- TÁC DỤNG CỦA XUNG ÁNH SÁNG TRÊN Bacillus subtilis DẠNG HUYỀN PHÙ VÀ GÂY NHIỄM TRÊN GIA VỊ. - Xung ánh sáng, khử nhiễm, gia vị, B. - Mục đích của thí nghiệm là nhằm đánh giá tác động của xung ánh sáng (PL) trên B. - Đầu tiên, thí nghiệm về tác động của phương pháp xử lý xung ánh sáng (với cường độ năng lượng 0,6 J.cm -2 /xung) trên huyền phù của tế bào sinh dưỡng B. - Khi phân tích sự di chuyển của ADN trên gel agar, thì kết quả cho thấy có sự khác biệt đáng kể giữa mẫu xử lý và mẫu đối chứng. - Tiếp theo, thí nghiệm nghiên cứu tác động của xung ánh sáng (với cường độ năng lượng 1 J.cm -2 /xung) trên ba loại gia vị (tiểu hồi, ớt đỏ và tiêu đen) được gây nhiễm nhân tạo với tế bào sinh dưỡng của B. - Thí nghiệm này cho thấy phương pháp xử lý bằng xung ánh sáng có thể tiêu diệt được khoảng 1 log tế bào vi sinh vật, quan sát hình ảnh tế bào bằng kính hiển vi điện tử cho thấy hình dạng bên ngoài tế bào vi sinh vật bị phá huỷ dưới tác động của phương pháp xử lý này. - Tóm lại, thí nghiệm này cho thấy phương pháp xử lý bằng xung ánh sáng có thể tiêu diệt được tế bào sinh dưỡng của B.. - Ứng dụng của xung ánh sáng gây được sự chú ý đặc biệt đối với các nhà khoa học là do mức độ sử dụng năng lượng thấp hơn so với các quá trình xử lý nhiệt (Barbosa-Canovas et al., 1998) và sự thân thiện với môi trường của phương pháp này. - Kỹ thuật xung ánh sáng là kỹ thuật sử dụng các xung năng lượng cao của phổ ánh sáng rộng với thời gian cực ngắn để tiêu diệt vi sinh vật (Woodling &. - Tuỳ thuộc vào mức độ năng lượng xử dụng, cấu tạo của thiết bị, khoảng cách giữa nguồn sáng và mẫu, vi sinh vật mục tiêu, tính chất và thành phần của mẫu xử lý.. - Tác dụng diệt khuẩn của xung ánh sáng gây ra chủ yếu bởi phổ UV (là tác nhân tạo ra các liên kết nhị hợp trên ADN của vi khuẩn), và sự tăng nhiệt độ cục bộ do tác dụng của phổ hồng ngoại tạo nên sự phá vỡ tế bào vi sinh vật (Dunn et al., 1995;. - Mặc dù, cơ chế chính xác về tác dụng của xung ánh sáng trên tế bào vi sinh vật vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn. - Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu đã cho thấy một đóng góp quan trọng của phần phổ UV ngắn (250- 260 nm) của xung ánh sáng trong bất hoạt vi khuẩn (Uesugi &. - Xung ánh sáng cho hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật rất cao trên các loại bề mặt, bao gói và gần đây được nghiên cứu nhiều trên thực phẩm (thịt, bánh mì, rau quả và trái cây) (Sauer &. - Các tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số PEF (ví dụ như thời gian, số lượng xung, hình dạng xung) và phương pháp xử lý liên tiếp đến mức độ giảm mật số vi khuẩn trên húng quế, thì là và bột hành tây.. - (2008) và ở a w 0.8, hiệu quả khử khuẩn đạt được từ 1 – 2 log CFU/g với năng lượng xử lý là 11 và 5 kw/m 2 . - Mặc dù vậy, các nghiên cứu liên quan tới khả năng khử nhiễm của xung ánh sáng trên thực phẩm dạng bột vẫn còn rất khiêm tốn. - Mục đích của thí nghiệm này là đánh giá khả năng khử nhiễm của xung ánh sáng trên một số loại gia vị đã được gây nhiễm với B. - Sau đó, 10 ml dung dịch sẽ được xử lý bằng. - xung ánh sáng (được đề cập trong mục 2.3). - Sau đó, nguyên liệu được xử lý bằng xung ánh sáng (được mô tả trong mục 2.3). - Mẫu xử lý và mẫu đối chứng được pha loãng. - 2.3 Phương pháp xử lý xung ánh sáng Thiết bị xử lý xung ánh sáng được cung cấp bởi Claranor (Pháp) gồm có 1 bộ phận tích điện và 1 buồng xử lý, trong đó có 4 đèn xenon dạng hình trụ (Massier et al., 2011). - Thiết bị thí nghiệm này tạo ra một loạt các xung ánh sáng có bước sóng từ 200 đến 1100 nm và thời gian của mỗi xung là 300 s.. - Trong thí nghiệm này, cường độ năng lượng sử dụng để xử lý huyền phù vi khuẩn là 0.6 J.cm -2 /xung và gia vị là 1 J.cm -2 /xung.. - Bảng 1: Điều kiện xử lý theo cấu hình của thiết bị Số lượng. - Hình 1: Sơ đồ minh hoạ buồng xử lý xung ánh sáng (Claranor): (a) cấu hình 4 đèn sử dụng cho huyền phù vi sinh vật và (b) cấu hình 3 đèn sử dụng cho bột gia vị. - hình chữ nhật bằng thạch anh và được xử lý ở 3000 V, 1 Hz với xung có cấu hình 4 đèn và cường độ năng lượng sử dụng là 0.6 J.cm -2 /xung. - vi khuẩn. - subtilis, thì mẫu được xử lý trong điều kiện đảo trộn ở 3000 V, 1 Hz và 10 xung với cùng thiết bị như trên nhưng có cấu hình 3 đèn để đạt được cường độ năng lượng là 1 J.cm -2 /xung (Hình 1b và Bảng 1). - ADN của tế bào B. - 3.1 Hiệu quả xử lý huyền phù B. - subtilis của xung ánh sáng. - Thí nghiệm đầu tiên được thực hiện nhằm mục đích đánh giá hiệu quả của số lượng xung ánh sánh trên huyền phù của vi khuẩn B. - Kết quả thí nghiệm (Hình 2) cho thấy chỉ cần xử lý một xung (0,6 J.cm -2 ) đã đủ tiêu diệt hoàn toàn 8 log vi khuẩn B. - (2006), chỉ cần xử lý một xung đã tiêu diệt hoàn toàn 6 log vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa. - Với 5 giây xử lý bằng xung ánh sáng, Krishnamurthy et al. - đây là môi trường gần như trong suốt đối với phổ ánh sáng kể cả những tia ánh sáng thấy được và các tia tử ngoại, có nghĩa là sự hấp thụ tia UV của dung dịch nước muối sinh lý rất thấp, tạo điều kiện cho các tia này có cơ hội tiếp xúc với vi khuẩn cao hơn.. - Điều đó dẫn đến hiệu quả khử khuẩn cao của phương pháp xử lý này (Oms-Oliu et al., 2010).. - Để bổ sung cho kết quả trên, thí nghiệm nghiên cứu tác động của xung ánh sáng trên hình dạng bên ngoài của tế bào B. - Hình 3a và 3b cho thấy xung ánh sáng không có ảnh hưởng đến hình dáng bên ngoài của tế bào B. - subtilis ngay cả với mức xử lý năng lượng xung ánh sáng 6 J.cm -2 (10 xung). - Thật sự, hình dáng bên ngoài của tế bào vi khuẩn hoàn toàn không có sự thay đổi trước và sau khi xử lý (6 J.cm -2. - điều đó cho thấy với các điều kiện xử lý trong thí nghiệm này thì mặc dù xung ánh sáng tiêu diệt rất tốt vi khuẩn B.. - subtilis dạng huyền phù, nhưng nó không gây ra sự phá vỡ hay thay đổi hình dạng bên ngoài của tế bào đã xử lý. - Cho tới nay, chưa có một báo cáo nào liên quan tới tác động của xung ánh sáng trên vách tế bào B. - (2003) nhận thấy có sự thay đổi cấu trúc của tế bào Saccharomyces cerevisiae ở dạng huyền phù khi xử lý với 2 và 3 xung (ở cường độ 0.7 J.cm -2 /xung). - Sự thay đổi này ở các tế bào sau xử lý bao gồm sự gia tăng kích. - (2011) đã nghiên cứu tác động của xung ánh sáng đến màng tế bào nấm men. - Các tác giả này nhận thấy tia UV làm thay đổi tính thẩm thấu của màng tế bào và làm giảm đáng kể số lượng tế bào sống sót sau khi xử lý. - Sau khi xử lý ở cường độ 90 và 100 xung (tương đương với mức năng lượng xử lý UV trên mỗi cm 2 là 2,4 và 4,1J.) thì 90 và 99% tế bào nấm men bị xử lý bắt màu với thuốc nhuộm PI (Propidium Iodide), điều đó cho thấy tính thẩm thấu của màng tế bào bị ảnh hưởng đáng kể, có. - nghĩa là màng tế bào nấm men không còn toàn vẹn sau quá trình xử lý xung ánh sáng. - Tuy nhiên, cần nhấn mạnh rằng kết quả thí nghiệm này được thực hiện trên tế bào B. - subtilis, được biết đến như một loại vi khuẩn có khả năng chống chịu với xung ánh sáng tốt hơn so với nấm men (S. - Một giả thuyết khác có thể được dùng để giải thích cho kết quả thí nghiệm của chúng tôi là sự hư hại ADN có thể là nguyên nhân dẫn đến sự tiêu diệt vi khuẩn bởi xử lý xung ánh sáng.. - Năng lượng xung ánh sáng xử lý trên mỗi cm 2 (J.cm -2 ) Log mật số vi sinh vật, Log(cfu.mL-1). - Hình 2: Tác dụng khử khuẩn của xung ánh sáng trên huyền phù tế bào B. - Hình 3: Ảnh tế bào B. - b) mẫu xử lý ở 3 000V, 1Hz, 10 xung (0.6 J.cm -2 /xung). - giá tác động của xung ánh sáng đến ADN của vi khuẩn. - Kết quả thí nghiệm được thể hiên trong Hình 3, kết quả này cho thấy phương pháp xử lý. - xung ánh sáng đã ảnh hưởng đến khả năng di chuyển của ADN trên gel agar. - Thật vậy, ADN được trích ly từ tế bào đã xử lý bằng xung ánh sáng dịch chuyển xa hơn so với ADN được trích ly từ tế bào của mẫu đối chứng. - Điều này cho thấy đã có sự thay đổi trong cấu trúc ADN của các tế bào được xử lý bằng xung ánh sáng. - Tóm lại, kết quả thí nghiệm này cho thấy phương pháp xử lý xung ánh sáng đã gây ra những thay đổi trong cấu trúc ADN của tế bào B. - subtilis, đây chính là tác dụng chính của phương pháp xử lý xung ánh sáng.. - Hình 4: Ảnh hưởng của xử lý xung ánh sáng trên tốc độ di chuyển của AND tế bào B. - NF - Không xử lý. - 6F – mẫu xử lý 6. - xung và 10F – mẫu xử lý 10 xung) 3.2 Hiệu quả xử lý của xung ánh sáng trên gia vị được gây nhiễm bởi B. - Hiệu quả diệt khuẩn của xung ánh sáng trên gia vị được gây nhiễm nhân tạo với B. - Mức độ khử nhiễm của xung ánh sáng khác nhau đáng kể giữa các loại gia vị thí nghiệm điều này có thể được giải thích bởi mỗi loại gia vị có các chất ức chế khác nhau, chính các chất này đã ảnh hưởng đến khả năng gây nhiễm của vi khuẩn B. - subtilis lên gia vị cũng như khả năng khử khuẩn của xung ánh sáng (Arora. - Kết quả thí nghiệm (Hình 5) cho thấy với cường độ năng lượng 10 J.cm -2 (1 J.cm -2 x 10 xung), thì xung ánh sáng tiêu diệt được 0,8 log vi khuẩn trên mẫu tiểu hồi và tiêu đen và đạt được trên 1 log vi khuẩn đối với bột ớt đỏ. - Mức độ khử khuẩn thấp của xung ánh sáng trên bột gia vị có thể được giải thích bởi khả năng tiếp xúc thấp của vi khuẩn với ánh sáng, đặc biệt là tia cực tím. - Thật vây, những vi khuẩn nằm ở lớp trên sẽ tiếp xúc với ánh sáng và bị tiêu diệt, và chính những vi khuẩn này sẽ cản trở sự tiếp xúc của ánh sáng với phần còn lại của mẫu. - (2007), các nhà nghiên cứu này cho rằng khả năng tạo độ che khuất của vi sinh vật càng cao khi các vi sinh vật này hấp thụ ánh sáng mạnh. - Hơn nữa, để tiêu diệt được vi sinh vật thì photon và vi sinh vật phải tiếp xúc với nhau trong quá trình xử lý. - Thật vậy, để đạt được hiêu quả diệt khuẩn cao khi xử lý thực phẩm dạng bột ví dụ như gia vị, thì đòi hỏi phải có một giải pháp kỹ thuật hợp lý như thiết kế thiết bị xử lý xung ánh sáng kết hợp với đảo trộn thực phẩm trong quá trình xử lý (Gardner &. - Hình 5: Hiệu quả diệt khuẩn của xung ánh sáng trên gia vị được gây nhiễm với B. - subtilis Tiếp theo, tác động của xung ánh sáng trên tế. - Hình 6a, 6b, 7a và 7b cho thấy kết quả trái ngược với việc xử lý tế bào trong huyền phù, hình dạng bên ngoài của tế bào vi khuẩn được xử lý ở trạng thái khô bị thay đổi rỏ ràng trong quá trình xử lý xung ánh sáng. - Hình ảnh tế bào vi khuẩn B.. - subtilis bị phá hủy hoặc biến dạng dưới tác dụng của phương pháp xử lý bằng. - xung ánh sáng. - Một số nhà nghiên cứu cho rằng nguyên nhân chính gây phá hủy tế bào vi sinh vật khi xử lý bằng xung ánh sáng là do hiện tượng quang hóa gây ra do tác dụng của tia cực tím (Wekhof, 2000. - Theo tài liệu tham khảo, có giả thuyết cho rằng xung ánh sáng cũng gây ra tác dụng nhiệt lên tế bào vi sinh vật trong trường hợp sử dụng nguồn năng lượng cao và thời gian dài. - Đồng quan điểm, Wekhof (2000) cho rằng cơ chế tiêu diệt vi sinh vật của xung ánh sáng bao gồm cả hai tác động quang hóa và quang nhiệt.. - Hình 6: Hình ảnh tế bào B. - subtilis trên bột tiêu đen a) mẫu không xử lý. - b) mẫu xử lý ở 10 xung (1 J.cm -2 /xung). - Hình 7: Hình ảnh tế bào B. - subtilis trên tiểu hồi a) mẫu không xử lý. - b)mẫu xử lý ở 10 xung (1 J.cm -2 /xung) 4 KẾT LUẬN. - Thí nghiệm này được thực hiện nhằm mục đích so sánh hiệu quả khử khuẩn của xung ánh sáng trên tế bào B. - Ngược lại, ở điều kiện gây nhiễm trên bột gia vị, với cường độ 10 J.cm -2 (10 xung), phương pháp này chỉ tiêu diệt được trên dưới 1 log tế bào vi khuẩn. - subtilis trong bột gia vị bị biến dạng và phá vỡ bởi xử lý xung ánh sáng. - Kết quả nghiên cứu này cho thấy tiềm năng phong phú của công nghệ xử lý xung ánh sáng trong việc tiêu diệt vi sinh vật trong huyền phù và cả trong thực phẩm dạng bột. - Điều này đưa đến nhiều hứa hẹn cho việc sử dụng xung ánh sáng thay thế cho phương pháp vô hoạt vi sinh vật bằng nhiệt hiện nay