Khảo sát ô nhiễm vi sinh vật và ảnh hưởng của trường xung điện tới khả năng sống sót của vi sinh vật trong nước mía đường phố

TRƯỜNG ĐAI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Đề tài: Khảo sát ô nhiễm vi sinh vật và ảnh hưởng của trường xung
điện tới khả năng sống sót của vi sinh vật trong nước mía đường phố

Sinh viên: Vũ Phương Thảo
MSSV: 20113332
Lớp: Kĩ thuật thực phẩm 1 – K56
Giáo viên hướng dẫn: TS. Vũ Thu Trang

Hà Nội 12/2015
MỤC LỤC


GVHD: TS. Vũ Thu Trang

Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 2


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Vũ Thu Trang – Bộ môn công
nghệ Thực phẩm – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tin tưởng giao đề tài, tận tình
chỉ bảo, hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu giúp em trong suốt quá trình
thực hiện và hoàn thành luận văn.
Em xin cảm ơn TS. Nguyễn Đức Trung của Bộ môn Quá trình và thiết bị đã hỗ trợ em

suốt quá trình làm nghiên cứu.
Em xin cảm ơn bạn Nguyễn Mạnh Hưng lớp Kỹ thuật thực phẩm 2 – K57 đã giúp đỡ và
hỗ trợ em trong quá trình làm nghiên cứu.
Những lời cảm ơn sau cùng em xin dành cho bố mẹ, gia đình và bạn bè đã hết lòng quan
tâm và tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 22 tháng 12 năm 2015
Vũ Phương Thảo

Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 3


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nước mía là thức uống giải khát được sử dụng chủ yếu vào mùa hè –thu, nó được bày
bán tại các quán xá ngay ven đường, cùng với mùi thơm đặc trưng , vị ngọt rất hấp dẫn
nên đây là thức uống rất được ưa chuộng trong mùa hè-thu này. Các quán bán nước mía
hay quảng cáo là “ nước mía sạch” nhưng thực chất nó có sạch không. Bài luận văn này
đã khảo sát tình trạng ô nhiễm vi sinh vật trong nước mía đường phố và kết quả cho thấy
tất cả các mẫu nước mía khảo sát đều bị ô nhiễm vi sinh vật, có giới hạn ô nhiễm vượt
quá tiêu chuẩn cho phép của bộ y tế.
Xung điện trường được biết đến từ lâu trên thế giới, ở Việt Nam đã có một đề tài nghiên
cứu về “Ảnh hưởng của trường xung điện đến khả năng sống sót của vi khuẩn trong
sữa”, đây là tiền đề để chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của trường xung điện trên sản
phẩm nước mía. Bài luận văn đã nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ điện trường, thời
gian tác dụng xung điện và tần xuất xung điện đến sự sống sót của VSV và men mốc
trong sản phẩm nước mía. Kết quả nghiên cứu cho thấy VSV và men mốc bị tiêu diệt ở

xung điện trường thấp. Thời gian để tiêu diệt hết VSV tổng số trong nước mía tại các
cường độ điện trường 55 V/cm, 27.5 V/cm, 25 V/cm lần lượt là 45s, 280s, 540s. Thời
gian để tiêu diệt hết men mốc trong nước mía tại các cường độ điện trường 55V/cm,
27.5V/cm, 25V/cm lần lượt là 30s, 240s, 420s. Việc xung điện trường có khả năng tiêu
diệt VSV và men mốc giúp kéo dài thời gian bảo quản cho sản phẩm nước mía đây sẽ là
một tiền đề để phát triển cho sản phẩm nước mía đóng chai thanh trùng ở quy mô công
nghiệp trong tương lai.

Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 4


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

15

Tên
Hình 1.1 Hiệu ứng dòng điện
Hình 1.2 Hiệu ứng điện trường
Hình 1.3 Hiệu ứng nhiệt
Hình 2.1 Mô hình thực tế bộ xung điện
Hình 2.2 Mô hình cấu tạo bộ xung điện
Hình 2.3 Sơ đồ khảo sát ô nhiễm vi sinh trong nước mía
Hình2.4. Sơ đồ tiến trình thí nghiệm xung điện
Hình 3.1 Ảnh hưởng của thời gian xung điện tới khả năng sống sót
của VSV tại E = 55V/cm.
Hình 3.2 Ảnh hưởng của thời gian xung điện tới khả năng sống sót
của VSV tại E = 27.5 V/cm.
Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian xung điện tới khả năng sống sót
của VSV tại E = 25 V/cm.
Hình3.4 Ảnh hưởng của cường độ điện trường đến khả năng sống
sót của VSV trong nước mía
Hình3.5 Ảnh hưởng của cường độ điện trường đến khả năng sống
sót của men mốc trong nước mía
Hình 3.6 Ảnh hưởng của chế độ xung 55V/cm trong 60s đến sự sống
sót của VSV
Hình 3.7 Ảnh hưởng của chế độ xung 27.5V/cm trong 200s đến sự
sống sót của VSV
Hình 3.8 Ảnh hưởng của chế độ xung 25V/cm trong 400s đến sự
sống sót của VSV

Trang
18
18

19
28
28
31
36
41
43
44
46
48
50
51
52

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
STT
1
2
3
4
5

Tên
Bảng 1.1 Các chỉ tiêu vi sinh vật của nước giải khát không cồn
Bảng 2.1 Danh mục các hóa chất sử dụng
Bảng 2.2 Danh mục các thiết bị sử dụng
Bảng 2.3 Môi trường nuôi cấy
Bảng 3.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu vi sinh vật các mẫu nước
mía đường phố

Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 5

Trang
14
27
29
31
38


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
CFU
PEF
TGA
TVSVHK
VSV
YGC

Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Colony Forming Unit
Pulsed electric field
Trypton Glucoza Agar
Tổng vi sinh vật hiếu khí
Vi sinh vật
Yeast Glucose Chloramphenicol

Page 6


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
MỞ ĐẦU
Việt Nam là đất nước nhiệt đới nóng ẩm, quanh năm đa phần là nắng nóng nên rất phổ
biến với các loại nước giải khát. Đặc biệt mùa hè một thức uống thơm ngon, bổ dưỡng
được bán khắp các đường phố, vỉa hè đó là “nước mía”. Chỉ với từ 7.000-10.000đ bạn sẽ
có một cốc nước mía mát lạnh để giải khát ngày hè. Giá cả của nước mía phải chăng nên
nó được tiêu thụ tốt. Một vấn đề đặt ra, nước mía là thức uống bổ dưỡng nên đây là môi
trường thuận lợi để vi sinh vật tồn tại và phát triển, cộng với việc nước mía được bày bán
ở ngoài đường nên có nguy cơ cao nhiễm vi sinh vật. Vì vậy để đánh giá mức độ ô nhiễm
vi sinh vật của nước mia em đã khảo sát 25 mẫu nước mía bán ở các quán ở các quận
Hoàng Mai và Hai Bà Trưng.
Hòa nhịp cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật ngành công nghệ thực
phẩm cũng đang hướng tới phát triển những ứng dụng của kỹ thuật hiện đại trong sản
xuất thực phẩm. Hiện nay, có ba kỹ thuật hiện đại đang được ứng dụng trong sản xuất
thực phẩm đó là: kỹ thuật trường xung điện, kỹ thuật áp suất cao và kỹ thuật siêu âm.
Trong đó kỹ thuật xung điện trường đang được quan tâm khá nhiều bởi những ưu điểm
của kỹ thuật này hoàn toàn phù hợp với xu hướng của thị trường người tiêu dùng thực
phẩm. Xung điện trường PEF là một phương pháp phi nhiệt bảo quản thực phẩm có sử
dụng xung điện thời gian ngắn làm cho vi khuẩn bất hoạt và gây ảnh hưởng bất lợi ở mức
tối thiểu tới chất lượng và các thuộc tính của thực phẩm. Phương pháp xung điện trường
PEF có khả năng tiêu diệt vi sinh vật nên nhóm nghiên cứu muốn áp dụng xung điện
trường cho sản phẩm nước mía, khảo sát sau quá trình xung điện lượng vi sinh vật sống
sót, các yếu tố của quá trình xung ảnh hưởng đến lượng vi sinh vật trong nước mía.
Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 7

GVHD: TS. Vũ Thu Trang
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm ở điều kiện xung điện trường thấp , mục tiêu
không chỉ dừng lại chỉ áp dụng cho sản phẩm nước mía đường phố mà nhóm nghiên cứu
mong muốn phương pháp xung điện trường này có thể áp dụng cho sản phẩm nước mía
nói chung, nước mía sau khi xử lý xung điện có thể áp dụng vào việc đóng chai sử dụng
cho phạm vi nhỏ, hay mở rộng ra hơn nữa là ứng dụng xung điện trường để sản xuất quy
mô công nghiệp với sản phẩm nước mía đóng chai để người tiêu dùng có thể sử dụng sản
phẩm nước mía bốn mùa trong năm không phải chỉ có thể sử dụng nước mía trong giai
đoạn mùa hè –thu nữa. Vì vậy chúng tôi thực hiện luận văn “ Khảo sát ô nhiễm vi sinh
vật và nghiên cứu ảnh hưởng của xung điện trường tới khả năng sống sót của vi sinh vật
trong nước mía đường phố” với các nội dung nghiên cứu sau :
-

Khảo sát tình trạng ô nhiễm vi sinh vật của các mẫu nước mía thu thập trên dịa bàn
thành phố Hà Nội, từ đó đánh giá mức độ ô nhiễm vi sinh vật của sản phẩm nước

-

mía đường phố.
Ảnh hưởng của xung điện trường tới khả năng sống sót của VSV trong nước mía
đường phố
+ Ảnh hưởng của thời gian xung điện đến khả năng sống sót của VSV trong nước
mía đường phố
+ Ảnh hưởng của cường độ xung điện đến khả năng sống sót của VSV trong nước
mía đường phố
+ Ảnh hưởng của tần xuất xung đến khả năng sống sót của VSV trong nước mía
đường phố

Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 8


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
PHẦN 1: TỔNG QUAN
1.Tổng quan về nước mía
1.1 Nước mía tươi – thức uống giải khát bổ dưỡng
Nước mía là một loại nước giải khát khá phổ biến ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là ở
những nước trồng mía như Cu ba, Ấn Độ, Brazin, Thái Lan, Trung Quốc. Nước mía được
sản xuất ở các nước chủ yếu do nhu cầu giải khát của người dan ở vùng trồng mía như
một loại nước uống dinh dưỡng cho những người lao động trên cánh đồng thay vì phải
nhai cấy mía vừa gây hiện tượng rát lưỡi vừa mất thời gian làm việc. Người dân dùng các
máy ép trục quay tay hoặc chạy bằng động cơ để thu nhận nước mía. Sau đó, tùy theo
khẩu vị, người ta pha loãng để giảm độ ngọt bằng cách cho thêm nước sạch, nước đá
hoặc một số loại nước ép trái cây nhờ đó đã tạo ra một loại nước uống vừa rẻ tiền, vừa
dinh dưỡng, góp phần khôi phục nhanh sức khỏe trong quá trình chặt mía rất nặng nhọc
trên đồng ruộng. Nước mía không thuần túy chỉ là dung dịch nước đường mà thực sự là
loại nước giải khát vì thành phần hóa học phong phú của nó. Trong nước mía, ngoài
đường sacaro và một lượng đường khử còn có rất nhiều khoáng chất như sắt, magie, phốt
pho, canxi, và các axit hữu cơ như axit malic, axit sucxinic, axit acotinic, amino axit,
vitamin,..vv..Với thành phần dinh dưỡng như đã nêu trên, các nghiên cứu khoa học đã
khẳng định nước mía tươi là loại nước giải khát có nguồn gốc tự nhiên tương tự như nước
ép trái cây, rất có lợi cho sức khỏe ( trừ người bị tiểu đường và người bị bệnh béo phì ).
Nước mía tươi còn được bổ sung thêm hương liệu như hương cam, chanh và gừng để
tăng tính hấp dẫn cuẩn phẩm [5]
Nước mía tươi dùng để giải khát đang rất phổ biến ở các nước trên thế giới trong đó có
Việt Nam. Nước mía tươi thu được bằng cách: cây mía làm sạch, tước vỏ ngoài và ép
bằng các máy ép trục quay tay hoặc chạy điện. Nước mía thu được sau khi ép được lọc sơ
bộ để loại bỏ xác bã mía, được làm mát bằng máy lạnh hoặc cho thêm nước đá và đưa đi

phục vụ khách hàng uống liền. Nước mía là nước giải khát rất được ưa chuộng, khác hẳn
nước pha bằng đường sacaro (đường kính), nước mía tươi có màu ngà, có hương vị thơm
ngon, vừa là nước giải khát tốt, vừa có giá trị dinh dưỡng cao.

1.2 Các nghiên cứu về sản phẩm nước mía trên thế giới
-

Để giải quyết vấn đề sản xuất nước mía tươi giải khát, các nước như Mỹ, Brazin
người ta đã chế tạo nhiều loại máy nhỏ nhưng hiện đại, có kiểu dáng công nghiệp
và chất lượng cao, chạy bằng động cơ và bằng chất liệu đảm bảo an toàn vệ sinh
thực phẩm.

Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 9


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
-

-

Tập trung nghiên cứu vào việc nghiên cứu công nghệ sản xuất đường thô và
đường tinh chế. Thí dụ:
+ Nghiên cứu về sự ảnh hưởng của độ axit và enzym đến sự chuyển hóa đường
trong cây mía
+ Nghiên cứu công nghệ ép, công nghệ làm sạch, công nghệ làm trong, lọc, cô
đặc, kết tinh đường để phục vụ cho các nhà máy sản xuất đường
Nghiên cứu xung quanh vấn đề nước giải khát:
+ Nghiên cứu của Buchli (2010) về sự biến màu của nước mía do enzym

polyphenol oxydase
+ Nghiên cứu của Shimizu Junichi và cộng sự (2009-2011) về sản phẩm nước mía
ở dạng bột pha sẵn bằng cách phối trộn nước mía đã có bổ sung hương chanh hoặc
gừng với palatinose sau đó đem đi sấy phun hoặc sấy lạnh đông nhưng sản phẩm
bột nước mía pha ra không có mùi vị của nước mía tươi.
+ Nghiên cứu của Stern Robert và cộng sự (2008-2011) về công nghệ sản xuất bột
nước mía. Sản phẩm bột nước mía được chế biến bằng cách hòa trộn nước mía
tươi với nước trái cây khấc như nước táo, nước cam,… sau đó có bổ sung mật ong
hoặc siro ngô có DE = 45 hoặc thấp hơn và cuối cùng toàn bộ hỗn hợp được sấy
lại. Tuy nhiên, nhược điểm rất lớn của quá trình này đó là chi phí giá thành cho
quá trình sấy lạnh quá cao.[5]

1.3 Các nghiên cứu về sản phẩm nước mía ở Việt Nam
-

Nghiên cứu công nghệ sản xuất nước mía giải khát từ cây mía tím tỉnh Hòa Bình
( 2013-2014 )

1.4 Tình trạng ô nhiễm của sản phẩm nước mía đường phố tại Việt Nam
Nước mía hiện nay thường được bán trên hè phố có nguy cơ không đảm bảo an toàn vệ
sinh thực phẩm do:
-

Môi trường trên đường phố bị ô nhiễm.
Thiết bị, máy móc chế biến và dụng cụ pha chế nước mía chưa được vệ sinh đúng

-

cách.
Côn trùng, ruồi, muỗi trên đường phố là những tác nhân truyền bệnh, chúng đậu

vào mía tươi đã được cạo vỏ làm VSV nhiễm vào cây mía đó; đồng thời vi sinh

Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 10


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
vật từ môi trường xâm nhiễm vào máy móc, dụng cụ từ người phục vụ làm nước
-

mía tươi dễ bị nhiễm độc.
Rác thải từ các nhà hàng nước mía tươi thường gây ô nhiêm môi trường rất nhiều

-

và cũng là nơi khu trú của nhiều loại côn trùng như ruồi, nhặng truyền bệnh dịch.
Do nước và nước đá: Không có đủ nước sạch đầy đủ để chế biến và rửa dụng cụ,
máy móc. Sử dụng nước không đảm bảo để làm đá. Bảo quản và vận chuyển đá
trong các dụng cụ không đảm bảo vệ sinh. Dụng cụ để chặt, đập đá không đảm

-

bảo.
Do người chế biến, bán hàng: Người bán hàng thiếu kiến thức và ý thức nên vẫn
bán hàng khi bị bệnh, chưa vệ sinh tay trước khi xay mía cho khách hàng, … làm
lây nhiễm vào nước mía.

Hiện nay sản phẩm nước mía đường phố chưa được kiểm soát chặt chẽ về vấn đề vệ sinh
an toàn thực phẩm. Để đánh giá mức độ ô nhiễm của sản phẩm nước mía, nhóm nghiên

cứu đã dựa vào tiêu chuẩn của Bộ y tế (Số 46/2007/QĐ-BYT)
Bảng 1.1 Các chỉ tiêu vi sinh vật của nước giải khát không cồn
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Chỉ tiêu
Tổng số vi sinh vật hiếu khí ưa ấm, số khuẩn lạc trong 1ml
sản phẩm
E.Coli, số vi khuẩn trong 1ml sản phẩm
Coliform, số vi khuẩn trong 1ml sản phẩm
Tổng số nấm men – nấm mốc, số khuẩn lạc trong 1ml sản
phẩm
S.aureus, số vi khuẩn trong 1ml sản phẩm
Cl. Perfringens, số vi khuẩn trong 1ml sản phẩm

Giới hạn tối đa
102
Không có
10
10
Không có
Không có

Kết luận: Nước mía là một loại thức uống thơm ngon bổ dưỡng nhưng tiềm tàng mối
nguy bị nhiễm vi sinh vật và thời hạn sử dụng thường ngắn. Hiện tại ở Việt Nam đã có
một vài nghiên cứu về sản xuất nước mía đóng chai. Vì vậy để sản phẩm nước mía đóng

Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 11


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
chai được sử dụng và bảo quan trong thời gian dài thì việc nghiên cứu phương pháp bảo
quản nước mía là vô cùng quan trọng và cần thiết. Việc nghiên cứu phương pháp bảo
quản mới này sẽ mở ra hướng sản xuất nước mía đóng chai ở quy mô công nghiệp, giúp
sản phẩm dễ dàng được phân phối, buôn bán và sử dụng hơn.

2. Tổng quan về xung điện trường (PEF)
2.1 Lịch sử của xung điện trường
Chế biến thực phẩm bằng phương pháp điện cho ngừng hoạt động của vi sinh vật và
enzyme trong thực phẩm bắt đầu vào đầu những năm 1920. Các nỗ lực đầu tiên được tiến
hành bằng cách sử dụng điện tinh khiết phương pháp ở Liverpool (Anh), với các ứng
dụng của dòng điện xoay chiều (220 đển 4200V) để thanh trùng sữa (Beattie và Lewis,
1925). Trong quá trình đầu này, làm nóng trước sữa nguyên liệu đã phải chịu liên tục
dòng điện và nhiệt thanh trùng với tạo ra nhiệt ở 70°C trong 15 giây.
Đến năm 1940, lĩnh vực điện được sử dụng trong quá trình chế biến thực phẩm cho các
mục đích khác hơn là ngừng hoạt động của vi sinh vật. Flaumenbaum (1968) sử dụng
thành công điện trường xung trong một quá trình làm tăng tính thấm của tế bào thực vật,
tạo điều kiện khai thác tiếp theo dịch tế bào. Ngày nay, nhiều ứng dụng của PEF tập trung
vào việc tăng cường hiệu quả của nước trái cây chiết xuất từ trái cây bằng cách sử dụng
PEF như tiền xử lý (Heinz và Knorr, 2001).
Một loạt các thiết bị điện trường xung và phương pháp được mô tả bởi Doevenspeck năm
1960 (Đức), bao gồm một nghiên cứu giải quyết mặt phi nhiệt của điện trường xung trên
vi khuẩn. Các nghiên cứu tập trung vào sự tương tác của điện trường xung và thành tế
bào vi khuẩn. Sale và Hamilton (1976, 1968) đã tiến hành một nghiên cứu có hệ thống để
Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 12


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
đánh giá tác dụng diệt khuẩn phi nhiệt gây ra bởi điện trường và báo cáo những tác động
gây chết người điện trường đồng nhất về vi khuẩn, trong đó bao gồm E. coli,
Staphylococcus aureus, Sarcina lutea, Bacillus subtilis, Bacillus cereus, và Candida
utilis.[6]

2.2 Kĩ thuật xung điện trường:
Xung điện trường PEF là một phương pháp không nhiệt bảo quản thực phẩm có sử dụng
ngắn xung điện cho vi khuẩn bất hoạt và gây ảnh hưởng bất lợi tối thiểu tới chất lượng
các thuộc tính của thực phẩm. Công nghệ PEF nhằm mục đích cung cấp cho người tiêu
dùng các loại thực phẩm chất lượng cao. Đối với các thuộc tính chất lượng thực phẩm,
công nghệ PEF được xem là vượt trội so với nhiệt truyền thống phương pháp chế biến
bởi vì nó tránh hoặc làm giảm đáng kể những thay đổi bất lợi trong các giác quan và tính
chất vật lý của các loại thực phẩm ( Quass, 1997 ).[7]
Công nghệ PEF liên quan đến việc áp dụng các xung điện áp cao để thực phẩm dạng lỏng
hoặc nửa rắn được đặt giữa hai điện cực. (Wouters et al., 2001) nói rằng, công nghệ xung
điện trường (PEF) được xem là một của phương pháp phi nhiệt hứa hẹn nhất cho bất hoạt
các vi sinh vật trong thực phẩm. Điện trường trong khoảng 5-50 kV/cm tạo ra bởi các
ứng dụng của điện áp cao ngắn xung (ms) giữa hai điện cực gây bất hoạt vi sinh vật ở
nhiệt độ thấp hơn so với được sử dụng trong chế biến nhiệt.[7]

2.3 Cơ chế của phương pháp PEF
Phương pháp PEF là phương pháp sử dụng các xung điện để vô hoạt hoặc tiêu diệt vi
sinh vật. Phương pháp được áp dụng cho các thực phẩm dạng lỏng hay sệt. Phương pháp
PEF phụ thuộc vào một số yếu tố: thời gian xử lý, nhiệt độ của thực phẩm, hệ vi sinh vật
Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 13


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
và enzym trong thực phẩm, nhưng chủ yếu phương pháp phụ thuộc vào cường độ điện
trường và số lần kích thích xung điện.
Cơ chế tác động của phƣơng pháp dựa trên 3 hiệu ứng: hiệu ứng dòng điện, hiệu ứng
điện trường, và hiệu ứng nhiệt.

2.3.1 Hiệu ứng dòng điện
Khi tế bào vi sinh vật tiếp xúc với trường xung điện, do dòng electron liên tục chuyển
dịch từ cực (-) đang cực (+) sẽ bắn phá màng tế bào, dẫn đến làm mất ổn định lớp màng
lipit kép và các protein của tế bào. Màng sinh chất của tế bào mất tính bán thấm, nước
bên ngoài từ từ thẩm thấu qua màng tế bào đi vào bên trong làm tế bào sưng phình lên,
đến một mức độ nào đó màng tế bào bị rách, các ion tự do mang điện bên trong tế bào
bị thoát ra ngoài, tế bào vi sinh vật bị tiêu diệt.[2]

Hình 1.1 Hiệu ứng dòng điện
(Nguồn: Humberto Vega-Mercado)

2.3.2 Hiệu ứng điện trường
Điện trường tác dụng lên các phần tử mang điện tích trong sữa một lực điện trường làm
cho tế bào vi sinh vật bị phân cực. Các phần tử mang điện tích dương sẽ hướng về bản
Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 14


GVHD: TS. Vũ Thu Trang

cực âm, các phần tử mang điện tích âm thì hướng về bản cực dương làm cho màng tế bào
bị kéo căng ra. Mặt khác, do điện áp xoay chiều làm cực âm và cựa dương liên tục đổi
chỗ cho nhau nên tế bào của vi sinh vật liên tục bị xoay trong điện trường, đến khi độ đàn
hồi của màng tế bào không đáp ứng được sẽ dẫn đến rách màng tế bào → tế bào bị phân
hủy.[2]

Hình 1.2 Hiệu ứng điện trường
( Nguồn:Ranjeet Singh, 2011)

2.3.3 Hiệu ứng nhiệt
Đặt điện áp vào 2 bản cực, xuất hiện dòng điện đi qua dung dịch ở giữa 2 bản cực → điện
trở sinh nhiệt làm nóng dung dịch.

Hình 1.3 Hiệu ứng nhiệt
Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 15


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
2.4. Các yếu tố của trường xung điện ảnh hưởng đến khả năng tiêu diệt vi sinh
vật
2.4.1 Cường độ điện trường
Cường độ điện trường là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng vô hoạt
các vi sinh vật (theo Hüshelguer và Niemann 1980; Dunne và những người khác 1996).
Sự gia tăng số lượng các vi khuẩn bị vô hoạt tỉ lệ thuận với sự gia tăng của cường độ điện
trường (theo Qin và cộng sự, năm 1998). Điều này phù hợp với lý thuyết electroporation.
Trong đó, các tác động gây ra qua màng tế bào là tỉ lệ thuận với điện trường áp dụng.[8]

2.4.2 Hình dạng xung

Xung lưỡng cực làm chết vi sinh vật tốt hơn so với các xung chỉ có một cực vì một xung
điện trường gây ra chuyển động của các phân tử tích điện trong các màng tế bào của vi
sinh vật và đổi chiều theo hướng hoặc chiều phân cực của điện trường gây ra một sự thay
đổi tương ứng theo hướng của các phân tử mang điện (Ho và cộng sự 1995; Qin và cộng
sự 1994). Với xung lưỡng cực, sự chuyển động của các phân tử tích điện gây ra áp lực
trên màng tế bào và tăng khả năng phá vỡ nó. Dùng xung lưỡng cực sẽ thuận lợi trong
việc tiết kiệm năng lượng, làm giảm sự lắng đọng các chất trên bề mặt điện cực.[8]

2.4.3 Thời gian xử lý xung điện
Thời gian xử lý là kết quả của số lượng xung và thời gian xung, theo đó sự gia tăng bất kì
của các yếu tố này sẽ làm tăng khả năng vô hoạt các vi sinh vật (Sale và Hamilton 1967).
Việc kéo dài thời gian xung có thể làm tăng nhiệt độ thực phẩm một cách không mong
muốn. Do đó, các điều kiện chế biến tối ưu nên được thiết lập để các thiết bị xung điện
Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 16


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
trường có thể cho kết quả làm việc tố nhất với tác dụng làm nóng thấp nhất. Mức độ quan
trọng của thời gian xử lý cũng phụ thuộc vào cường độ điện trường.[8]

2.4.4 Khoảng thời gian giữa hai lần xung (tần xuất xung điện)
Một khoảng thời gian giữa các xung Δt được hiển thị để thực hiện hiệu quả phân rã PEF
của mô trong táo ( Lebovka et al . 2001). Các giao thức với Δt = 60s hiển thị đã tăng tốc
động học của sự phân rã so với Δt=10-2 s trong tổng thời gian xử lý PEF. Thật ngoài
mong đợi, vì quá trình ngừng xung điện có thể bảo vệ điện thế màng tế bào tại các
khoảng thời gian dài giữa các xung . Các kết quả thu được có thể được giải thích PEF làm
tăng tốc của quá trình truyền ẩm khuếch tán bên trong các cấu trúc tế bào. Ảnh hưởng của
xung làm trì hoãn thời gian bất hoạt của E. coli đã được báo cáo (Evrendilek và Zhang

2005), nhưng lời giải thích của các kết quả quan sát được là vẫn còn mơ hồ. Các thí
nghiệm cần tiến hành nhiều hơn nữa để làm rõ hiệu quả của khoảng thời gian giữa các
xung trên sự phân rã hiệu quả.[9]

2.5 Ứng dụng của phương pháp xung điện trường trong chế biến sản phẩm
thực phẩm
2.5.1 Ứng dụng của phương pháp xung điện trường trên thế giới
Đến nay, PEF đã được áp dụng chủ yếu để bảo quản chất lượng của các loại thực phẩm,
chẳng hạn như để cải thiện tuổi thọ của bánh mì, sữa, nước cam, trứng lỏng, và nước táo
ép, và các đặc tính lên men của nấm men bia.

2.5.1.1 Chế biến nước ép táo

Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 17


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
Simpson và những người khác (1995) báo cáo rằng nước táo ép cô đặc từ điều trị bằng
PEF tại 50 kV/cm, 10 xung, độ rộng xung của 2 µs và nhiệt độ xử lý tối đa 45°C đã kéo
dài thời hạn sử dụng từ 21 ngày lên 28 ngày. Không có thay đổi về thể chất hoặc hóa chất
trong axit ascorbic hoặc đường trong nước ép táo xử lý bằng PEF. Vega Mercado và
những người khác (1997) báo cáo rằng PEF mở rộng tuổi thọ ở 22-25°C của nước ép táo
tươi và nước ép táo đậm đặc đến hơn 56 ngày hoặc 32 ngày tương ứng. Không có thay
đổi rõ rệt trong chất hóa lý của nó và các đặc tính cảm quan. [8]

2.5.1.2 Chế biến nước cam
Sitzmann (1995) báo cáo về hiệu quả của các quá trình liên tục ELSTERIL phát triển bởi
các kỹ sư thực phẩm tại Krupp Maachinentechnik GmbH ở Hamburg, liên kết với các

trường Đại học Hamburg, Đức. Họ báo cáo việc giảm các vi sinh vật có nguồn gốc thực
vật của nước cam tươi vắt bởi chu kỳ 3-log với một điện trường của 15 kV/cm mà không
ảnh hưởng đáng kể chất lượng của nó.
Zhang và những người khác (1997) đã đánh giá tuổi thọ của nước cam đã pha xử lý bằng
một hệ thống nhà máy thí điểm tích hợp PEF. Hệ thống PEF bao gồm một loạt các buồng
đồng trường. Nhiệt độ được duy trì gần xung quanh với các thiết bị làm mát giữa các
phòng. Ba xung hình dạng sóng xung đã được sử dụng để so sánh hiệu quả của các điều
kiện xử lý. Kết quả của họ xác nhận rằng làn sóng vuông là hình dạng xung có hiệu quả
nhất. Ngoài ra, các tác giả cho rằng tổng số lượng hiếu khí đã giảm từ 3 đến chu kỳ 4-log
dưới 32 kV/cm. Khi bảo quản ở nhiệt độ 4 ° C, cả hai loại nước ép dùng nhiệt và PEF để
điều trị đã có một thời gian sử dụng của hơn 5 tháng. Vitamin C tổn thất thấp hơn và màu
sắc thường được bảo quản tốt hơn trong các loại nước ép PEF được điều trị so với các xử
Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 18


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
lý nhiệt lên đến 90 ngày (nhiệt độ lưu trữ của 4°C hoặc 22°C) hoặc 15 ngày (nhiệt độ lưu
trữ của 37°C) sau khi chế biến.[8]

2.5.1.3 Chế biến sữa
Dunn và Pearlman (1987) đã tiến hành một thử thách kiểm tra và thời hạn sử nghiên cứu
với sữa đồng nhất chủng với Salmonella Dublin và điều trị với 36,7 kV/cm và 40 xung
trong một khoảng thời gian 25 phút. Salmonella Dublin đã không được phát hiện sau khi
điều trị PEF hoặc sau bảo quản ở 7-9°C trong 8 ngày. Các nghiên cứu tiếp theo Dunn
(1996) chỉ ra ít suy thoái hương vị và không có hóa chất hay biến chất chất lượng sữa cho
làm pho-mat.
Fernandez-Molina và những người khác (1999) đã nghiên cứu tuổi thọ của nguyên liệu
sữa không béo (0,2% chất béo sữa), điều trị bằng PEF ở 40 kV/cm, 30 xung, và thời gian

điều trị 2 µs sử dụng các xung phân rã theo cấp số nhân. Tuổi thọ của sữa là 2 tuần bảo
quản ở nhiệt độ 4°C; Tuy nhiên, điều trị với sữa nguyên với 80°C trong 6 s tiếp theo là
điều trị PEF ở 30 kV/cm, 30 xung, và độ rộng xung của 2 µs tăng tuổi thọ lên đến 22
ngày, với tổng số VSV hiếu khí 3.6-log cfu/ml và không có coliform. Nhiệt độ xử lý
không vượt quá 28°C trong điều trị PEF của sữa tách kem tươi.
Qin và những người khác (1995b) đã báo cáo rằng sữa (2% chất béo sữa) bị 2 bước của
mỗi 7 xung và 1 bước của 6 xung với một điện trường của 40 kV/cm đạt được một thời
gian sử dụng của 2 tuần ở nhiệt độ lạnh. Không có sự thay đổi rõ ràng trong tính chất vật
lý và hóa học của nó và không có sự khác biệt đáng kể trong các thuộc tính cảm quan
giữa sữa nóng tiệt trùng và điều trị PEF.

Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 19


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
Calderon-Miranda (1998) đã nghiên cứu sự bất hoạt PEF của Listeria innocua lơ lửng
trong sữa tách kem. Số vi sinh vật của L. innocua đã giảm 2,5-log sau khi điều trị PEF ở
30, 40 hoặc 50 kV/cm. Listeria monocytogenes được giảm 1 chu kỳ 3-log ở 25°C và chu
kỳ 4-log ở 50°C, không có khác biệt đáng kể được tìm thấy trong số 3 loại sữa. Các tác
dụng tiêu diệt VSV của PEF là một chức năng của thời gian cường độ trường và điều trị.
[8]

2.5.1.4 Chế biến trứng
Một số nghiên cứu sớm nhất trong các sản phẩm trứng đã được tiến hành bởi Dunn và
Pearlman (1987) trong một buồng điều trị song song điện cực tĩnh với 2 cm khoảng cách
sử dụng 25 xung theo cấp số nhân phân rã với điện áp cao điểm khoảng 36 kV. Các thử
nghiệm được tiến hành trên trứng lỏng, các sản phẩm trứng lỏng và các sản phẩm trứng
với kali sorbate và acid citric thêm vào như chất bảo quản. Hiệu quả của nó thậm chí còn

rõ ràng hơn khi bảo quản ở nhiệt độ thấp, nơi các sản phẩm trứng với một số cuối cùng
khoảng 2,7 log cfu/ml bảo quản ở 10°C và 4°C duy trì một số lượng thấp cho 4 và 10
ngày.
Các nghiên cứu khác trên toàn bộ trứng lỏng (LWE) điều trị bằng PEF tiến hành bởi Qin
và những người khác (1995) và Ma và những người khác (1997) cho thấy điều trị PEF
giảm độ nhớt nhưng tăng màu (về nồng độ β-carotene ) của toàn bộ chất lỏng trứng so
với trứng tươi. [8]

2.5.1.5 Chế biến món canh đậu xanh
Vega-Mercado và những người khác (1996a) tiếp xúc với súp đậu với 2 bước của 16
xung ở 35 kV/cm để ngăn chặn sự gia tăng nhiệt độ vượt quá 55°C trong khi điều trị.
Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 20


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
Tuổi thọ của các món canh đậu PEF được xử lý ở nhiệt độ lạnh vượt quá 4 tuần, trong khi
22 hoặc 32°C đã được tìm thấy không phù hợp để lưu trữ các sản phẩm. Không có sự
thay đổi rõ ràng trong các tính chất vật lý và hóa học hoặc các thuộc tính cảm quan của
súp đậu trực tiếp sau khi chế biến PEF hoặc trong suốt 4 tuần lưu trữ ở nhiệt độ lạnh.

2.5.2 Ứng dụng của phương pháp xung điện trường tại Việt Nam
Ở Việt Nam chưa có đơn vị nào áp dụng xung điện để sản xuất thực phẩm, nhưng đã có
đề tài nghiên cứu của TS. Vũ Thu Trang và cộng sự (2014) về ảnh hưởng của trường
xung điện đến khả năng sống sót của vi khuẩn trong sữa. Nghiên cứu tác động của kích
thích xung điện trường tới khả năng sống sót của từng vi khuẩn riêng biệt và hệ vi sinh
vật trong sữa cho thấy, phương páp kích thích xung điện trường có hiệu quả ức chế sự
phát triển và diệt khuẩn. số lượng vi khuẩn E.coli và B.subtilis trong mẫu sữa UHT nhiễ
khuẩn giảm 8 log và 4 log tương ứng sau 10s kích thích xung điện trường 55V/cm. hệ vi

sinh vật trong sữa tươi nguyên liệu bị tiêu diệt khi xử lí kích thích xung điện trường
55V/cm ( sau 12s ); 27,5V/cm ( sau 40s ); 25V/cm ( sau 50s ) và không phát triển lại sau
10 ngày bảo quản tại 10°C. Mặc dù cần nghiên cứu ảnh hưởng của kích thích xung điện
trường tới tính chất sản phẩm, kết quả nghiên cứu mở ra một hướng ứng dụng mới cho
thanh trùng sữa tươi nguyên liệu tiện lợi và dễ ấp dụng tại các nông hộ nhỏ. [3]
Tổng kết:
Nước mía là sản phẩm có hương vị thơm ngon, vừa là nước giải khát tốt, vừa có giá trị
dinh dưỡng cao, tại Việt Nam nước mía chỉ được sử dụng như là một loại thức uống
đường phố và không được kiểm soát chặt chẽ về vệ sinh an toàn thực phẩm. Với mong
muốn kéo dài thời gian bảo quản, đảm bảo chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm, cũng
Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 21


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
như muốn đưa sản phẩm nước mía vào sản xuất đóng chai quy mô công nghiệp để sản
phẩm nước mía có thể sử dụng được mọi mùa, nhóm nghiên cứu chúng tôi muốn đề xuất
phuơng pháp sử dụng kích thích xung điện trường cường độ thấp để tiêu diệt vi sinh vật
giúp tăng thời gian bảo quản.
Mục tiêu: Khảo sát ô nhiễm vi sinh vật trong nước mía đường phố ở thành phố Hà Nội và
từ đó nghiên cứu ảnh hưởng của xung điện trường tới khả năng sống sót của vi sinh vật
trong nước mía.
Nội dung:
-

Khảo sát tình trạng ô nhiễm vi sinh vật của các mẫu nước mía thu thập trên dịa bàn

thành phố Hà Nội, từ đó đánh giá mức độ ô nhiễm vi sinh vật của sản phẩm nước mía
đường phố.

-

Ảnh hưởng của xung điện trường tới khả năng sống sót của VSV trong nước mía

đường phố
+ Ảnh hưởng của thời gian xung điện đến khả năng sống sót của VSV trong nước
mía đường phố
+ Ảnh hưởng của cường độ xung điện đến khả năng sống sót của VSV trong nước
mía đường phố
+ Ảnh hưởng của tần xuất xung đến khả năng sống sót của VSV trong nước mía
đường phố

Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 22


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
PHẦN 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.Đối tượng và vật liệu nghiên cứu:
1.1 Đối tượng nghiên cứu:
Nước mía thu thập ở các cửa hàng bán lẻ ở khu vực Quận Hoàng Mai và Quận Hai Bà
Trưng, thành phố Hà Nội.

1.2 Vật liệu nghiên cứu
1.2.1 Hóa chất
Bảng 2.1 Danh mục các hóa chất sử dụng
STT
1
2

3
4
5
6

Hóa chất
Pepton
Cao nấm men
Glucose
Thạch
Tetracyclin
Endo agar

Xuất xứ
Ấn Độ
Merch , made in Germany
Xilong Chemical Co., made in china
Công ty TNHH Hải Long – Kiến An, Hải Phòng
CTCP Dược - VTYT Thanh Hóa
Merch , made in Germany

1.2.2. Thiết bị
1.2.2.1 Bộ xung điện
Bộ kích thích xung điện do bên Bộ môn Quá trình và thiết bị - Viện công nghệ sinh học
và công nghệ thực phẩm chế tạo.
Gồm có khoang thanh trùng được gắn 2 bản cực. Hai bản cực này nối với nguồn điện
xoay chiều và được điều khiển đóng/mở nhờ công tắc điện tử. Công tắc điện tử được điều
khiển tự động bằng phần mềm máy tính thông qua bộ chuyển đổi.

Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 23


GVHD: TS. Vũ Thu Trang

Hình 2.1 Mô hình thực tế bộ xung điện

Hình 2.2 Mô hình cấu tạo bộ xung điện
Thiết bị xung điện quy mô phòng thí nghiệm do nhóm nghiên cứu thiết kế và chế tạo gồm
khoang thanh trùng là một hình hộp chữ nhậy (hở một mặt) với kích thước 150 × 40 × 30.
Hai điện cực kim loại mỏng được gắn vào khoang có dạng hình chữ nhật có kích thước D
Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 24


GVHD: TS. Vũ Thu Trang
× R: 150 ×30. Khoảng cách giữa hai điện cực là 4 cm. Điện áp đặt lên hai điện cực có giá
trị hiệu dụng U được thay đổi với các giá trị trong các thí nghiệm lần lượt là 220, 110V,
100V. Điện trường hình thành trong phần không gian giữa hai tấm kim loại là điện trường
đều với giá trị hiệu dụng E được thay đổi tương ứng trong các thí nghiệm lần lượt là: 55
V/cm; 27,5 V/cm; 25 V/cm. Công tắc điện tử được sử dụng trong thiết bị là một triac
(chịu được dòng điện định mức 25A, điện áp ngược 600V) được khống chế bật tắt theo
thời gian định trước trên màn hình máy tính thông qua hệ thống mạch phụ trợ trung gian
được trình bày như hình 2.2.

1.2.2.2 Thiết bị sử dụng trong phòng thí nghiệm
Các thiết bị sử dụng thuộc phòng thí nghiệm C4-112 và C4-205, Viện Công nghệ Sinh
học và Công nghệ Thực phẩm – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội bao gồm:

Bảng 2.2 Danh mục các thiết bị sử dụng
STT
1
2
3
4
5
6

Tên thiết bị
Nồi hấp tiệt trùng
Tủ cấy vô trùng
Tủ sấy
Máy lắc vortex
Cân điện tử 3 số
Tủ nuôi cấy ổn nhiệt 30°C, 37°C

Xuất xứ
VEB, Berlin
Heraeus, made in Germany
Thermosi – SR1000
ZX3, made in Europe
PB303, made in Switzerland
1575R, SLshellab

Các dụng cụ trong phòng thí nghiệm: đĩa petri, đầu côn các loại, đèn cồn, micro pipet các
loại, que cấy, pipet 10ml, ống efendot, bình schott,..

2. Phương pháp nghiên cứu:
2.1 Lấy mẫu:

Vũ Phương Thảo – KTTP1 – K56

Page 25