Xung ánh sáng - một phương pháp dùng để xử lý thực phẩm trước khi bảo quản

- XUNG ÁNH SÁNG - MỘT PHƯƠNG PHÁP DÙNG ĐỂ XỬ LÝ THỰC PHẨM TRƯỚC KHI BẢO QUẢN.
- Xung ánh sáng là một kỹ thuật mới, không sử dụng nhiệt, có khả năng khử khuẩn trên bề mặt thực phẩm do tác dụng của một phổ ánh sáng rộng với năng lượng cao.
- Xung ánh sáng - một phương pháp dùng để xử lý thực phẩm trước khi bảo quản.
- Với định hướng nghiên cứu trên, bài tổng quan này mong muốn được giới thiệu những cập nhật về các kiến thức hiện tại liên quan đến việc sử dụng xung ánh sáng như một phương pháp dùng để tiêu diệt vi sinh vật..
- Xung ánh sáng là một phương pháp tiên tiến không sử dụng nhiệt dùng để xử lý trong việc bảo quản thực phẩm.
- Các đèn phát xung ánh sáng.
- Tùy theo cấu tạo của thiết bị, xung ánh sáng có thể tiếp xúc một phần hay tất cả các bề mặt của thực phẩm cần xử lý.
- Mỗi xung ánh sáng phát ra có năng lượng tương đương vài joule trên 1 cm 2 tùy thuộc vào cấu hình của thiết bị.
- Năng lượng và số lượng của xung ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong việc tiêu diệt vi sinh vật.
- Với một thiết bị phát xung ánh sáng bình thường, các đèn xenon có thể phát ra các xung ánh sáng có độ dài sóng trong khoảng từ tia cực tím đến tia hồng ngoại.
- 21% tia cực tím (từ 180 – 380 nm), 30% ánh sáng thấy được nm) và 49% tia hồng ngoại nm).
- Phổ ánh sáng được phát ra bởi các thiết bị này có cường độ gấp 20.000 lần so với ánh.
- Phương pháp sử dụng xung ánh sáng đã hạn chế được những tác động không mong muốn đó.
- Sự khác biệt này được lý giải bởi thời gian xử lý của mỗi xung ánh sáng rất ngắn (khoảng 100 µs), điều này sẽ giúp ngăn cản hiệu quả sự hình thành liên kết với oxy tự do hay oxy hòa tan.
- Ngoài ra, các phản ứng oxy hóa còn bị hạn chế bởi số lượng xung ánh sáng rất ít khi sử dụng phương pháp này (Fine et al., 2004)..
- Hình 1: Hệ thống điều khiển và phát xung ánh sáng.
- 3 BẤT HOẠT VI SINH VẬT BẰNG XUNG ÁNH SÁNG.
- Ứng dụng chính của xung ánh sáng là để tiêu diệt vi sinh vật.
- Cho đến hiện tại, vẫn còn rất ít các thông tin liên quan đến việc ứng dụng kỹ thuật xung ánh sáng trong lĩnh vực đảm bảo về giá trị và an toàn thực phẩm.
- Tuy nhiên, trong vài năm trở lại đây, đã có những nghiên cứu liên quan tới việc ứng dụng xung ánh sáng như một phương tiện để kiểm soát hoặc bất hoạt vi sinh vật hiện diện trên thực phẩm được thực hiện..
- 3.1 Bất hoạt vi sinh vật in vitro bằng xung ánh sáng.
- Đèn phát xung ánh sáng.
- Mẫu cần xử lý.
- 2 tóm tắt các kết quả nghiên cứu về hiệu quả của xung ánh sáng trên nhiều loại vi sinh vật khác nhau..
- Trong nghiên cứu về ảnh hưởng của xung ánh sáng đến vi sinh vật được nuôi cấy trên môi trường rắn, Gomez-Lopez et al., 2005 đã cho thấy mức độ giảm mật số của vi sinh vật trong khoảng từ 2,8 đến >5,9 log tùy loại vi khuẩn, sau khi xử lý 50 xung (với năng lượng tương đương 7J) với khoảng cách 8,5cm.
- Trong khi đó, kết quả nghiên cứu của Rowan et al., 1999 cho thấy, mức độ tiêu diệt vi khuẩn đạt được khoảng 6 log khi xử lý với 200 xung (với năng lượng tương đương 3J) và khoảng cách 4,5 cm.
- Xung ánh sáng được xem là một phương pháp tương đối hữu hiệu để tiêu diệt các bào tử vi khuẩn.
- Khi sử dụng xung ánh sáng để tiêu diệt bào tử Bacillus circulans và Bacillus cereus trên bề mặt môi trường rắn với 50 xung thì mức độ giảm mật số đạt được lần lượt là 3,7 và.
- (Bushnell et al., 1998) cho thấy mật số bào tử Bacillus subtilis, Bacillus pumilus, và Bacillus stearothermophilus giảm từ 6 đến 8 log chỉ với mức độ xử lý từ 1 đến 3 xung ánh sáng.
- 3.1.2 Bất hoạt nấm mốc, nấm men và virut Liên quan đến hiệu quả xử lý của xung ánh sáng trên nấm men, nấm mốc, có rất nhiều kết quả nghiên cứu đã được công bố (thể hiện trong Bảng 2).
- Dường như nấm men và nấm mốc ít nhạy cảm hơn với xung ánh sáng so với vi khuẩn (Rowan et al., 1999.
- Kết quả này tương đồng với kết quả nghiên cứu đạt được trên Botrytis cinerea và Monilia fructigena sau khi xử lý 250 giây bằng xung ánh sáng (tương đương với 1500 xung).
- Các chủng nấm mốc này thể hiện sự chống chịu rất tốt với kỹ thuật xung ánh sáng.
- (Gomez-Lopez et al., 2005) cho thấy khi xử lý xung ánh sáng trên các chủng nấm mốc này với 50 xung thì mật số nấm mốc giảm không quá 3 log.
- Kết quả nghiên cứu của Gomez-Lopez et al., 2005 cho thấy, khi xử lý nấm mốc với 50 xung thì mức độ tiêu diệt của phương pháp này đạt không quá 3 log.
- Số lượng các nghiên cứu về tác dụng của xung ánh sáng trên virut khiêm tốn hơn rất nhiều so với các nghiên cứu trên vi khuẩn, nấm men và nấm mốc.
- Roberts và Hope 2003 đã nghiên cứu tác dụng của xung ánh sáng trên virut có màng bao và không có màng bao.
- Cũng có thể do tác động quang hóa của xung ánh sáng lên cấu trúc bộ gen của virut.
- Nhiều nghiên cứu cho thấy các virut có cấu tạo ADN sợ đôi chống chịu tốt hơn với kỹ thuật xung ánh sáng so với các virut có cấu tạo ADN sợi đơn..
- Trong điều kiện in vitro, các kết quả nghiên cứu cho thấy xung ánh sáng có khả năng tiêu diệt vi sinh vật một cách đáng kể khi được nuôi cấy trên môi trường lỏng hoặc môi trường rắn.
- Bảng 1: Ảnh hưởng của xung ánh sáng trên vi khuẩn in vitro Loại vi khuẩn.
- Môi trường xử lý.
- Số lượng xung ánh sáng hoặc thời gian xử lý.
- phẩm bằng xung ánh sáng.
- Cho đến hiện tại vẫn còn khá ít thông tin liên quan đến việc áp dụng kỹ thuật xung ánh sáng trong xử lý bề mặt thực phẩm.
- Một số kết quả nghiên cứu về ứng dụng của kỹ thuật xung ánh sáng trong việc tiêu diệt vi sinh trên bề mặt thực phẩm được trình bày trong Bảng 3..
- Nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực này là công trình của Dunn, 1996, kết quả nghiên cứu cho thấy, khi gây nhiễm vi khuẩn Samonelle enteritidis trên bề mặt trứng thì kỹ thuật xung ánh sáng giúp làm giảm 8 log chỉ với điều kiện xử lý là 8 xung ở mức năng lượng 0,5 J/cm 2 .
- Các số liệu được thống kê trong Bảng 3 đã cho thấy kết quả đạt được của kỹ thuật xung ánh sáng đối với vi sinh vật gây nhiễm trên bề mặt thực phẩm.
- Sharma và Demirci (2003) đã nghiên cứu ảnh hưởng của xung ánh sáng trên Escherichia coli O157:H7 được gây nhiễm trên hạt đinh lăng, với hệ thống “SteriPulse- XL ® 3000.
- Phổ ánh sáng của hệ thống này bao gồm tia cực tím, ánh sáng nhìn thấy được và tia hồng ngoại, trong đó tia cực tím chiếm 50%.
- Kết quả nghiên cứu này cho thấy mật số của vi khuẩn Escherichia coli O157:H7 chỉ giảm 0,94 log sau khi xử lý 135 xung với khoảng cách 8 cm.
- Kỹ thuật xử lý này không ảnh hưởng đáng kể đến khả năng nẩy mầm của hạt..
- Kết quả đạt được là mật số nấm mốc giảm 3,25 và 2,95 log khi xử lý với.
- Các kết quả nghiên cứu này cho thấy, khả năng ức chế vi sinh vật của kỹ thuật xung ánh sáng phụ thuộc vào số lượng xung và thời gian xử lý, chiều dày của thực phẩm nghiên cứu và khoảng cách giữa thực phẩm cần xử lý với đèn phát xung ánh sáng..
- Bảng 2: Ảnh hưởng của xung ánh sáng trên nấm mốc, nấm men và virut in vitro Loại vi sinh vật Môi trường xử.
- hoặc J/cm 2 ) Số lượng xung ánh sáng.
- hoặc thời gian xử lý Mức độ.
- Xung ánh sáng có hiệu quả cao khi xử lý các bề mặt nhẵn và dung dịch trong suốt.
- Đối với thực phẩm dạng rắn, đục, không đều, xốp hoặc dày (cá, thịt, các loại hạt, rau quả), thì hiệu quả của kỹ thuật xung ánh sáng hầu như đều thấp hơn so với các kết quả đạt được in vitro.
- 4 CƠ CHẾ BẤT HOẠT VI SINH VẬT CỦA KỸ THUẬT XUNG ÁNH SÁNG.
- Xung ánh sáng là một kỹ thuật sử dụng ánh sáng có phổ rộng bao gồm ánh sáng có bước sóng từ 180 nm (tia cực tím) cho đến 1100 nm (tia hồng ngoại).
- phần còn lại của phổ ánh sáng (các tia nhìn thấy và tia hồng ngoại).
- Khi sử dụng thiết bị lọc để loại bỏ vùng ánh sáng có bước sóng dưới 320 nm thì kết quả cho thấy, tác dụng ức chế vi sinh vật của kỹ thuật này giảm rõ rệt.
- Ngoài ra, kết quả nghiên cứu của các tác giả này cũng cho thấy phần ánh sáng khả kiến và ánh sáng hồng ngoại khi xử lý với cường độ cao cũng có khả năng gây ức chế vi sinh vật.
- Nghiên cứu cũng cho thấy việc sử dụng ánh sáng đa sắc sẽ cho kết quả tiêu diệt vi sinh vật tốt hơn so với sử dụng ánh sáng đơn sắc.
- Bảng 3: Tóm tắt các kết quả về hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật của kỹ thuật xung ánh sáng trên nhiều loại thực phẩm khác nhau.
- (J/cm 2 ) Số lượng xung ánh sáng hoặc thời gian xử lý.
- Một điều cần lưu ý rằng, phần lớn các kết quả khoa học được công bố liên quan đến xung ánh sáng đều cho rằng, cơ chế diệt khuẩn của kỹ thuật này chủ yếu là liên quan đến vai trò của phần tia cực tím trong phổ ánh sáng sử dụng (tác dụng quang hóa) (Anderson et al., 2000.
- Mục tiêu đầu tiên của tế bào chịu sự tác động của xung ánh sáng là ADN (Chang et al., 1985, Bank et al., 1990).
- Các nucleotid của ADN hấp thụ ánh sáng có bước sóng khoảng 260 nm của phổ ánh sáng UV..
- Tuy nhiên, trong trường hợp xử lý bằng xung ánh sáng thì cơ chế thuận nghịch này không xuất hiện, có lẽ do ảnh hưởng đáng kể đến hệ thống tự sửa lỗi của ADN.
- Hệ thống tự sửa lỗi không hoạt động, những sự thay đổi trong cấu trúc ADN do tác động của xung ánh sáng sẽ làm cho tế bào vi sinh vật bị tiêu diệt (Mcdonald et al., 2000).
- Kết quả nghiên cứu được công bố bởi Takechita et al., 2003 cho thấy sự hư hỏng ADN, ví dụ như sự phá hủy một vài liên kết hóa học (sự phá vỡ sợi ADN đơn) hoặc sự hình thành các liên kết nhị hợp được thể hiện khi nghiên cứu trên tế bào nấm men (Saccharomyces cerevisiae) xử lý với xung ánh sáng.
- Kết quả này cho thấy cơ chế tiêu diệt vi sinh vật của xung ánh sáng không chỉ phụ thuộc vào sự tác động lên ADN của tế bào..
- Như vậy, khi xử lý xung ánh sáng với cường độ năng lượng thấp, một vài loại protein vẫn giữ được hoạt tính vốn có của nó, tuy nhiên khi xử lý với cường độ năng lượng cao thì hoạt tính của chúng sẽ bị tiêu diệt (Cover et al., 2001).
- Có khả năng là tác dụng của xung ánh sáng trên protein, màng tế bào và các thành phần khác của tế bào xảy ra đồng thời với sự phá hủy acid nucleic..
- Xử lý bằng xung ánh sáng gây nên sự phân giải protein của nấm men Saccharomyces cerevisiae cao hơn rất nhiều so với việc xử lý nấm men này bằng hệ thống chiếu tia UV liên tục.
- Đây có thể là một dấu hiệu của tổn thương tế bào gây ra trong quá trình xử lý (Takeshita et al., 2003).
- Một số nghiên cứu dựa trên quan sát tế bào bằng kính hiển vi điện tử trước và sau khi xử lý bằng xung ánh sáng đã cho thấy có sự tác động lên vách tế bào..
- Điều này chứng tỏ rằng màng tế bào vi sinh vật đã có sự hư hỏng sau khi xử lý bằng xung ánh sáng..
- 5 NHỮNG ƯU ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT XUNG ÁNH SÁNG.
- Hệ thống xử lý xung ánh sáng là một phương pháp khử nhiễm hiệu quả nhờ vào tác động của quang phổ rộng và cường độ năng lượng xử lý cao..
- Xung ánh sáng được sử dụng một cách tối ưu trong nhiều bối cảnh khác nhau.
- Xung ánh sáng có thể dùng để khử nhiễm các sản phẩm dược phẩm, thiết bị y tế, các sản phẩm thực phẩm rắn, lỏng và kể cả.
- 6 NHỮNG HẠN CHẾ CỦA KỸ THUẬT XUNG ÁNH SÁNG.
- Hiệu quả của kỹ thuật xung ánh sáng đã được thể hiện rất rõ trên việc tiêu diệt nhiều loại vi sinh vật.
- Hiệu quả sát khuẩn phụ thuộc vào loại vi sinh vật mục tiêu, hiệu quả này càng lớn khi ánh sáng càng tiếp xúc nhiều với bề mặt cần xử lý.
- Một cách tổng quát, kỹ thuật xung ánh sáng là một kỹ thuật xử lý trên bề mặt, chính vì vậy, với khả năng có thể, bề mặt của thực phẩm cần xử lý nên được tiếp xúc hoàn toàn với ánh sáng để tối ưu hóa hiệu quả của kỹ thuật này (Wallen et al., 2001)..
- Một phần của bức xạ sẽ có khả năng bị hấp thụ bởi những thành phần này, do đó nó làm giảm khả năng khử khuẩn của kỹ thuật xung ánh sáng (Dunn, 1996.
- Cấu trúc hình học của thực phẩm cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của kỹ thuật xung ánh sáng..
- Gomez-Lopez et al., 2005 chỉ ra rằng khả năng sát khuẩn của kỹ thuật xung ánh sáng giảm đáng kể khi tăng mật số vi khuẩn Listeria monocytogenes trên bề mặt của môi trường nuôi cấy.
- xung ánh sáng để khử nhiễm dung dịch huyền phù vi khuẩn với mật độ cao.
- Nhìn chung, kỹ thuật xung ánh sáng được xem như một kỹ thuật xử lý thực phẩm không dùng nhiệt, kỹ thuật này đảm bảo tính ổn định cho thực phẩm và an toàn về vi sinh và không làm hư hại thực phẩm do nhiệt.
- Lưu ý cuối cùng là nếu bắt buộc phải xử lý thực phẩm bằng xung ánh sáng với thời gian quá dài, thì nhất thiết phải trang bị cho hệ thống xử lý một bộ phận dùng làm mát thực phẩm và bóng đèn..
- 7 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÁC DỤNG CỦA XUNG ÁNH SÁNG.
- 7.1 Ảnh hưởng của thời gian và số lượng xung xử lý.
- Thời gian xử lý (số lượng xung) là một yếu tố quan trọng, hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật tăng tuyến.
- Kết quả xử lý virut bằng xung ánh sáng cho thấy hiệu quả tiêu diệt virut tăng khi cường độ năng lượng xử lý tăng.
- 4,8 và 7,2 log khi xử lý ở cường độ năng lượng lần lượt là 0,25.
- Các nghiên cứu liên quan đến kỹ thuật xung ánh sáng ngày càng phát triển mạnh mẽ, các kết quả được công bố đã phần nào lấp vào những.
- Ngoài ra, một sự hiểu biết sâu sắc về các cơ chế ức chế vi sinh vật của kỹ thuật xung ánh sáng sẽ cho phép tối ưu hóa những điều kiện cũng như hiệu quả của kỹ thuật này.