Công nghệ đồ hộp thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ ĐỒ HỘP THỰC PHẨM
---  ---

Bài báo cáo:

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình
Lớp DHTP7A

TP. Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2015
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH


VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ ĐỒ HỘP THỰC PHẨM
---  ---

Bài báo cáo:

GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thanh Bình
Lớp DHTP7A

TP. Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2015

2


FOOD
CANNIN
G

TECHNO
LOGY
CHAPTE
R4
THERM
OBACTE
RIOLOG
Y

4.

3


4.4 Đánh giá về dữ liệu kháng nhiệt
Dựa trên quan điểm thực tiễn, khái niệm về cái chết của một vi khuẩn theo như các
nhà vi khuẩn học đã tỏ ra xác đáng, đó là một con vi khuẩn sẽ chết nếu nó mất đi khả
năng sinh sản (Stumbo, 1973). Thực sự tất cả các nghiên cứu về cái chết của vi khuẩn
đều dựa trên tiêu chuẩn là sự thất bại trong việc sinh sản vô tính, và với một độ ẩm hay
nhiệt độ nhất định, việc vi khuẩn bị giảm về số lượng như là 1 dấu hiệu cho cái chết
của chúng. Tuy nhiên, có 1 điều quan trọng trong một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng có
một số lượng lớn các tế bào sống có thể hồi sinh các tế bào đã chết vì ảnh hưởng nhiệt
độ, và do đó các tế bào này vẫn chưa thể bị tiêu diệt. Theo một số trường hợp, ta có thể
phân biệt được các tế bào hay bào tử có bị hủy hoại hay không. Điều này dựa trên việc
đánh giá số lượng của chúng trước và sau khi chúng tái sinh.
Vậy làm sao để thu được các kết quả chính xác bằng những phương pháp thông dụng.
Nếu số lượng tồn tại của vi khuẩn dựa trên trạng thái thời gian hoặc nhiệt độ nhất định
là N, và tổng số lượng vi khuẩn ban đầu khi thực nghiệm là N 0, nếu N nhỏ hơn N0, đã
có sự suy giảm số lượng. Còn trong một số trường hợp, sau 1 khoảng thời gian ngắn,
N lại lớn hơn N0, biểu hiện cho sự tăng lên về số lượng. Sự suy giảm dựa trên so sánh

giữa N và N0 thông thường sẽ thể hiện số lượng vi khuẩn bị chết hoặc bị tiêu diệt.
Nhưng nó không hoàn toàn chính xác. Số lượng những con tồn tại được phát hiện còn
phải phụ thuộc vào cách đếm số lượng, dung môi khi đếm, thời gian và nhiệt độ sinh
sản của chúng.
Cho đến khi N không phải bằng 0, kết quả có thể được thể hiện qua N/N 0 hoặc tỉ lệ
phần trăm tồn tại là N /N0 x 100. Sẽ dễ hơn nếu ta tính số lượng dựa trên nồng độ hoặc
các chất không được sử dụng. Nếu C và C 0 là nồng độ ban đầu và nồng độ cuối, thì
N/N0 hoặc C/C0 sẽ biểu hiện cho sự kháng nhiệt. Ngoài ra, ta cũng có thể biết được
hiệu suất của quá trình thí nghiệm. Nếu coi hiệu suất là E, nó sẽ được tính dựa trên
logarit của chênh lệch tỉ lệ tồn tại như sau:
(4.1)
(4.2)

4


Số lượng tồn tại của vi khuẩn càng lớn, hiệu suất càng thấp, và ngược lại. Ví dụ
N0=106 và N=104 thì E=6-4=2. Nếu N = 102 thì E=6-2=4. Cần chú ý đến dung môi,
trong đó bào tử và vi khuẩn được xử lý nhiệt, ảnh hưởng đến kết quả và vì thế phải lựa
chọn cẩn thận
4.4.1 Đồ thị sống (đồ thị tồn tại của vsv)
Đồ thị sống thiết lập mối quan hệ giữa thời gian của quá trình xử lý nhiệt và số
lượng vi sinh vật có thể sống sót trong quá trình đó. Hàm logarit của mối quan hệ
này lần đầu tiên được chứng minh trong một nghiên cứu của hoạt động khử trùng
(Chick, 1910). Nguyên tắc này sau đó đã được áp dụng cho các đánh giá về sự tiêu diệt
các bào tử của C.Botulinum bởi nhiệt độ (Esty và Meyer, 1922).
Tuy nhiên, 20 năm nữa sẽ trôi qua trước thời gian giảm thiểu thập phân (trị số Dvalue), đó là một tham số có nguồn gốc từ các đồ thị sống của vi sinh vật và bây giờ là
một công cụ phổ biến cho các đặc tính kháng nhiệt của vi sinh vật đối với các quá
trình xử lý nhiệt, hoặc có thể, của bất kỳ quá trình tiêu diệt vi khuẩn nào (ví dụ, thuốc
khử trùng, bức xạ ion hóa, vv).

4.4.1.1 Cấu trúc của một đồ thị sống
Thời gian gia nhiệt là biến số duy nhất được cho phép trong các dẫn xuất của dữ liệu
thực nghiệm đối với đồ thị sống, tất cả các giá trị khác phải là hằng số
Logarit của những vi sinh sống sót (log N hoặc C) được đặt trong biểu đồ để đối xứng
với thời gian gia nhiệt. Để thuận lợi cho các tính toán tiếp theo, tung độ phải được
đánh số để số lượng ban đầu (N0) xuất hiện ở bên trái của đồ thị, như trong hình 4.2.
Tuy nhiên, sẽ dễ dàng hơn trong một số trường hợp để vẽ các bản ghi của các phần
phân số (log N/N0) hoặc tỷ lệ phần trăm của những vi khuẩn sống sót (log N/No + 2).
Mở rộng các trục tung theo cách này đều dựa trên cơ sở lý thuyết là đồ thị sống sẽ kết
thúc ở các điểm thử nghiệm cuối cùng, mặc dù nó có thể được mở rộng bằng cách
khác như ngoại suy hoặc thậm chí nếu dữ liệu có phức tạp hơn, chẳng hạn như, bằng
cách tăng N0, liệt kê một số lượng rất thấp các phần tử sống sót (N) (ie., <30).

5


Hình 4.2 Đố thị sống của vi khuẩn
Nên nhớ rằng những phương pháp đếm số lượng đều có yêu cầu là đếm các khối vi
khuẩn hình thành trên các chất rắn, nếu số lượng này nhỏ hơn 300, độ chính xác khi
thống kê sẽ không được cao. Dựa vào các dung môi hoặc ống được sử dụng, phương
pháp MPN có thể xác định số phần tử sống với sai số <1 đối với mỗi dung dịch.
4.4.1.2 Thời gian giảm thiểu thập phân
Vì sự tiêu hủy của vi sinh vật là hàm logarit, do đó ta có thể xem xét số liệu 1 cách
chuẩn xác hoặc dự đoán được sai số nếu có. Đến đây nó có thể được mô tả bằng toán
học theo cách tương tự như một phản ứng hóa học bậc một của đơn phân tử hoặc
lưỡng phân tử trong đó một chất sẽ có tỷ lệ phân hủy tỷ lệ thuận với nồng độ của nó.
Trong phản ứng hóa học bậc một giữa hai phân tử, một chất phản ứng ở trong điều
kiện lí tưởng, sự thay đổi trong nồng độ của nó là không đáng kể, và tỷ lệ phân hủy
của các chất phản ứng thứ hai là tỷ lệ thuận với nồng độ của nó. Nó được thể hiện qua
phép tính

6


Bằng cách nội kết hợp, nồng độ C1 ở thời gian t1 và nồng độ C2 ở thời gian t2 sẽ như
sau:

Sau đó thì:

Trong đó C0 là nồng độ ban đầu của chất phản ứng và C là nồng độ sau thời gian t.
Nếu vi trùng sống sót thì t sẽ được tính:

Thời gian cần thiết để tiêu diệt khoảng 90% tế bào hoặc bào tử được gọi là thời
gian giảm thiểu thập phân (decimal reduction time), kí hiệu là D. Độ chênh lệch của
đồ thị tuyến tính được tính như sau:

và thay thế vào phương trình tổng quát cho một đường thẳng :

D đặc trưng cho khả năng chịu nhiệt của vi sinh vật ở một nhiệt độ cụ thể nào đó và
thời gian là biến số duy nhất. Giá trị của D càng cao độ chịu nhiệt của vi sinh vật càng
7


cao, vậy ta cũng có thể so sánh dc độ chịu nhiệt của cùng hoặc nhiều loại vi sinh vật
trong cùng hoặc nhiều khoảng thời gian khác nhau
Từ:
Tới:
Và sau đó:
Từ đây suy ra, thời gian gia nhiệt có thể xuất phát từ thời gian giảm thiểu thập phân
cho một vi sinh vật với một nhiệt độ được quy định.

4.4.1.3 Đồ thị phi tuyến tính
Độ lệch tuyến tính là thứ không thể ngoại trừ được, và thường gặp phải với các tế bào
thực vật hơn là với các bào tử. Trong trường hợp như vậy, thời gian giảm thiểu thập
phân (D) có thể được tính từ phần tuyến tính nhất của đồ thị. Một phương pháp chung
đã được đề xuất (Cerf et al, 1988) cho việc phát triển một phương trình cho đồ thị sống
phi tuyến trong đó chỉ có phần tương ứng với số lượng thấp nhất của những phần tử
sống sót mới được đưa vào xem xét. Các phương trình thu được có dạng như sau:

trong đó a là hoành độ xuất phát từ phần tuyến tính cuối cùng của đồ thị
Chừng nào mà các phương pháp thí nghiệm vẫn còn hiệu quả, thì kết quả thu được vẫn
có thể được tính lại. Và với sự đồng bộ của nhiều loại vi sinh vật, ta có thể giả định
cho sự tuyến tính. Nếu đồ thị phi tuyến gặp phải sự xung đột, có thể đã có một sự dịch
chuyển trong quá trình thí nghiệm, và nên tìm hiểu nó ngay trước có kết luận cuối
cùng.
Đồ thị phi tuyến có hai hoặc nhiều phân đoạn tuyến tính với phần lõm của đồ thị, nó
thể hiện cho những nhóm vi sinh phân biệt lẫn nhau qua thời gian giảm thiểu thập
phân, sự hình thành các nhóm nhỏ trong quá trình xử lý nhiệt, môi trường không thích
nghi với vi sinh vật bị tổn hại, hoặc có thể thay đổi sức chịu nhiệt của chúng trong quá
8


trình thực nghiệm. Khi độ lệch thấp hơn so với số lượng bào tử dự kiến lúc đầu hoặc
khi có một sự tăng lên bất thường trong suốt quá trình xử lý nhiệt đầu tiên, rất có thể
sự kích hoạt nhiệt độ vẫn chưa đủ. Sự hiện diện của phần lồi (tương ứng với sự không
suy giảm) trong suốt thời gian gia nhiệt ban đầu có thể chỉ ra sự kích hoạt nhiệt không
đủ (trong trường hợp của các bào tử), sự xuất hiện các nhóm vi sinh nhỏ ngay từ lúc
đầu, hoặc một sự thay đổi nhiệt kháng trong quá trình xử lý nhiệt
Có những báo cáo cho rằng các đồ thị sống của tế bào vi khuẩn thực vật có thể được
thay đổi đáng kể khi các tế bào đó chịu ứng suất nhiệt trước khi xử lý nhiệt. Trong
trường hợp như vậy, có khả năng lớn là sự tổng hợp protein đã bị thay đổi (Archer,

1988). Do đó, đồ thị sẽ hiển thị một điểm lồi ngay lúc đầu cũng như trị số D sẽ tăng
đáng kể
Bởi vì độ lệch tuyến tính có thể dẫn đến sai sót trong tính toán của một quá trình xử lý
nhiệt, nhiều công nhân và kĩ sư đã cố gắng để xác định số lượng suy giảm bằng toán
học sao cho phù hợp với tính chất của đồ thị. Sai lệch thường gặp với các tế bào thực
vật hơn là các bào tử. Một cách tiếp cận mới mẻ và có hiệu quả đã được đề xuất bởi
Casadei và Gaze (1994), trong đó thì phương trình Gompertz cộng với một số phép
logic học có thể tạo ra những đồ thị với độ suy giảm tuyến tính gần giống với đồ thị
của vi khuẩn Listeria monocytogenes ở trong những điều kiện nhất định. Một vấn đề
với cách tiếp cận này đó là nó có xu hướng ứng dụng từng trường hợp cụ thể. Cần có
khối lượng công việc nhiều hơn một cách đáng kế để xác định nguyên nhân của những
độ sai lệch và làm thế nào họ có thể dự đoán để các mối liên hệ toán học thích hợp có
thể được thiết lập và đảm bảo rằng nó có thể được áp dụng trong những điều kiện sản
xuất thông thường
4.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Thời gian giảm thiểu thập phân là một phần của quá trình xử lý nhiệt ở một nhiệt độ
nhất định. Quan sát bằng thực nghiệm cho thấy rằng trị số D lệ nghịch với nhiệt độ và
mối quan hệ giữa chúng là tuyến tính. Trong trường hợp này, việc giảm thiểu thập
phân xuất phát từ tương quan đối nghịch trong độ chênh lệch của đường thẳng tốt nhất

9


và được thể hiện bởi kí hiệu z. mối quan hệ này sẽ được thảo luận chi tiết ở mục “đồ
thị TDT”

Trong đó D1 và D2 là trị số D thu được từ những khoảng thời gian T1 và T2 tương ứng
Vậy nếu Dref tương ứng với Tref thì ta có:

Và dưới đây là hình minh họa, trong đó D là trị số thể hiện thời gian giảm thập phân, z

là nhiệt độ tương ứng với sự thay đổi trong thời gian giảm thập phân.

4.4.3 Ảnh hưởng của các yếu tố khác ngoài nhiệt độ
Ảnh hưởng của dung môi làm nóng đến vấn đề động học của quá trình tiêu diệt vi sinh
bằng nhiệt vẫn chưa chỉ ra được sự tổng hợp liệu có tác động nhiều tới thời gian giảm
10


thiểu thập phân hay không. Trong thực tế chỉ có hoạt động của nước và độ chua (pH)
mới có tác động đáng kể. Khả năng chịu nhiệt của vi sinh vật có thể đạt mức tối ưu
trong môi trường PH trung bình
4.4.4 Ứng dụng của thông số đồ thị sống đối với các phản ứng hóa học
Gia tốc xử lý nhiệt và tiến hành phản ứng hóa học để tiêu diệt vi khuẩn là điều cần
thiết đối với các enzym, nhưng lại có thể tác động không tốt tới các vitamin. Để so
sánh hiệu suất xử lý nhiệt trong việc tiêu diệt các vi sinh vật, thì các trị số D và z cần
phải được sử dụng
Bảng 4.2 Sức kháng nhiệt của enzymes ảnh hưởng đến chất lượng của đồ hộp

Log của (C/C0) thể hiện tỷ lệ của nồng độ sau quá trình xử lý nhiệt so với nồng độ ban
đầu, nó được vẽ trong biểu đồ cùng với các trị số thời gian, tạo nên đồ thị hủy diệt (đồ
thị thể hiện cho quá trình tiêu diệt vi khuẩn). Đối với sự bất hoạt nhiệt của enzyme
(Svensson, 1977), thực tế cho rằng, trong một điều kiện thực nghiệm nhất định, tốc độ
của một phản ứng xúc tác tỷ lệ thuận với nồng độ của các phân tử enzyme chức năng
được sử dụng. Nhiệt độ ở một mức nhất định có thể làm biến tính enzymes và làm cho
chúng không hoạt động được, do đó tỉ lệ A/A 0 (với A0 là hoạt tính lúc đầu khi chuẩn bị
enzymes, và A là hoạt tính trong thời gian nhiệt phân) về một mặt nào đó sẽ tương
đương với tỉ lệ C/C 0 và cùng theo một quy luật logarithm chung. Khi đồ thị trở nên
tuyến tính, nó có thể được đặc trưng bởi tham số D, đó là thời gian gia nhiệt cần thiết
để tiêu diệt 90% nồng độ ban đầu (hoặc hoạt tính, trong trường hợp của các enzym) ở
11

một nhiệt độ nhất định. Nếu có một mối liên hệ tuyến tính tồn tại giữa log D và nhiệt
độ, thì tác dụng của nhiệt độ có thể được đặc trưng bởi thông số z.
Tuy nhiên, điều trên chỉ đúng trong khoảng nhiệt độ từ 200 – 300 0C khi mối liên hệ
tuyến tính gần giống với đồ thị trên lý thuyết (tức là, có tính đến độ chính xác của kết
quả thử nghiệm, đặc biệt là trong trường hợp các enzyme) và cho phép sử dụng tham
số z. Do đó, chỉ trong những điều kiện nhất định, sức kháng nhiệt của các phân tử hóa
chất (đặc biệt là vitamin và enzyme) đối với quá trình nhiệt tiêu có thể được thể hiện
qua 2 trị số D và z (Bảng 4.2), ngoài ra điều này còn cho phép dự đoán về tác động của
quá trình khử trùng bằng nhiệt. Công trình tham khảo trong lĩnh vực này đó là về sự
hủy diệt thiamine trong thịt (Stumbo, 1973).
4.4.5 Thời gian nhiệt tiêu (TDT)
Thời gian nhiệt tiêu (TDT-hay nói cách khác là thời gian tiêu diệt một loại vi
khuẩn nào đó trong một nhiệt độ nhất định nào đó) tạo ra một khái niệm quan
trọng cho yêu cầu mô tả định lượng về tác động của nhiệt độ đối với hiệu suất của quá
trình xử lý nhiệt và khả năng ứng dụng trong công nghiệp của nó để đóng hộp thực
phẩm.
Các đồ thị TDT, có thể thấy, ngoài tầm quan trọng lịch sử của nó, ngày nay vẫn được
coi một phương pháp tiện lợi để mô tả sự kháng nhiệt của các chủng vi sinh vật mới
hoặc xác minh tính hợp lệ của các tính toán xuất phát từ những đồ thị sống . Theo một
cách truyền thống, TDT được đặc trưng bởi biến số z, tương ứng với nhiệt độ (độ F
hoặc C) để cho các đồ thị TDT đi qua một chu kỳ log, với các biện pháp thay đổi trong
thời gian nhiệt tiêu hoặc tỷ lệ tiêu diệt vi khuẩn theo thay đổi của nhiệt độ. Nếu hàm
logarit thể hiện cho quá trình tiêu diệt vi khuẩn bằng nhiệt độ, thì rõ rang là không thể
tồn tại giá trị zero được, ta chỉ có thể cố gắng tiệm cận được tới giá trị đó.
4.4.5.1 Cấu trúc của đồ thị TDT

12

Hình 4.4 Hình trên chỉ ra 1 trường hợp lí tưởng, đó là có 1 đường chéo vắt ngang
chia không gian làm 2 vùng, 1 vùng chỉ có dấu + và 1 vùng chỉ có dấu -; dấu + thể
hiện cho việc có thêm một hoặc nhiều phần tử sống; dấu – thể hiện cho việc
không có phần tử nào tồn tại; z là khoảng nhiệt độ thay đổi của đồ thị TDT nhân
lên theo hệ 10
Dữ liệu cấu trúc của đồ thị TDT xuất phát từ 2 phương pháp. Một được sử dụng để tạo
ra các đồ thị sống trong đó số lượng thực tế của các vi sinh vật còn sống sót được xác
định cho từng nhiệt độ / thời gian theo trình tự. Trong trường hợp này tập hợp các giá
trị D thu được cho mỗi nhiệt độ được vẽ đối xứng với nhiệt độ, tạo ra một đồ thị
phantom TDT. Cách thứ 2 bao gồm môi trường mà vi sinh vật có thể sống được hoặc
không. Cách này có thể dùng ống tiêm, hộp hay ống được đánh dấu, ủ vi sinh vật vào
đó theo một trình tự thời gian/nhiệt độ nhất đinh, sau đó ta sẽ xem xét sự sinh trưởng
và phát triển của chúng. Nếu chúng không phát triển hay lớn lên được, vậy có thể suy
luận chúng không thể tồn tại
Như vậy với phương pháp này thì TDT sẽ được xác định bằng đồ thị, chứ không phải
được xác định trực tiếp từ kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên, có nhiều trường hợp, vị trí
của đồ thị TDT sẽ trở nên phức tạp nếu có những vùng có cả dấu + lẫn dấu -, ví dụ như
hình dưới đây

13


Hình 4.5 Hai khu đầu tiên được phân biêt bởi các đường thẳng nhạt hơn là
đường chéo chính. Đường chéo chính đại diện cho xác suất cao nhất mà số phần
tử còn sống và bằng 1 (Horvak, 1981)
Đã có nhiều nỗ lực trong việc giải quyết các vấn đề cho việc xây dựng đồ thị TDT mà
không tìm thấy một giải pháp thực sự thỏa đáng. Một bài thuyết trình hoàn chỉnh về
việc này đã được xây dựng bởi Ball và Olson (1957). Ngoài ra, còn một phương pháp
khả thi nữa được giới thiệu bởi NFPA (1980).

Khi sử dụng các dụng cụ để kiểm tra TDT, số lượng ban đầu của tế bào vi sinh vật
hoặc bào tử trong mỗi đơn vị kiểm tra phải giống nhau. Vì tất cả các dụng cụ thí
nghiệm đều phải được cấy trước khi tiếp xúc với nhiệt. Do đó ta có thể điều chỉnh
được khoảng thời gian nhiệt phân bị trễ trong khi quan sát.
Sau khi hiệu chỉnh thời gian trễ, một dây chuyền thử nghiệm có thể được thực hiện.
Do đó ta có thể xác định được thời gian hủy diệt cũng như thời gian sống của vsv thêm
một lần nữa. Điều này có thể được mô tả ở hình vẽ bên trên với đường thẳng đậm nhất
ở trên hình. Trung bình nghịch đảo của hai phần dốc được thể hiện qua giá trị z .trong
thời điểm các vi sinh vật bị dung môi đun nóng
Một biến sẽ được sử dụng nhờ vào thời gian hủy diệt hoặc tồn tại của vsv để xác định
trị số D cho từng nhiệt độ. Ví dụ, cho các lọ thí nghiệm TDT, mỗi lọ chứa 10000 bào
tử. Một số lọ thích hợp được gia nhiệt ở 235°F. Tại mỗi thời điểm, sáu lọ một được bỏ
14


ra và ủ ở nhiệt độ cũng như thời gian thích hợp. Thực tế cho thấy rằng, sau 45 phút
đun nóng và quan sát, 3 lọ sẽ có dấu hiệu cho sự phát triển của vsv, còn 3 lọ thì không
có dấu hiệu nào (thời gian trễ được điều chỉnh ở đây được xác định là 1,9 phút). Còn
sau khoảng 60 phút đun nóng thì cả 6 lọ đều không có dấu hiệu cho sự tồn tại. (thế này
thì chết sạch rồi ^_^)
Bằng cách thay thế các gía trị vào phương trình 4.3 ở trên thì ta có
D235 = 45/ log (6 x 10,000) - log 3 = 45/(4.78 - 0.48) = 10.47
4.4.5.2 Mô tả về đồ thị TDT
Như đã nói, các đồ thị TDT thường mang tính chất tuyến tính và đặc trưng bởi kí hiệu
z, được tính bằng nghịch đảo của độ chênh lệch. Phương trình tổng quát của đồ thị
TDT nếu một đường thẳng đi qua hai điểm có thể được viết như sau:

Trong đó (TDT)1 và (TDT)2 là giá trị TDT tương ứng với thời gian T1 và T2

Nếu:

Thì:
Và:
Như vậy z sẽ bằng với sự chênh lệch nhiệt độ, đồng nghĩa với việc TDT bị giảm
khoảng 90%. Ví dụ z=10C 0 và TDT ở 1000C là 14 phút, thì TDT ở 110 0C sẽ là 1.4
phút và TDT ở 1200C sẽ là 0.14 phút
Đồ thị TDT cũng có thể giống như một đường thẳng chạy ngang 1 điểm bất kỳ. Nếu
vậy ta cần phải có một nhiệt độ T ref mà khi đó TDT sẽ có giá trị là TDT ref. khi đó thì ta
có phương trình 4.6 như dưới đây:

15


Để so sánh quá trình xử lý nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau thì cần phải có 1 quy trình
nhiệt làm mốc để đối chiếu, được gọi là equivalent treatment, dựa trên nhiệt độ tham
chiếu, thường là 121,1°C (250°F). Thời gian tiêu diệt vsv tại nhiệt độ này được kí hiệu

là F, và phương trình trở thành:
Nếu giá trị của z là 10C0 (18F0) thì theo quy ước ta có kí hiệu F sẽ là F0 .
4.4.6 Một số phương pháp khác
Có một phương pháp là đun nóng một lượng đủ lớn các vi sinh vật được chỉ định để có
thể kiểm soát được sự gia tăng liên tục của nhiệt độ. Lấy mẫu ở nhiệt độ và thời gian
cho trước cùng với việc đếm số lượng của các phần tử sống sót. Tuy nhiên, ở nhiệt độ
trên 100°C các thiết bị phải chịu được áp suất cần thiết để duy trì nhiệt độ cao hơn ,
đặc biệt là khi rút mẫu thử ra. Lấy mẫu dưới áp suất đòi hỏi thiết bị kỹ thuật thích hợp,
và các thủ thuật toán học cần thiết để xác định các giá trị D và z (Hayakawaet al,
1969;. Reichart, 1979). Tuy vậy phương pháp này không được phổ biến, mặc dù cách
làm của nó có vẻ khá độc đáo và đơn giản. Có thể có nhiều nguyên nhân như sau:
-

Dung lượng chỉ định càng lớn, thời gian đun nóng càng lâu, gây khó khăn cho

-

quá trình xử lý công nghiệp
Quá nhiều tính toán vì vậy có thể gây ra những sai số trong kết quả thực
nghiệm, tính rủi ro vì thế cao hơn so với các phương pháp truyền thống

4.5 Quy trình nhiệt liên tục theo một dòng dịch chuyển
Để mô phỏng một quá trình nhiệt liên tục theo một dòng dịch chuyển, vi sinh vật thử
nghiệm sẽ được rút ra từ các nhóm khử trùng. Ngoài ra, giải thích các kết quả thực
nghiệm là khá phức tạp bởi sự biến đổi của thời gian vi sinh vật (vsv) cư trú cũng như
ảnh hưởng của thời gian đun nóng và làm lạnh. Việc áp đặt nhiệt độ thay đổi đột ngột
đối với vsv có thể gây nguy hiểm tới con người. Hiệu ứng sốc nhiệt này đã được thấy
16


trong hệ thống đun nóng cũng như làm mát và cần được lưu tâm khi giải thích các kết
quả từ nghiên cứu, đặc biệt là với các quy trình liên tục hoặc có sử dụng máy bơm hơi.
Quá trình xử lý nhiệt theo quy trình liên tục của chất lỏng kết hợp với các gói chất vô
trùng đã phát triển những phương pháp đa dạng để áp dụng trên đồ hộp. Còn một
phương pháp nữa nhưng về bản chất là không liên tục, dù cho với cách này thì các lọ
trong các bình chưng cất dịch chuyển liên tục. Trên thực tế, các bình chứa được xử lý
trong cùng một khoảng thời gian, và giá trị thử nghiệm sẽ mặc định là nhiệt độ của sản
phẩm, thay đổi liên tục trong bình chứa.
Nhiệt độ cũng thay đổi trong các thiết bi, đầu tiên đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ khử
trùng, giữ nhiệt đó trong một thời gian nhất định, và sau đó làm lạnh. Biến số khác
phải được đưa thêm vào.

17

Hình 4.6 Sự phân phối thời gian cư trú của vsv
Ngoài ra còn có sự khác biệt về thời gian cư trú, và hình thái dịch chuyển của các dòng
phân tử khi chúng đi theo những hướng khác nhau.Do đó sẽ có sự phân phối trong thời
gian cư trú của vsv, phần tử nào đi theo vạch thẳng dài nhất sẽ có thời gian cư trú lâu
hơn là những phần tử khác. Đối với những phần tử bị giữ ở thời gian tối thiểu, hiệu
quả tiêu diệt vsv sẽ thấp hơn những phần tử có thời gian lâu hơn.

18


Hình 4.7 Đồ thị thể hiện cho hiệu quả khử trùng
Hình 4.7 cho thấy đồ thị thể hiện hiệu quả khử trùng E cho số lượng 1 nhóm vsv của
giá trị z biết trước và cho biết những thay đổi phù hợp với nhiệt độ trong một nhóm
dòng dịch chuyển liên tục. Ở nhiệt độ thấp hơn và khi E <1, tất cả các vi sinh vật đã
được nung nóng trong một thời gian bằng với thời gian cư trú trung bình với nghịch
đảo độ chênh lệch đường thẳng tương đương bằng z. Ở nhiệt độ cao hơn, như E vượt
quá 10, các vi sinh vật còn sống sót sẽ hoạt động tiếp xúc với thời gian gia nhiệt bằng
với thời gian cư trú tối thiểu. Nghịch đảo độ chênh lệch của các đường thẳng cũng là
bằng với giá trị z Khi E nằm trong khoảng từ 1 đến 10, đồ thị sẽ chuyển sang trạng thái
khác và nghịc đảo độ chênh lệch của đường thẳng sẽ lớn hơn z
Thời gian cư trú trung bình sẽ bằng
tave = V/Q
trong đó t được tính bằng giây, V là thể tích bên trong thể hiện bằng m khối, và Q là
lưu lượng thể tích thông qua thiết bị tính bằng mét khối trên giây. Điều quan trọng là
mức thời gian tối thiểu giữ cho từng loại sản phẩm và thiết bị lắp đặt sẽ thể hiện các

19

tác động của nhiệt độ đến độ nhớt và tỷ lệ hiện tại. Các công ty thiết bị tiệt trùng phải
đảm bảo cung cấp được những thứ sau:
- Thời gian cư trú tối thiểu đối với chất lỏng tương ứng với độ nhớt của chúng
ở nhiệt độ nhất định trong phạm vi hoạt động và các độ nhớt khác nhau
- Thời gian cư trú trung bình (ART) và sự biến đổi từ mức thấp nhất đến mức
cao nhất
Điều quan trọng là các bộ xử lý nhận ra rằng thông tin được cung cấp bởi các nhà sản
xuất thiết bị chỉ có thể gần đúng và các thông số vật lý luôn luôn phải được xác định rõ
ràng. Những phương pháp hoàn chỉnh để tính toán và xác định thời gian cư trú nằm
ngoài phạm vi của chương này. Độc giả có thể xem chi tiết hơn về các khía cạnh này ở
cuốn Nguyên tắc đóng gói tiệt trùng, xuất bản bởi Hiệp hội Chế biến Thực phẩm Quốc
gia (NFPA) (1987)
4.6 Động học của quá trình cấu thành hoặc tiêu diệt vi khuẩn
4.6.1 Bậc của một phản ứng hóa học
Những người làm thực phẩm đóng hộp sẽ quan tâm tới sự thay đổi dù là nhỏ nhất của
các yếu tố trong sản phẩm đối với quá trình xử lý nhiệt hoặc lưu trữ, đó có thể là
những vi sinh vật nào đó, một vitamin nào đó, hoặc một mùi gì đó. Sự thay đổi của
nồng độ đối với thời gian được tính bằng dCldt và phương trình tổng quát là:

trong đó C là số moles, t là thời gian tính theo giây, k là hằng số vận tốc và n là số thưc
dương biểu hiện cho bậc của phản ứng
4.6.2 Luật Arrhenius và vận tốc phản ứng tuyệt đối
Mối quan hệ tuyến tính giữa logarit của D và nhiệt độ hoàn toàn thỏa mãn việc mô tả
kết quả thí nghiệm. Tuy nhiên, nó chỉ có giá trị đối với nhiệt độ được sử dụng để xác
định trị số z. Những người làm thực phẩm vẫn thường xuyên sử dụng phương pháp
này vì tính tiện lợi của nó, cũng như có thể dễ dàng tính được giá trị của D và z.
20


Luật Arrhenius được áp dụng phổ biến trong các phản ứng hóa sinh, vì nó xác định

được mối quan hệ tuyến tính giữa logarithm Napieria của hằng số vận tốc và thời gian
tương ứng:

trong đó k là hằng số vận tốc được khai báo từ trước, A là tần số tính bằng giây, E a là
năng lượng kích hoạt theo Arrhenius và được tính bằng joules / mol, R là hằng số khí
lý tưởng (8.3 joules / mol / K), và T là nhiệt độ tuyệt đối tính bằng kelvin (K).
Mối liên hệ giữa D và k được thể hiện qua:

Do đó

ln k=-log D

Vậy phương trình 4.6 sẽ trở thành:

Giá trị cơ bản của luật Arrhenius chính là việc ngoại suy ngoài miền thực nghiệm. Từ
D và T ta có thể tính đươc z, và suy ra được giá trị của Ea:

trong đó T là nhiệt độ trung bình trong quá trình thực nghiệm và tính bằng kelvins
Ngoài ra ta cũng phải xem xét lý thuyết về vận tốc tuyệt đối của phản ứng, điều này
được thể hiện qua các elthalpy và có thể được tính như dưới đây:

Trong đó T là nhiệt độ trung bình trong thực nghiêm, tính bằng Kelvins
21


4.7. Khái niệm mang tính thống kê về nguy cơ xảy ra sự bất ổn định
Định nghĩa sự bất ổn định
Thực phẩm đóng hộp là những thực phẩm đã được đóng gói, xử lí đầy đủ qua các quy
trình và có một hạn sử dụng gần như vô tận khi được bảo quản tại môi trường và nhiệt
độ thích hợp. Những người làm thực phẩm có hai vấn đề cần quan tâm : sự tồn tại và

sự phát triển tự nhiên của các vi sinh vât có khả năng gây bệnh Tiến trình gây bệnh là
những bào tử có khả năng chịu nhiệt của vi khuẩn C.botuliu, loại này có thể “ngủ
đông” qua nhiều tháng sau khi bị tổn hại vì nhiệt độ cao. Tuy nhiên vấn đề này không
liên quan đến những thực phẩm có độ pH ≤ 4.6 hoặc aW≤ 0.85.
Việc ngăn ngừa vi khuẩn gây hư hỏng không đòi hỏi phải tiêu diệt toàn bộ các vi sinh
vật, nhưng phải đảm bảo rằng chúng không thể sinh sôi hay phát triển. Tuy nhiên một
vài bào tử có khả năng chịu nhiệt cao hơn bào tử của vi khuẩn C.botulinum và chúng
xuất hiện những lượng lớn đáng kể . Như vậy quá trình xử lý bằng nhiệt phá hủy một
lượng lớn đủ để kìm hãm sự sinh sôi của bất cứ phần tử nào cũng như có thể khiến
chúng kết hợp với C.botulinum tạo thành một thể mới (12D), thể vi sinh vật có tính ổn
định và an toàn.
Sự phá hủy bào tử C.botulinum và các vấn đề phát sinh đòi hỏi những qui trình chính
xác, hợp lí cho từng loại thực phẩm, loại bình chứa đựng, kích cỡ và loại lò xử lý.
Trong một vài công ty, những quy trình. hướng dẫn thông dụng được áp dụng thường
xuyên để điều chỉnh sao cho phù hợp với sự tiến bộ của công nghệ, Ví dụ Trung Tâm
kỹ thuật bảo tồn các sản phẩm nông nghiệp (TCPAP, trước kia là Appert Institute),
Pháp, và Hiệp hôi bảo tồn thực phẩm quốc gia (NFPA) của Mỹ.
Với nguyên tắc 12 D, được đề xuất năm 1922 bởi NFPA , được ứng dụng một cách
phổ biến để bảo đảm an toàn cho thực phẩm đóng hộp. Đó là quá trình xử lý nhiệt tiên
tiến ảnh hưởng đến 12 log hoặc sự giảm thiểu thập phân (E = 12) của mức chịu nhiệt
lớn nhất đối với bào tử E.botulinum. Giả sử aD121.1 = 0.25 phút cho những bào tử, tất cả
các chế phẩm có độ pH > 4.6 và hoạt tính của nước (a W) > 0.85 sẽ có một qui trình
tương đương đạt thời gian tối thiểu 3 phút tại nhiệt độ 121.1oC, F0 = 3

22


Đối với các bào tử hư hỏng gây bệnh, cách xử lý nên đảm bảo sự cân bằng. Không nên
nấu quá chín các sản phẩm, phải bảo đảm việc tỉ lệ các sản phẩm hư hỏng với các bào
tử gây bệnh sẽ không vượt quá 1/10,000, mức tối đa có thể chấp nhận được đối với

việc buôn bán thực phẩm. Vấn đề chọn lọc thời gian/nhiệt độ xử lí (e.g., định nghĩa
bởi giá trị tiệt trùng F) phải đảm bảo rủi ro không vượt qua mức cho phép. Ta phải tính
toán trị số D đến từ đồ thị sống của những bào tử có khả năng chiu nhiệt tốt nhất. Ta
có
Log (C0/C) = E

(4.2)

Sau đó trở thành
C = C010-E
Trong đó C0 và C thể hiện cho nồng độ bào tử có thể tồn tại được cho mỗi centimet
khối, trước và sau quá trình nhiệt. Dung lượng cho mỗi bình chứa có thể tích V (biểu
thị trong khối centimet) sẽ là:
CV = C0V10-E
Khi CV < 1, nó đồng nghĩa với nguy cơ gây ra sự bất ổn định, thể hiện qua trị số R:
R = C0V10-E

Nếu R <1, xác suất vi khuẩn hư hỏng gây bệnh không được
vượt quá 10-4. Bước tiếp theo là tính toán thời gian và nhiệt
độ hợp lí để đảm bảo rủi ro thấp. Ví dụ, lấy một D 121.1 = 1.5
phút

(i.e.,

một

giá

trị

thường

gặp

đối

với

B.stearothermophilus, e.g., sự biến dạng dưa chua NSA FS
23


1518), và giả định C0 bằng 103 bào tử/cm3. Như vậy, có thể
có một thể tích (V) = 500 cm3, và
E = t/D hoặc E = (t-a)/D

(4.4)

quá trính xử lí nhiệt sẽ đảm bảo những rủi ro sẽ không vượt quá
mức cho phép. Giả định có một đồ thị sống

phẳng, thì:

R = C0 V10-t/D
t = D.log (C0V/R)

Hoặc :

Và thay thế giá trị ở trước :
T = 1.5log (10 3 x 5 x 102/10-4) = 14.5 phút tại nhiệt độ

121.10C
Người làm thực phẩm có thể rất tự tin khi áp dụng quy trình xử lí
bằng nhiệt bởi vì nó là cách tối ưu cho sự an toàn, F 0 = 3 phút, và
ngăn chặn nguy cơ của C.botulinum. Bắng cách đồng bộ tính toán,
những giá trị dinh dưỡng và giá cả sản xuất có thể đạt mức tối
ưu . Để đạt được mục dích này cần có những đòi hỏi kèm theo:
•

Những chỉ số kháng nhiệt của các bào tử quan trọng (D ref và z) và F0 tính ra cần

•
•

phải trên 3 phút.
Thể tích của bình chứa.
Rủi ro được chấp nhận.

Nếu người làm thực phẩm không chắc chắn về sự an toàn của quy trình phát triển, thì
việc nghiên cứu những gói cấy vào có thể thực hiện để xác định quy trình một cách
hợp lý. Về vấn đề này, nó là một cách phù hợp để sử dụng những bào tử không gây
bệnh mà sự kháng nhiệt của chúng cao hơn không đáng kể so với C.botulinum, như
PA 3679,theo báo cáo ta có D121.1 = 0.6 phút.
24


4.8. Kết luận
Tất cả kiến thức cần thiết của nhiệt vi khuẩn cho việc chế biến thực phẩm đóng hộp đã
được phổ biến trong một thời gian dài. Nó đã được minh chứng đầy đủ bởi sự an toàn
cao và chất lượng bán ra của ngành công nghiệp thực phẩm đóng hộp qua nhiều năm.
Tuy nhiên kể từ năm 1980, sự quan tâm tới vấn đề nhiệt vi khuẩn bị giảm bớt, vì người

ta nghĩ chừng đó là đủ. Những chuyên gia cũng chuyển hướng quan tâm sang lĩnh vực
khác và các thế hệ sau không có đủ kinh nghiệm cần thiết để thực nghiệm. Ngày nay,
các công nghệ tiên tiến ngày càng được áp dụng nhiều hơn, nhưng trong một số thời
điểm, các quy trình xử lý nhiệt vẫn có tác động không nhỏ tới hiệu quả sản xuất.
Những công nhân, kĩ sư chưa lành nghề khi bước vào ngành công nghệ thực phẩm sẽ
không hiểu được tầm quan trọng của việc loại bỏ những vi khuẩn gây hại và kích hoạt
những vi khuẩn có lợi tới đời sống kinh tế xã hội. Vì thế điều cần thiết là lên kế hoạch
hợp lí tối ưu cho từng loại sản phẩm, và nắm bắt công nghệ tốt trong bối cảnh ngành
công nghệ thực phẩm nói chung và công nghệ sản xuất đồ hộp nói riêng đang càng
ngày càng phát triển mạnh mẽ.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Jean Larousse and Bruce E. Brown, Food Canning Technology, Wiley VCH, Inc.,
1997, p. 128:147.

25