Sinh trưởng của vi sinh vật trong thực phẩm

Các nhân tố bên trong (Intrinsic factors)

Các thành phần cấu tạo nên thực phẩm là những nhân tố then chốt bên trong ảnh hưởng tới sự sinh trưởng của vi sinh vật. Nếu như một thực phẩm về cơ bản có chứa carbohydrate thì sự phá hỏng ít dẫn tới việc sinh ra các mùi khó chịu. Vì thế các thực phẩm như bánh mỳ, mứt, hay một số hoa quả đầu tiên bị hỏng do sự phát triển của nấm. Ngược lại, khi thực phẩm chứa một lượng lớn là protein hay chất béo (như thịt hay bơ) thì sự phá hỏng có thể tạo ra một lượng lớn mùi khó chịu. Chỉ cần nghĩ tới trứng thối là đủ hiểu chuyện này. Sự phân giải protein và phân giải kị khí của protein đã tạo ra một lượng lớn mùi hôi thối của các hợp chất như indol, skatol, các amin cadaverin hữu cơ. Sự phân hủy của các thực phẩm chứa các chất béo cũng tương tự như thế. Chẳng hạn như sự sản sinh các chuỗi acid béo ngắn từ chất béo làm cho bơ bị ôi và khó chịu.

Sự khác biệt trong quá trình làm hỏng các loại thực phẩm. (Theo Prescott-Harley-Klein, 2002 )

Cơ chất	Tên thực phẩm	Các phản ứng hóa học	Các sản phẩm điển hình và tác dụng của chúng
Pectin	Hoa quả	Phân giải pectin	Methanol, acid uronic (làm mất cấu trúc về hình thái và dễ bị thối nhũn)
Protein	Thịt	Phân giải protein và nhóm amin	Amino acid, peptid, amin, H2S, indol (gây đắng, chua, gây nhớt, muìo khó chịu)
Carbohydrat	Các thực phẩm chứa tinh bột	Thủy phân tinh bột và lên men	Acid hữu cơ, CO2, rượu… (làm chua và acid hóa)
Lipit	Bơ	Thủy phân, phân hủy acid béo	Glycerol, acid béo hỗn hợp (tạo mùi ôi, gây đắng).

Độ pH của thực phẩm cũng là một trong các tiêu chí quan trọng. Nếu pH thấp sẽ thích hợp hơn cho sự sinh trưởng của nấm men và nấm sợi. Nếu pH trung tính hay kiềm, như trong thịt thì vi khuẩn sẽ chiếm ưu thế. Sự phá hỏng thực phẩm phụ thuộc vào cơ chất chính có mặt trong đó.

Sự có mặt của nước cũng ảnh hưởng tới sự xâm nhập của vi sinh vật trong thực phẩm. Làm khô thực phẩm, có thể khống chế hoặc có thể loại bỏ quá trình phá hủy thực phẩm. Sự có mặt của nước được đo bằng đại lượng hoạt độ của nước (a_w). Đại lượng này được tính bằng tỉ lệ giữa độ ẩm tương đối trong không khí trên một dung dịch kiểm tra so với tỉ lệ đó của nước chưng cất. Khi thêm vào thực phẩm một lượng lớn muối hay đường thì hầu hết các vi sinh vật đều bị loại nước do hiện tượng co nguyên sinh (plasmolysis) và không thể sinh trưởng được nữa (bảng 2).

Mối liên hệ giữa hoạt độ của nước tối thiểu với các nhóm vi sinh vật trong quá trình làm hỏng thực phẩm. (Theo Prescott-Harley-Klein, 2002)

Các vi sinh vật	aw	Các vi sinh vật	aw
Nhóm		Nhóm
Các vi khuẩn làm hỏng thực phẩm	0.9	Các vi khuẩn ưa mặn	0.75
Các nấm men làm hỏng thực phẩm	0.88	Các nấm mốc ưa khô hạn	0.61
Các nấm mốc làm hỏng thực phẩm	0.80	Các nấm men ưa thẩm thấu	0.61
Các vi sinh vật đặc trưng:		Các vi sinh vật đặc trưng:
Clostridium botulinum, type E	0.97	Candida scottii	0.92
Pseudomonas spp.	0.97	Trichosporon pullulant	0.91
Acinetobacter spp.	0.96	Candida zeylanoides	0.90
Escherichia coli	0.96	Geotricum candidum	-0.90
Enterobacter aerogenes	0.95	Trichothecium spp	-0.90
Bacillus subtilis	0.95	Byssochlamys nivea	-0.87
Clostridium botulinum, type A, B	0.94	Staphylococcus aureus	0.86
Candida utilis	0.94	Alternaria citri	0.84
Vibrio parahaemolyticus	0.94	Pencillium patulum	0.81
Botrytis cinerea	0.93	Eurotium repens	0.72
Rhizopus stolonifer	0.93	Aspergillus conicus	0.70
Mucor spinosus	0.93	Aspergillus echinulatus	0.64
		Zygosaccharomyces rouxii	0.62
		Xeromyces bisporus	0.51

Ngay trong những điều kiện ngược lại, vi khuẩn ưa áp và ưa khô cũng có thể phá hỏng thực phẩm. Vi khuẩn ưa áp (osmophilic) sinh trưởng tốt nhất trong môi trường có áp suất thẩm thấu cao, trong khi đó vi sinh vật ưa khô (xerophilic) chỉ thích hợp với môi trường có a_w thấp và không thể sinh trưởng trong điều kiện có a_w cao.

Thế oxi hóa khử của thực phẩm cũng có thể ảnh hưởng tới sự phá hỏng thực phẩm. Khi một sản phẩm thịt, đặc biệt là nước luộc thịt, thường có thế oxi hóa khử thấp. Những sản phẩm này sẵn là môi trường lý tưởng cho sự sinh trưởng của vi khuẩn kị khí, bao gồm cả Clostridium.

Cấu trúc vật lí của thực phẩm cũng có thể ảnh hưởng đến tiến trình và phạm vi làm hỏng thực phẩm. Sự xay nhỏ và phối trộn thực phẩm như xúc xích và hamburger không chỉ làm tăng diện tích bề mặt thực phẩm, làm biến đổi cấu trúc tế bào mà còn góp phần làm tăng cơ hội nhiễm vi sinh vật vào thực phẩm. Điều này có thể làm cho thực phẩm hư hỏng nhanh hơn nếu những thực phẩm đó không được bảo quản một cách thích hợp. Rau xanh và hoa quả có lớp vỏ ngoài có thể bảo vệ chúng khỏi hư hỏng. Thường những vi sinh vật gây hư thực phẩm có loại enzym đặc hiệu giúp chúng thâm nhập qua lớp vỏ và màng bảo vệ, đặc biệt là sau khi hoa quả và rau đã bị khô héo.

Nhiều loại thực phẩm có chứa các chất kháng khuẩn tự nhiên, bao gồm cả enzym và những phức chất ức chế hóa học. Cumarin được tìm thấy trong hoa quả và rau xanh cho thấy sự hoạt động như chất kháng khuẩn. Sữa bò và trứng cũng có chứa chất kháng khuẩn. Trứng giàu Lysozyme, có thể phân giải thành tế bào vi khuẩn Gram dương. Một số thực phẩm đáng lưu ý khác có hoạt tính kháng vi sinh vật như nước sốt cay được dùng khi ăn sò sống và các loại hải sản khác. Nước sốt làm bằng hạt tiêu và các loại nước sốt cay từ hạt tiêu đỏ dường như luôn có một lượng nhất định các chất kháng vi sinh vật.

Thảo mộc và gia vị thường có một lượng chất kháng vi sinh vật đáng kể; nhìn chung vi khuẩn nhạy cảm hơn so với hầu hết các nấm. Ngải đắng và hương thảo cũng là những loại gia vị có chứa nhiều nhất chất kháng vi sinh vật. Hợp chất aldehyd và phenol được tìm thấy trong cây quế, cây mù tạc, cây kinh giới… Những hợp chất này kìm hãm sự sinh trưởng của vi sinh vật. Thực phẩm quan trọng khác có khả năng ức chế các vi sinh vật là tỏi, chứa chất allincin, và cây đinh hương có chứa eugeneol. Tuy nhiên, những gia vị này cũng có thể chứa những sinh vật mang mầm bệnh và làm hỏng thực phẩm. Coliform, B. cereus, Cl. Perfringenes và Salmonella có thể phát hiện thấy trong hầu hết các gia vị. Các vi sinh vật có thể bị loại bỏ hoặc giảm bớt khi khử trùng bằng ethylen oxid. Phương pháp này có thể loại bỏ Salmonella khỏi gia vị và giảm tới 90% các vi sinh vật thường làm hư hỏng thực phẩm.

Trà xanh và trà đen chưa lên men có hoạt tính kháng vi sinh vật tốt hơn sau khi lên men do có chứa thành phần polyphenol. Những loại trà đó hoạt động chống lại vi khuẩn, virus, nấm và có thể có cả đặc tính chống ung thư.

Các nhân tố bên ngoài (Extrinsic Factors)

Nhiệt độ và độ ẩm tương đối là những nhân tố bên ngoài quan trọng có ý nghĩa quyết định việc thực phẩm có bị hỏng hay không. Ở độ ẩm tương đối cao, sự sinh trưởng của vi sinh vật bắt đầu trở nên nhanh hơn, thậm chí ngay cả ở nhiệt độ thấp (trong tủ lạnh, kho lạnh) một số vi sinh vật vẫn có thể phát triển. Khi thực phẩm khô được bảo quản trong môi trường ẩm ướt, sự hấp thụ hơi ẩm có thể xảy ra trên bề mặt thực phẩm, có thể cho phép vi sinh vật sinh trưởng.

Không khí bên trong thực phẩm được bảo quản cũng rất quan trọng. Nồng độ CO₂ khi vượt quá giới hạn có thể làm giảm độ pH của dung dịch, dẫn đến ngăn cản sự sinh trưởng của vi sinh vật. Bảo quản thịt ở không khí có CO₂ cao hạn chế được vi khuẩn Gram âm, dẫn tới một quần thể chiếm ưu thế bởi các Lactobacillus.

Bằng cách sử dụng nguyên liệu đóng gói hiện đại cùng với công nghệ chân không, lượng không khí bên trong các thực phẩm đóng gói sẽ được kiểm soát. Không khí xung quanh thực phẩm chứa CO₂ từ 60% trở lên thì vi nấm phá hỏng thực phẩm sẽ không phát triển đựơc. Một lượng O₂ được giữ lại vì nếu tất cả khí O₂ bị loại khỏi thì những loại ưa lạnh như Clostridium gasigenese có thể sinh trưởng được. Loại vi sinh vật này có thể sinh khí trong vòng 14 ngày ở 2^oC, dẫn tới việc thực phẩm đóng gói bị phình to ra.