Phòng chống hư hỏng thực phẩm (Controlling Food Spoilage)
Cùng với sự khởi đầu của ngành nông nghiệp, sự giảm phụ thuộc vào săn bắn, hái lượm thì nhu cầu bảo quản thực phẩm dư thừa cũng trở nên vô cùng quan trọng để tồn tại. Việc sử dụng muối để bảo quản thịt và sản xuất phomat từ sữa đã được thực hiện rất ...
Cùng với sự khởi đầu của ngành nông nghiệp, sự giảm phụ thuộc vào săn bắn, hái lượm thì nhu cầu bảo quản thực phẩm dư thừa cũng trở nên vô cùng quan trọng để tồn tại. Việc sử dụng muối để bảo quản thịt và sản xuất phomat từ sữa đã được thực hiện rất sớm, từ khoảng 3000 năm trước Công nguyên ở vùng Cận Đông. Sản xuất các loại rượu vang, bảo quản cá với thịt bằng cách xông khói cũng rất phổ biến trong thời gian này. Mặc dù có truyền thống lâu đời để bảo quản thực phẩm khói bị hư hỏng nhưng đến tận thế kỉ XIX thì sự phá hỏng thực phẩm do vi sinh vật mới được nghiên cứu kỹ càng. Năm 1857, Louis Pasteur đã gây dựng nên thời kì mới của ngành Vi sinh vật học Ông chỉ ra rằng vi sinh vật là nguyên nhân gây ra hư hỏng sữa. Công trình nghiên cứu của Pasteur trong suốt những 60 của thế kỷ XIX đã chứng minh rằng nhiệt độ có thể được sử dụng để khống chế các vi sinh vật gây hư hỏng các loại rượu vang và bia.
| Phương pháp | Quá trình |
| Loại bỏ vi sinh vật | Tránh tạp nhiễm vi sinh vật, lọc, ly tâm |
| Nhiệt độ thấp | Bảo quản lạnh |
| Nhiệt độ cao | Làm bất hoạt một phần hoặc hoàn toàn các vi sinh vật (khử trùng Pasteur, đóng hộp) |
| Giảm hoạt độ nước | Loại bỏ nước, lạnh khô, thêm muối hoặc đường. |
| Bảo quản nhờ hóa chất | Bổ sung các chất ức chế đặc hiệu như: acid hữu cơ, nitrate, sulfur dioxid |
| Phóng xạ | Sử dụng các tia gamma và UV |
| Ức chế các vi sinh vật gây hỏng nhờ vi sinh vật | Bổ sung vào thực phẩm các chất như bacteriocin do vi khuẩn sinh ra để loại trừ các vi sinh vật gây hư hỏng |
Các loại thực phẩm có thể được bảo quản bằng nhiều phương pháp khác nhau (bảng 4). Điều đó rất cần thiết để loại bỏ hay là giảm thiểu các quần thể gây hư hỏng cùng với các vi sinh vật gây bệnh và để giữ lại giá trị của thực phẩm để đóng gói và bảo quản. Sự nhiễm bẩn thường xảy ra sau khi một gói hay một hộp thực phẩm được mở ra khá lâu trước khi nó được sử dụng. Điều này tạo cơ hội lý tưởng cho sự sinh trưởng và lây lan các mầm bệnh.
Các vi sinh vật có thể được loại bỏ khỏi nước, rượu vang, bia, nước ép hoa quả, các loại đồ uống nhẹ, và các chất lỏng khác bằng cách lọc. Cách này có thể làm giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn vi sinh vật. Sử dụng màng lọc và ly tâm có thể đạt được hiệu quả tối đa. Đối với bia, người ta lọc chứ không khử trùng Pasteur nhằm giữ được hương vị tự nhiên của bia.
Làm lạnh ở nhiệt độ 5oC sẽ ngăn cản sự sinh trưởng của vi sinh vật, mặc dù với sự bảo quản tối ấy thì nhóm ưa lạnh và nhóm chịu lạnh thậm chí vẫn sinh trưởng và làm hư hỏng thực phẩm. Sự sinh trưởng chậm của vi sinh vật ở nhiệt độ dưới – 10oC đã được nghiên cứu, đặc biệt với nước ép hoa quả , kem, và một vài loại trái cây. Nhiệt độ thấp làm giảm số lượng của nhiều vi sinh vật nhưng không dẫn đến giảm đáng kể ở tổng số quần thể vi sinh vật.
Kiểm soát quần thể vi sinh vật trong các loại thực phẩm bằng phương pháp dùng nhiệt độ cao có thể làm hạn chế một cách đáng kể sự lây lan bệnh tật và hư hỏng thực phẩm. Lần đầu tiên quá trình này được Nicholas Appert sử dụng vào năm 1809 khi cung cấp một phương pháp an toàn để bảo quản thực phẩm, đặc biệt là khi tiến hành đóng hộp sản phẩm thương mại (hình 7).
Việc vận chuyển và cung cấp thực phẩm cho một lượng lớn binh sĩ đã gặp nhiều khó khăn. Do nhu cầu phải dự trữ thực phẩm trong điều kiện tác chiến và khí hậu khắc nghiệt đã khiến cho chính phủ Pháp trao giải thưởng 12. 000. 000 frans vào năm 1975 cho người nào nghĩ được cách giữ được thực phẩm còn tốt trong điều kiện chiến trường. Cuối cùng giải thưởng được trao cho Nicholas Appert, một người thợ làm kẹo, do ông tìm ra cách đưa thịt và các sản phẩm khác vào dụng cụ, đóng kín lại rồi gia nhiệt. Nhờ thế sản phẩm được giữ ổn định được rất lâu. Mặc dù đã có công trình nghiên cứu đi trước của Leeuwenhoek, nhưng Appert không có khái niệm gì về vi sinh vật để giúp cho việc giải thích tính hiệu quả của quy trình của mình. Dụng cụ của ông là những bình thuỷ tinh lớn, bít kín bằng nút bần và keo cá. Bằng sự quan tâm và sự chú ý đặc biệt để mô tả tỉ mỉ, ông có khả năng làm nóng các chai này trong nước đun sôi để tạo ra thực phẩm có thể bảo quản trong vài năm. Công trình của Appert là cơ sở quan trọng cho những nghiên cứu sau Louis Pasteur.
Một quy trình đóng hộp. Kiểm soát các vi sinh vật là một bước rất quan trọng và bảo quản thực phẩm.Người công nhân đổ đậu vào trong một bể lớn, sạch để làm súp rau.Sau khi làm xong súp thì cho vào các hộp.Mỗi hộp có thể được làm nóng, rồi hàn kín.Quá trình diễn ra ở nhiệt độ từ 110 – 121oC để tiêu diệt các vi sinh vật gây hư hỏng đồ hộp.
Bảo quản thực phẩm bằng đónghộp. Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi và rất hiệu quả.Đóng hộp không đúng có thể gây ra hư hỏng hộp.
Thực phẩm đóng hộp được đun nóng trong các thùng đặc biệt ở nhiệt độ 115oC trong khoảng thời gian từ 25 đến hơn 100 phút, thời gian chính xác và nhiệt độ phụ thuộc vào bản chất của thực phẩm. Đôi khi đóng hộp không giết chết tất cả các vi sinh vật, mà chỉ các sinh vật làm hỏng thực phẩm (chẳng hạn như giữ lại các vi khuẩn không có khả năng sinh trưởng do tính acid của thực phẩm). Sau khi xử lý nhiệt các hộp được làm nguội nhanh , thường là bằng nước lạnh. Sự diệt vi sinh vật theo phương pháp tiệt trùng Pasteur đòi hỏi phải làm nóng thực phẩm tới nhiệt độ không cao lắm nhưng đủ giết chết phần lớn các vi sinh vật gây bệnh và làm giảm tối đa các sinh vật gây hư hỏng thực phẩm. Trong quá trình chế biến sữa, các loại bia và các loại nước ép hoa quả bằng nhiệt độ thấp thì giữ ở nhiệt độ 62. 8oC trong vòng 30 phút. Các sản phẩm cũng có thể được giữ ở 71oC trong 15 giây, một nhiệt độ cao, quy trình ngắn. Sữa có thể được xử lý ở 125oC trong 2 giây với quy trình nhiệt độ siêu cao. Quy trình ngắn đưa đến kết quả là hương vị tăng và hạn sử dụng được kéo dài.
Mặc cho những cố gắng để loại trừ các vi sinh vật làm hư hỏng thực phẩm trong quá trình đóng hộp, nhưng đôi khi những thực phẩm đóng hộp vẫn bị hư hỏng nặng (hình 8). Điều này có thể do thực phẩm bị hư từ trước khi đóng hộp, sản xuất dưới tiêu chuẩn trong quá trình đóng hộp và sự rỉ nước ô nhiễm vào hộp trong thời gian làm mát. Thực phẩm hư hỏng có thể bị biến đổi về những đặc tính như màu sắc, kết cấu, mùi vị, và hương vị. Các acid hữu cơ, các sulfid, và các khí (đặc biệt là CO2 và H2S) có thể được tạo ra. Đối với sự hư hỏng do acid hóa, không tạo thành khí và hộp thực phẩm không bị căng phồng ra, nhưng đồ chứa bên trong thì bị chua vì có mặt các acid sinh ra do lên men. Nếu các vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm do tạo ra khí, thì cả đáy của hộp cũng bị phình lên. Acid trong các thực phẩm có độ acid cao có thể phản ứng với sắt của hộp để giải phóng ra hidro và hình thành chỗ lồi khí hidro. Sự tạo ra hidro sulfid bởi Desulfoto maculum có thể gây ra sulfur độc. Sự loại nước, chẳng hạn như làm lạnh khô để tạo ra các loại thực phẩm đông lạnh, hiện nay là một cách thức rất phổ biến để loại trừ sự sinh trưởng của vi sinh vật. Quy trình hiện đại này nhiều khi được thay thế cho các quy trình cũ trong đó ngũ cốc, thịt, cá, và các loại trái cây được làm khô.
Rất nhiều các chất hoá học có thể được sử dụng để bảo quản các loại thực phẩm, và những chất này được quy định nghiêm ngặt bởi Cơ quan Quản lý Thuốc và Thực phẩm Mỹ (the U. S Food and Drug Administration) và được liệt kê vì là được công nhận về mặt an toàn, hoặc bởi GRAS (bảng 5).
| Các chất bảo quản | Nồng độ cao nhất | Hiệu quả tới các vi sinh vật | Thực phẩm |
| Propionic acid /propionates | 0. 32 | Nấm sọi | Bánh mỳ, bánh ngọt, bơ, ức chế trong quá trình nhào bột |
| Acid sorbic/sorbats | 0. 2 | Nấm sợi | Bánh mỳ, bánh ngọt, bơ, ức chế trong quá trình nhào bột |
| Benzoic acid/benzoats | 0. 1 | Nấm men, Nấm sợi | Bơ thực vật, hoa quả dầm, nước táo, sốt cà |
| Parabensa | 0. 1 | Nấm men, Nấm sợi | Các loại bánh quy, đồ ướng không chứa cồn, hoa quả dầm, salat |
| SO2/sulfites | 200-300ppm | Côn trùng, vi sinh vật | Rỉ đường, hoa quả khô, rượu vang, nước chanh |
| Sodium diacetate | 700ppm | Nấm men, Nấm mốc, sâu hại | Gia vị, các loại hạt |
| Ethylene | 0. 32 | Nấm mốc | Bánh mỳ |
| /propylene oxide | Côn trùng | Dâu tây, bí ngô | |
| Dehydroacetic acid | 65ppm | Clostridia | Các sản phẩm từ thịt |
| Sodium nitrite | 120ppm | Nấm mốc | Đóng gói bơ |
| Caprylic acidEthyl formate | 50-200ppm | Nấm men, Nấm mốc | Hoa quả khô, các loại hạt |
Chúng bao gồm các acid hữu cơ đơn giản, sulfite, ethylene oxide natri nitrite, và ethyl formate. Các chất hoá học này ảnh hưởng tới các vi sinh vật bằng cách làm bất hoạt một vài yếu tố quan trọng của tế bào. Chẳng hạn, chúng có thể phá huỷ màng sinh chất, hay làm biến tính nhiều loại protein của tế bào. Nhiều hợp chất khác cản trở chức năng của acid nucleic, do đó đã ức chế tế bào sinh trưởng. Hiệu quả của các hoá chất dùng để bảo quản còn phụ thuộc vào pH của thực phẩm. Chẳng hạn, natri propionate hầu như có hiệu quả ở pH thấp, khi chúng về cơ bản không bị phân ly và có khả năng được các lipid của vi sinh vật thu nhận. Các loại bánh mỳ, với giá trị pH thấp của chúng, có thể được bảo quản bới natri propionatee. Các chất bảo quản hoá học còn được sử dụng đối với các sản phẩm ngũ cốc, bơ sữa, rau và trái cây. Natri nitrite là một chất hóa học được sử dụng để bảo quản dăm bông, nước sốt, thịt muối và các loại thịt xông khói do có thể ức chế sự phát triển của Clostridium botulinum và ức chế các bào tử nảy mầm. Điều này giúp chúng ta khỏi bị ngộ độc và giảm thiểu mức độ hư hỏng của thực phẩm. Ngoài việc giữ cho thịt khỏi bị hư hỏng, khi nitrite phân giải thành acid nitric, phản ứng với sắc tố heme còn làm cho thịt có màu đỏ. Nitrite hiện nay được thêm vào với một lượng rất nhỏ, và có thể sẽ không sử dụng chúng.
Sự bức xạ, cả sự ion hoá lẫn không ion hoá, đều có một lịch sử đáng chú ý liên quan đến bảo quản thực phẩm. Bức xạ tia tử ngoại được sử dụng để kiểm soát các quần thể vi sinh vật trên bề mặt các thiết bị phòng thí nghiệm và thiết bị xử lý thực phẩm, nhưng nó không thể xuyên sâu vào thực phẩm. Phương pháp chủ yếu được sử dụng cho sự khử trùng thực phẩm bằng bức xạ là chiếu tia gamma từ một nguồn Coban 60. Sự bức xạ điện từ có khả năng xuyên thấu rất mạnh và phải được sử dụng với các thực phẩm ẩm ướt bởi lẽ sự bức xạ này tạo ra các peroxid từ bên trong các tế bào vi sinh vật, dẫn đến sự oxi hoá các thành phần tế bào mẫn cảm. Quá trình chiếu xạ thực phẩm được đặt theo tên của Nicholas Appert (radappertization), có thể tăng hạn sử dụng của thực phẩm biển, các loại trái cây và rau xanh. Để tiệt trùng các sản phẩm thịt thường sử dụng từ 4. 5 đến 5. 6 megarad. Deinococcus radiodurans là một trong số các vi khuẩn kháng bức xạ mạnh, chúng có cấu trúc thành tế bào phức tạp và mô hình sinh trưởng bộ bốn. Chúng có một sức chống chịu rất mạnh với liều lượng bức xạ cao, mặc dù là cơ chế này hiện vẫn còn chưa được hiểu rõ.
Ngày càng có sự tăng cường sử dụng các bacteriocin (chất diệt vi khuẩn do vi khuẩn sinh ra) để bảo quản thực phẩm. Bacteriocin là các protein diệt khuẩn, chúng liên kết với các vị trí đặc hiệu trên tế bào, ảnh hưởng tới tính nguyên vẹn và chức năng của màng tế bào. Sản phẩm được phê chuẩn hiện nay là nisin. Nisin được sản xuất từ một số chủng Streptococcus lactis, một protein phân tử nhỏ kị nước, không độc đối với con người và tác động chủ yếu lên vi khuẩn Gram dương, đặc biệt là Enterococcus faecalis. Nisin có thể được đặc biệt sử dụng trong các thực phẩm có độ acid thấp để tăng sự bất hoạt Clostridium botulinum trong quá trình đóng hộp và ức chế sự nảy mầm của các bào tử sống sót.
Bacteriocin hoạt động bằng cách làm tiêu hao lực đẩy proton (PMF) của một số vi khuẩn mẫn cảm. Những hợp chất này có rất nhiều tên, phụ thuộc vào các sinh vật sản sinh ra chúng. Bacteriocin hoạt động bằng sự hình thành các rãnh ưa nước trên bề mặt của một số vi khuẩn mẫn cảm, giải phóng các phân tử có khối lượng thấp; điều này xảy ra giống như sự ức chế tổng hợp peptidoglican, tác động giống như chất tẩy rửa lên màng sinh chất. Bổ sung bacteriocin vào các loại thực phẩm như phomat sẽ làm giảm số lượng vi khuẩn Listeria monocytogenes từ 2 đến 3 lần đối với phomat đã được bảo quản 180 ngày. Các hợp chất tương tự cũng đã tìm thấy trong các sinh vật nhân chuẩn.
