Điều khiển gió; E- Cung cấp khí; F- Van an toàn + Thiết bị hấp thanh trùng loại thẳng đứng: có thân hình trụ, đáy và nắp hình chõm cầu, nắp có các chốt ghép chặt với thân thiết bị, dưới đáy có lắp ống phun hơi nóng để thanh trùng. Bên trong thiết bị có giá đỡ để đặt giỏ đựng đồ hộp, có loại chỉ có 1 giỏ, loại 2 giỏ, loại 3 giỏ (Hình 6.6). 153 Hình 6.6. Thiết bị thanh trùng dạng thẳng đứng 1-Van an toàn; 2-Van xả hơi nóng; 3-Đồng hồ áp suất; 4-Nhiệt kế; 5-Bộ cảm biến; 6-Hộp nhiệt; 7-bề mặt phân phối hơi; 8- Không khí làm mát sau tiệt trùng 1.3.2. Tiệt trùng UHT Phương pháp thanh trùng Pasteur đối với các sản phẩm thực phẩm có rất nhiều hạn chế. Ví dụ: sữa thanh trùng là sản phẩm sữa được làm từ sữa tươi, sữa nguyên kem hay sữa đã tách béo, có thể uống được trực tiếp. Quá trình thanh trùng ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn HTST (còn gọi là flash pasteurisation) thông thường là gia nhiệt từ 720C đến 1000C trong vòng 12-20 giây. Sau khi thanh trùng chỉ có thể diệt được vi khuẩn gây bệnh, giảm tổng lượng vi khuẩn trong sữa, tuổi thọ của sản phẩm rất ngắn (8-10 ngày) và phải bảo quản nhiệt độ từ 5-7 0C trong điều kiện bao bì chưa mở. Để khắc phục được nhược điểm này người ta tiến hành tiệt trùng UHT - Khái niệm về tiệt trùng UHT (Ultra high temperature) Tiệt trùng UHT (ultra high temperature) là phương pháp làm cho sản phẩm được vô trùng bằng cách xử lý ở nhiệt độ cao (trên 140oC), trong thời gian rất ngắn. Để bảo đảm thời hạn sử dụng được lâu dài, sản phẩm đã tiệt trùng được đóng vào trong bao bì đã được khử trùng trong môi trường vô trùng rồi ghép kín để chống lại sự tái nhiễm. Nhờ đó mà thời hạn sử dụng được kéo dài ít nhất là 6 tháng ở nhiệt độ bình thường. Tiệt trùng UHT dựa trên nguyên tắc, một sự gia tăng nhiệt độ nhanh đến mức quy định, tỷ lệ tiêu hủy vi sinh vật xảy ra với một tốc độ nhanh hơn so với tỷ lệ phá hủy các chất dinh dưỡng và các giá trị cảm quan của thực phẩm. Tỷ lệ tử vong của vi sinh vật dưới sự xử lý nhiệt khi tiệt trùng đồ hộp và tiệt trùng UHT có cùng một nguyên tắc như nhau. Tuy nhiên, trong quá trình tiệt trùng đồ 154 hộp, phần lớn các vi sinh vật bị tiêu hủy xảy ra ở cuối giai đoạn gia nhiệt và bắt đầu của giai đoạn làm mát. Đây là giai đoạn khi nhiệt độ ở mức cao nhất. Trong tiệt trùng UHT, thực phẩm nhanh chóng được gia nhiệt đến nhiệt độ mong muốn và duy trì ở nhiệt độ này trong một thời gian ngắn, phần lớn các vi sinh vật trong tiệt trùng UHT bị tiêu diệt ở nhiệt độ gần như không đổi này. Sở dĩ tiệt trùng UHT đạt được nhiệt độ cao trong thời gian ngắn là bởi vì thực phẩm được gia nhiệt trước khi đóng vào hộp, nhờ đó không tốn một khoảng thời gian đáng kể để nhiệt truyền đến trung tâm của hộp và khoảng thời gian để nhiệt độ ở trung tâm hộp đạt đến mức yêu cầu như trong tiệt trùng đồ hộp. Hình 6.7. So sánh thời gian và nhiệt độ khi tiệt trùng UHT và tiệt trùng thông thường - Ưu điểm của phương pháp UHT Tiệt trùng UHT ưu điểm đáng kể so với tiệt trùng đồ hộp truyền thống: + Thiệt hại về chất lượng thực phẩm do phân hủy các chất dinh dưỡng và các tính chất cảm quan của thực phẩm được giữ ở mức tối thiểu nhờ thời gian gia nhiệt ngắn. + Thời gian tiệt trùng UHT ngắn. Với tiệt trùng đồ hộp, nhiệt được dần dần truyền vào thực phẩm cho đến khi ở trung tâm đạt đến nhiệt độ mong muốn. Do đó, phần bên ngoài của hộp được hâm nóng trong một thời gian dài hơn so với ở trung tâm hộp và thời gian xử lý nhiệt dài hơn nhiều so với tiệt trùng UHT. Thời gian tiệt trùng UHT chỉ bằng 0,07% của thời gian cần thiết để tiệt trùng thực phẩm trong loại hộp A2, theo số liệu so sánh của Fellows (bảng 6.4) + Tiệt trùng UHT do thực phẩm được gia nhiệt trước khi đóng hộp nên kích thước của hộp không phải là một hạn chế như trong tiệt trùng đồ hộp. Bảng 6.4. So sánh tiệt trùng thông thường và tiệt trùng UHT đối với súp rau quả (Fellows-1988) Tiệt trùng đồ hộp Loại hộp A2 Loại hộp A10 155 Tiệt trùng UHT Nhiệt độ tiệt trùng 121°C Thời gian tiệt trùng 120 phút 121°C 140°C 218 phút 5 giây + Thực phẩm được xử lí bằng phương pháp UHT có thể bảo quản đến 6 tháng mà không cần làm lạnh. + Bao bì dùng để chứa đựng các sản phẩm đã tiệt trùng UHT phần lớn là các hộp cáctông được bao bọc bởi các lớp nhựa hoặc kim loại. Loại hộp này có ưu thế kinh tế khá lớn so với các hộp kim loại hoặc chai cả về giá tiền bao bì, giá vận chuyển và bảo quản so với tiệt trùng đồ hộp dùng các loại bao bì bằng kim loại, thủy tinh. - Hạn chế của tiệt trùng UHT + Chi phí đầu tư ban đầu lớn. Các nhà máy và thiết bị cần thiết dùng để tiến hành tiệt trùng UHT đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu khá lớn. + Chi phí bổ sung bao gồm duy trì một môi trường vô trùng để đóng gói các sản phẩm vào thùng chứa. + Chi phí phát sinh nữa là đòi hỏi công nhân có trình độ kỹ năng cao hơn. - Tiến hành tiệt trùng UHT Các bước công việc chung cho tiệt trùng UHT là nhanh chóng làm nóng thực phẩm trong một thiết bị trao đổi nhiệt liên tục. Bước này đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ và thời gian duy trì tiệt trùng. Một thiết bị trao đổi nhiệt thứ hai là làm mát sản phẩm vừa được vô trùng. Sản phẩm được làm lạnh đến một nhiệt độ thích hợp rồi cho thực phẩm vào các bao bì đã được tiệt trùng trước, đóng kín bằng máy trong điều kiện môi trường vô trùng bằng ánh sáng tử ngoại và không khí đã được lọc kỹ. Điều kiện nhiệt độ - thời gian tối thiểu cần thiết để tiêu diệt Cl. botulinum là 1,8 s tại 141º C. Tại Vương quốc Anh, xử lý nhiệt tối thiểu cho các sản phẩm được quy định như sau: 1s ở 135oC cho sữa, 2s tại 140ºC cho kem và các sản phẩm chế biến từ sữa trên và 2s tại 148,9oC cho kem hỗn hợp). - Yêu cầu về trang thiết bị Các thiết bị dùng để tiệt trùng UHT cần phải có các đặc tính kỹ thuật sau đây: + Có khả năng hoạt động ở nhiệt độ cao; + Sản phẩm được dẫn qua thiết bị với một lượng nhỏ và tiếp xúc với diện tích bề mặt truyến nhiệt lớn lớn để tạo nên sự truyền nhiệt nhanh nhất; + Sản phẩm chảy qua thiết bị ở chế độ chuyển động rối (xoáy) của nhằm tăng tốc độ truyền nhiệt; + Sử dụng các máy bơm để cung cấp sản phẩm vào thiết bị trao đổi nhiệt để bảo lưu lượng phù hợp; + Liên tục làm sạch hệ thống thiết bị để tối đa hóa tốc độ truyền tải nhiệt qua bề mặt truyền nhiệt và giảm cháy sản phẩm - Phạm vi ứng dụng 156 Tiệt trùng UHT được sử dụng rộng rãi để tiệt trùng nhiều loại thực phẩm dạng lỏng, bao gồm sữa, nước trái cây và chất cô đặc, kem, sữa chua, rượu vang và hỗn hợp kem. Nó cũng có thể được sử dụng để xử lý các loại thực phẩm có chứa các hạt nhỏ rời rạc. Ví dụ, các loại thực phẩm trẻ em, các sản phẩm súp cà chua, trái cây và các loại rau. 1.4. Ảnh hưởng của tiệt trùng đối với thực phẩm Mục đích của quá trình tiệt trùng nhiệt là để kéo dài hạn sử dụng của sản phẩm, bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ môi trường trong đó giá trị dinh dưỡng và chất lượng bị thay đổi ít nhất. Trong phần này so sánh những thay đổi của thực phẩm khi tiệt trùng bằng công nghệ truyền thống với tiệt trùng bằng công nghệ UHT - Màu sắc Tiệt trùng ở nhiệt độ cao đối với thực phẩm đóng hộp sẽ có những ảnh hưởng đáng kể đến chất màu tự nhiên trong thực phẩm. Ví dụ ở thịt có sắc tố oxymyoglobin màu đỏ, sẽ chuyển sang metmyoglobin có màu nâu, và màu đỏ tía myoglobin thì chuyển sang đỏ nâu myohemichromogen. Phản ứng Maillard và quá trình caramen hoá cũng góp phần tạo màu trong các sản phẩm tiệt trùng. Tuy nhiên những sự thay đổi này là chấp nhận được trong quá trình chế biến thịt. Mặt khác, Trong chế biến thịt, người ta thêm sodium nitrite và sodium nitrate vào một số sản phẩm để làm giảm nguy cơ C. botulinum phát triển. Kết quả là màu đỏ hồng được tạo tạo ra trong thịt do nitric oxyde myoglobin và metmyoglobin nitrite. Trong trái cây và rau, chlorophyll chuyển thành pheophytin thành chất màu nhạt hơn và anthocyanin phân huỷ thành màu nâu. Việc mất màu này thường được điều chỉnh bằng việc sử dụng chất màu tổng hợp. Việc mất màu thực phẩm trong hộp cũng xảy ra trong quá trình bảo quản, ví dụ khi sắt và thiếc phản ứng với anthocyanin và tạo thành màu tím hoặc khi chất không màu leucoanthocyanin tạo ra anthocyanin màu hồng trong một số sản phẩm của đậu. Trong sữa tiệt trùng màu sáng sẽ bị thay đổi do phản ứng caramen, maillard, tuy nhiên sự thay đổi màu sắc trong quá trình xử lý này khó phát hiện. Trong quá trình tiệt trùng UHT, vẫn có xảy ra phản ứng caramen và Maillard. Caroten hầu như không ảnh hưởng, chlorophyll và anthocyanin được giữ tốt hơn. Màu trắng của sữa được giữ vững. - Mùi vị Khi tiệt trùng, thịt đóng hộp có sự biến đổi hóa học phức tạp xảy như sự nhiệt phân, deamin hóa, decarboxyl hóa các aminoacid; phản ứng Maillard, caramen hoá, sự phân huỷ carbohydrate để tạo ra furfural và hydroxymethylfurfural; sự oxy hoá và decarboxyl hóa lipid. Sự tương tác của các thành phần này tạo ra hơn 600 chất tạo mùi khác nhau. Trong trái cây và rau, sự thay đổi là do phản ứng phức tạp liên quan đến sự 157 |