Tài liệu Đồ án Tổng quan tài liệu về kỹ thuật Dense Phase CO 2 – Nguyên lý ứng dụng trong công nghệ thực phẩm: Đồ án Công nghệ Thực phẩm
1
LỜI NÓI ĐẦU
Xã hội ngày một phát triển, nhu cầu của con người ngày một nâng cao đòi hỏi
kỹ thuật cũng phải có những bước phát triển phù hợp. Công nghệ thực phẩm cũng
không ngoại lệ. Việc tìm ra những phương pháp xử lý mới, những sản phẩm mới
cũng như những nguồn nguyên liệu mới đã trở thành những vấn đề mang tính chiến
lược hiện nay.
CO2 siêu tới hạn là một trong những đề tài được tìm hiểu nhiều trong suốt thời
gian gần đây và nhờ những ưu điểm của mình mà CO2 siêu tới hạn đã được ứng
dụng trong rất nhiều lĩnh vực nghiên cứu và thực tế như trích ly, tinh sạch, làm môi
trường phản ứng. Đặc biệt, việc sử dụng CO2 siêu tới hạn để thanh trùng, tiệt trùng
thực phẩm đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và đưa ra những kết luận về ưu
điểm của kỹ thuật mới này so với các kỹ thuật truyền thống...
92 trang |
Chia sẻ: hunglv | Lượt xem: 1280 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang mẫu tài liệu Đồ án Tổng quan tài liệu về kỹ thuật Dense Phase CO 2 – Nguyên lý ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
1
LÔØI NOÙI ÑAÀU
Xaõ hoäi ngaøy moät phaùt trieån, nhu caàu cuûa con ngöôøi ngaøy moät naâng cao ñoøi hoûi
kyõ thuaät cuõng phaûi coù nhöõng böôùc phaùt trieån phuø hôïp. Coâng ngheä thöïc phaåm cuõng
khoâng ngoaïi leä. Vieäc tìm ra nhöõng phöông phaùp xöû lyù môùi, nhöõng saûn phaåm môùi
cuõng nhö nhöõng nguoàn nguyeân lieäu môùi ñaõ trôû thaønh nhöõng vaán ñeà mang tính chieán
löôïc hieän nay.
CO2 sieâu tôùi haïn laø moät trong nhöõng ñeà taøi ñöôïc tìm hieåu nhieàu trong suoát thôøi
gian gaàn ñaây vaø nhôø nhöõng öu ñieåm cuûa mình maø CO2 sieâu tôùi haïn ñaõ ñöôïc öùng
duïng trong raát nhieàu lónh vöïc nghieân cöùu vaø thöïc teá nhö trích ly, tinh saïch, laøm moâi
tröôøng phaûn öùng. Ñaëc bieät, vieäc söû duïng CO2 sieâu tôùi haïn ñeå thanh truøng, tieät truøng
thöïc phaåm ñaõ ñöôïc nhieàu nhaø khoa hoïc nghieân cöùu vaø ñöa ra nhöõng keát luaän veà öu
ñieåm cuûa kyõ thuaät môùi naøy so vôùi caùc kyõ thuaät truyeàn thoáng.
Nhieäm vuï cuûa ñoà aùn “Toång quan taøi lieäu veà kyõ thuaät Dense Phase CO2 –
Nguyeân lyù öùng duïng trong coâng ngheä thöïc phaåm” laø tìm hieåu veà kyõ thuaät thanh
truøng, tieät truøng duøng CO2 sieâu tôùi haïn, goïi laø kyõ thuaät Dense Phase Carbon Dioxide
(DPCD), phaân tích caùc aûnh höôûng cuûa kyõ thuaät naøy leân chaát löôïng thöïc phaåm cuõng
nhö nguyeân lyù öùng duïng kyõ thuaät DPCD vaøo coâng ngheä thöïc phaåm.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
2
Chöông 1
GIÔÙI THIEÄU
Caùc kyõ thuaät khoâng duøng nhieät (chieáu xaï, duøng aùp löïc cao (UHP), duøng xung
ñoäng ñieän, kyõ thuaät dense phase CO2 (DPCD), xung ñoäng töø tröôøng) nhaèm tieâu dieät
vi sinh vaät vaø voâ hoaït caùc enzyme trong thöïc phaåm ñang thu huùt söï quan taâm vaø
ngaøy caøng ñöôïc chaáp nhaän nhö laø moät phöông phaùp xöû lyù thöïc phaåm giaøu tieàm naêng
khaû dó coù theå thay theá hay ít ra laø hoã trôï cho caùc kyõ thuaät xöû lyù truyeàn thoáng nhö
thanh truøng, tieät truøng hoaëc söû duïng caùc phuï gia. So vôùi caùc kyõ thuaät truyeàn thoáng
thì nhöõng kyõ thuaät môùi naøy giuùp laøm giaûm söï thay ñoåi muøi vò moät caùch khoâng mong
muoán trong quaù trình xöû lyù, söï bieán tính caùc thaønh phaàn dinh döôõng, taïo ra caùc ñoäc
toá cuõng nhö söï thay ñoåi veà caùc tính chaát vaät lyù, hoaù lyù cuûa saûn phaåm.
Trong nhöõng kyõ thuaät khoâng duøng nhieät noùi treân thì kyõ thuaät Dense phase CO2
ñöôïc xem laø kyõ thuaät coù nhieàu öu ñieåm nhaát. Dense phase CO2 (DPCD) laø moät kyõ
thuaät söû duïng CO2 ôû traïng thaùi dense phase (traïng thaùi sieâu tôùi haïn) ñeå voâ hoaït vi
sinh vaät vaø enzyme coù trong nguyeân lieäu ôû nhieät ñoä thaáp do ñoù maø giaûm ñöôïc nhöõng
aûnh höôûng baát lôïi cuûa nhieät ñeán chaát löôïng thöïc phaåm. Kyõ thuaät naøy ñaõ ñöôïc nghieân
cöùu trong hôn 50 naêm qua, ñaëc bieät laø trong 2 thaäp kyû vöøa qua, vaø aûnh höôûng cuûa noù
leân caùc teá baøo sinh döôõng, caùc baøo töû vi sinh vaät, bao goàm caû caùc maàm beänh, vi sinh
vaät gaây thoái, naám men, naám moác, vaø nhieàu loaïi enzyme khaùc nhau ñaõ ñöôïc chöùng
minh. Nhieàu thöïc phaåm loûng ñaït ñöôïc giaù trò caûm quan toát, giöõ ñöôïc höông vò töï
nhieân, giaù trò dinh döôõng cuõng nhö caùc tính chaát hoaù lyù sau khi ñöôïc xöû lyù baèng
DPCP. Maët khaùc, CO2 laø loaïi nguyeân lieäu khoâng ñoäc, khoâng gaây chaùy noå, giaù thaønh
thaáp, beân caïnh ñoù noù cuõng laø thaønh phaàn trong nhieàu loaïi thöïc phaåm chaúng haïn nhö
caùc loaïi thöùc uoáng coù gas.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
3
Nghieân cöùu ñaàu tieân ñöôïc cho laø môû ñaàu cho khaû naêng öùng duïng kyõ thuaät DPCD
laø nghieân cöùu cuûa Fraser (1951). Nghieân cöùu ñaõ keát luaän raèng söï giaûi phoùng ñoät
ngoät khí CO2 ôû aùp suaát cao khoaûng 34 atm veà aùp suaát thöôøng coù theå phaù vôõ teá baøo vi
khuaån. Quaù trình tieán haønh trong nghieân cöùu treân coù moät böôùc neùn CO2 ôû aùp suaát
cao ñeå taêng khaû naêng thaåm thaáu qua maøng teá baøo roài giaûi phoùng aùp suaát khieán CO2
giaõn nôû vaø phaù vôõ teá baøo. Giaû thuyeát aáy ngaøy nay ñaõ ñöôïc chöùng minh vaø coâng trình
cuûa Fraser vaø coäng söï ñöôïc xem laø baèng chöùng ñaàu tieân veà öùng duïng cuûa kyõ thuaät
DPCD nhö moät phöông phaùp thanh trung, tieät truøng khoâng duøng nhieät.
Naêm 1969, nhaø saûn xuaát Swift & Co. nhaän ñöôïc baèng saùng cheá cuûa Hoa Kyø cho
phaùt minh heä thoáng tieät truøng thöïc phaåm söû duïng CO2. Hoï ñaõ keát luaän raèng thöïc
phaåm tieät truøng coù theå giöõ ñöôïc muøi vò töï nhieân khi tieät truøng baèng CO2 ôû aùp suaát
cao.
Keå töø ñoù, nhieàu nghieân cöùu ñaõ ñöôïc tieán haønh nhaèm tìm hieåu cô cheá, ñoäng hoïc
vaø caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình xöû lyù thöïc phaåm duøng kyõ thuaät DPCD ñeå toái
öu hoaù quaù trình xöû lyù. Beân caïnh ñoù, caùc nhaø khoa hoïc cuõng tìm hieåu nhöõng aûnh
höôûng cuûa kyõ thuaät naøy leân thöïc phaåm vaø tieán haønh so saùnh noù vôùi caùc kyõ thuaät
thanh truøng, tieät truøng khaùc.
Ngaøy nay, kyõ thuaät DPCD ñaõ cho thaáy nhöõng öu ñieåm vaø taàm öùng duïng roäng raõi
trong caùc coâng ngheä caàn xöû lyù vi sinh vaät vaø enzymes. Nhieàu nghieân cöùu vaãn coøn
ñöôïc tieán haønh vôùi quy moâ lôùn nhoû khaùc nhau ñeå tìm hieåu saâu hôn veà kyõ thuaät öu
vieät naøy.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
4
Chöông 2
KHAÙI NIEÄM, TÍNH CHAÁT DENSE PHASE CO2
2.1. Giôùi thieäu veà CO2
2.1.1. Lòch söû
Carbon dioxide laø moät trong nhöõng loaïi khí ñaàu tieân ñöôïc xaùc ñònh laø toàn taïi töï
do trong khoâng khí. Vaøo theá kyû 17, Jan Baptist Helmont, moät nhaø hoaù hoïc ngöôøi Bæ,
laø ngöôøi ñaàu tieân phaùt hieän ra söï toàn taïi cuûa moät loaïi khí khoâng maøu sau moät thí
nghieäm ñoát than cuûi vaø goïi noù laø moät loaïi “gas”.
Trong thaäp nieân 50 cuûa theá kyû 17, Joseph Black, nhaø vaät lyù hoïc ngöôøi Scotland,
cuõng ñaõ tìm hieåu veà tính chaát cuûa CO2 vaø keát luaän raèng loaïi khí naøy naëng hôn khoâng
khí, khoâng duy trì söï chaùy vaø söï soáng cuûa sinh vaät, coù theå ñöôïc taïo ra baèng caùch
nung noùng hay cho ñaù voâi taùc duïng vôùi acid. OÂng cuõng nhaän thaáy laø dung dòch nöôùc
voâi trong sau khi ñöôïc suïc khí CO2 thì seõ hoaù ñuïc do taïo thaønh calcium carbonate,
vaø ñaõ duøng hieän töôïng naøy giaûi thích cho vieäc taïo thaønh CO2 töø hoaït ñoäng trao ñoåi
chaát cuûa con ngöôøi, ñoäng vaät vaø töø quaù trình leân men cuûa vi sinh vaät. Sau ñoù, nhaø
hoaù hoïc ngöôøi Phaùp, oâng Antoine Lavoisier ñaõ chöùng minh ñöôïc chaát khí taïo thaønh
töø phaûn öùng ñoát chaùy than cuûi cuûa Jan Baptist Helmont coù tính chaát nhö Black moâ taû
laø moät oxide cuûa carbon.
Naêm 1775, Joseph Priestley ñaõ söû duïng CO2 taïo thaønh töø phaûn öùng giöõa acid
sulfuric vaø ñaù voâi ñeå saûn xuaát soda, moät loaïi thöùc uoáng coù CO2 ñaàu tieân.
Naêm 1823, Humphrey Davy vaø Micheal Faraday laàn ñaàu tieân hoaù loûng ñöôïc
CO2.. Naêm 1834, Charles Thilorier trong moät tai naïn tình côø ñaõ phaùt hieän ra caùch
taïo carbon dioxide daïng raén (thöôøng goïi laø baêng khoâ) sau khi môû moät bình cao aùp
chöùa CO2.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
5
Ngaøy nay, CO2 ñaõ ñöôïc tìm hieåu kyõ löôõng vaø ñöôïc öùng duïng trong raát nhieàu lónh
vöïc khaùc nhau.
2.1.2. Tính chaát vaät lyù vaø hoaù hoïc cuûa CO2
Carbon dioxide laø moät hôïp chaát hoaù hoïc khoâng phaân cöïc, hình thaønh töø moät
nguyeân töû carbon noái ñoâi vôùi hai nguyeân töû oxy, coù coâng thöùc hoaù hoïc laø CO2.
Hình 2.1: Caáu truùc phaân töû cuûa CO2
CO2 toàn taïi ôû traïng thaùi khí trong ñieàu kieän thöôøng, khoâng maøu, khoâng muøi,
khoâng duy trì söï chaùy, toàn taïi trong khoâng khí vôùi noàng ñoä xaáp xæ 0,03%, ít ñoäc vôùi
con ngöôøi vaø ñoäng vaät.
Baûng 2.1: Moät soá thoâng soá hoaù lyù cuûa CO2
Khoái löôïng rieâng (ñkc) 1,98 kg/m3
Ñoä tan trong nöôùc (to phoøng) 1,45 kg/m3
Ñieåm ñoâng ñaëc -57oC (neùn)
Ñieåm soâi -78oC (thaêng hoa)
pKa1 6,35
pKa2 10,33
Ñoä nhôùt (-78oC) 0,07 cP
Nhieät ñoä tôùi haïn 31,1oC
Aùp suaát tôùi haïn 7,37 MPa
Khaû naêng hoaø tan trong nöôùc cuûa CO2 laø moät tính chaát quan troïng. Taïi ñieàu kieän
thöôøng (14,7 psi, 15oC), moät theå tích CO2 coù theå hoaø tan hoaøn toaøn trong moät theå
tích nöôùc. Tuy nhieân, ñeå duy trì söï hoaø tan naøy ta caàn phaûi duy trì aùp suaát, neáu
khoâng CO2 seõ giaûi phoùng khoûi nöôùc döôùi daïng caùc boït nhoû. Khaû naêng hoaø tan cuûa
CO2 phuï thuoäc vaøo aùp suaát, nhieät ñoä vaø pH dung dòch, cuï theå laø haøm löôïng CO2 hoaø
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
6
tan trong nöôùc seõ taêng khi taêng aùp suaát, gi aûm nhieät ñoä vaø taêng pH. Trong ñoù, aùp suaát
aûnh höôûng raát lôùn ñeán khaû naêng hoaø tan cuûa CO2: aùp suaát caøng cao thì löôïng CO2
hoaø tan caøng nhieàu.
Khaû
naêng
hoøa
tan
cuûa
CO2
vaøo
nöôùc
Aùp suaát (psi)
Hình 2.2: Ñoà thò bieåu dieãn khaû naêng hoaø tan cuûa CO2 trong nöôùc ôû nhöõng nhieät ñoä
khaùc nhau theo aùp suaát
Quaù trình hoaø tan CO2 vaøo nöôùc ñöôïc moâ taû nhö sau:
Ban ñaàu, CO2 traïng thaùi khí seõ hoaø tan vaøo nöôùc
Sau ñoù, CO2 seõ töông taùc vôùi nöôùc ñeå taïo thaønh acid carbonic. Chæ
khoaûng 1% CO2 hoaø tan toàn taïi döôùi daïng H2CO3
Acid carbonic laø moät acid yeáu, phaân ly qua hai giai ñoaïn
H2CO3 ↔ H+ + HCO3- pKa = 6,57
HCO3- ↔ H+ + CO32- pKa = 10,62
Acid carbonic coù theå bò phaân huyû taïo thaønh CO2 vaø nöôùc
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
7
Ngoaøi ra, CO2 laø moät hôïp chaát khoâng phaân cöïc, do ñoù maø noù deã daøng tan vaøo
caùc dung moâi khoâng phaân cöïc nhö chaát beùo. Ñaây laø moät trong nhöõng ñaëc tính quan
troïng cuûa CO2 khi öùng duïng traïng thaùi dense phase cuûa noù ñeå thanh truøng hay tieät
truøng thöïc phaåm vì CO2 seõ hoaø tan vaøo phaàn kî nöôùc ôû giöõa maøng lipid keùp cuûa teá
baøo vi sinh vaät vaø gaây bieán tính maøng.
2.1.3. Giaûn ñoà pha cuûa CO2
Hình 2.3: Giaûn ñoà pha cuûa CO2
CO2 coù theå toàn taïi ôû nhieàu traïng thaùi khaùc nhau: raén, loûng, khí tuyø thuoäc vaøo
ñieàu kieän aùp suaát vaø nhieät ñoä.
Taïi ñieåm tôùi haïn (critical point), khi taêng aùp suaát vaø nhieät ñoä, CO2 seõ tieán vaøo
vuøng traïng thaùi sieâu tôùi haïn (supercritical), khi ñoù noù seõ coù tính chaát naèm giöõa traïng
thaùi loûng vaø khí. Taïi moät nhieät ñoä coá ñònh treân nhieät ñoä tôùi haïn Tc, khi ta taêng aùp
suaát, CO2 khoâng ngöng tuï chuyeån veà traïng thaùi loûng ñöôïc, khoái khí CO2 bò neùn laïi,
do ñoù maø maät ñoä chuùng taêng leân, taïo neân moät traïng thaùi daøy ñaëc maø ta goïi laø traïng
thaùi dense phase. Vì vaäy, traïng thaùi dense phase cuõng ñöôïc xem laø traïng thaùi sieâu
tôùi haïn.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
8
2.2. Toång quan veà dense phase CO2
(Coustantina Tzia vaø George Liadakis, 2003)
2.2.1. Ñònh nghóa veà dense phase hay traïng thaùi sieâu tôùi haïn
Traïng thaùi sieâu tôùi haïn laø traïng thaùi cuûa moät chaát, hôïp chaát hay hoãn hôïp maø
nhieät ñoä vaø aùp suaát toàn taïi cuûa noù treân nhieät ñoä tôùi haïn (Tc), aùp suaát tôùi haïn (Pc) vaø
döôùi aùp suaát chuyeån sang theå raén cuûa chaát ñoù
2.2.2. Nguyeân lyù taïo thaønh CO2 sieâu tôùi haïn
Traïng thaùi cuûa moät chaát bieán ñoåi khi thay ñoåi caùc thoâng soá traïng thaùi cuûa chaát
ñoù. Nguyeân taéc taïo traïng thaùi sieâu tôùi haïn cuûa moät chaát l aø hieäu chæ nh nhieät ñoä vaø aùp
suaát cuûa chaát ñoù phaûi lôùn hôn nhieät ñoä tôùi haïn vaø aùp suaát tôùi haïn cuûa chính noù.
Baûng 2.2: Nhieät ñoä tôùi haïn vaø aùp suaát tôùi haïn cuûa moät soá chaát thoâng duïng.
Nhö vaäy, ñoái vôùi CO2, ta duy trì aùp suaát treân 7,37 Mpa vaø nhieät ñoä treân 31,1oC
thì coù theå taïo ra CO2 ôû traïng thaùi sieâu tôùi haïn.
2.2.3. Tính chaát cuûa löu chaát sieâu tôùi haïn
2.2.3.1. Haèng soá tôùi haïn
Ñieåm tôùi haïn cuûa moät chaát ñöôïc xaùc ñònh bôûi nhieät ñoä vaø aùp suaát, taïi ñoù traïng
thaùi pha loûng vaø pha khí khoâng theå phaân bieät.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
9
Khi moät chaát bò neùn vaø gia nhieät ñeán moät aùp suaát vaø nhieät ñoä cao hôn ñieåm tôùi
haïn thì chaát ñoù chuyeån sang moät traïng khaùc ñöôïc goïi laø traïng thaùi sieâu tôùi haïn.
Nhieät ñoä, aùp suaát vaø theå tích mol cuûa moät chaát ôû ñieåm tôùi haïn ñöôïc goïi laø nhieät ñoä
tôùi haïn (Tc), aùp suaát tôùi haïn (Pc) vaø theå tích mol tôùi haïn (Vc) töông öùng. Caùc tham soá
treân ñöôïc goïi laø haèng soá tôùi haïn. Moãi chaát coù moät haèng soá tôùi haïn nhaát ñònh (baûng
2.2).
2.2.3.2. Tyû troïng
Tyû troïng cuûa löu chaát sieâu tôùi haïn seõ thay ñoåi khi nhieät ñoä vaø aùp suaát töông öùng
cuûa moâi tröôøng thay ñoåi. Trong moïi tröôøng hôïp, söï gia taêng nhieät ñoä daãn ñeán söï
giaûm tyû troïng. Tyû troïng cuûa löu chaát bieán ñoåi nhanh ôû vuøng nhieät ñoä vaø aùp suaát gaàn
ñieåm tôùi haïn. Tyû troïng ruùt goïn (ρr = ρ/ρc) cuûa hôïp chaát tinh khieát ôû aùp suaát ruùt goïn
(Pr = P/Pc) laø 1,0 coù theå thay ñoåi töø giaù trò khoaûng 0,1 (tyû troïng gioáng chaát khí) ñeán
khoaûng 2,0 (tyû troïng gioáng chaát loûng) khi ta tieán haønh hieäu chænh nhieät ñoä ruùt goïn
(Tr = T/Tc) trong daõy töø 0,9 – 1,2 (hình 2.4, baûng 2.3).
Hình 2.4: Söï bieán thieân tyû troïng ruùt goïn cuûa moät chaát trong vuøng laân caän tôùi haïn.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
10
Baûng 2.3: So saùnh ñaëc tính vaät lyù cuûa chaát loûng, chaát khí vaø chaát loûng sieâu tôùi haïn.
Khi tyû troïng cuûa löu chaát sieâu tôùi haïn coù gi aù trò töông ñöông vôùi tyû troïng cuûa chaát
ñoù ôû traïng thaùi loûng thì chaát loûng sieâu tôùi haïn hoaït ñoäng nhö dung moâi loûng. Tuy
nhieân, khi nhieät ñoä ruùt goïn taêng ñeán giaù trò khoaûng 1,6, chaát loûng sieâu tôùi haïn trôû
neân gioáng chaát khí do söï giaõn nôû taêng cuøng vôùi söï taêng nhieät ñoä.
2.2.3.3. Haèng soá ñieän moâi.
Taïi aùp suaát cao, chaát khí khoâng coøn toàn taïi ôû traïng thaùi khí lyù töôûng do söï taêng
cöôøng lieân keát vaät lyù giöõa caùc ion, caùc löôõng cöïc, caùc löôõng cöïc taïm thôøi vaø nhieàu
cöïc aûnh höôûng tôùi caùc töông taùc phaân töû trong heä. Naêng löôïng töông taùc (Eq) giöõa
caùc ñieän tích q1, q2 ñöôïc xaùc ñònh bôûi moät haøm cuûa haèng soá ñieän moâi (ε) vaø khoaûng
caùch giöõa caùc ñieän tích (r).
r
qq
Eq
..4
. 21
εpi
=
Haèng soá ñieän moâi tónh laø moät thoâng soá hieäu quaû ñeå ñaùnh giaù ñaëc tính dung moâi
cuûa chaát loûng coù cöïc nhö ethanol, methanol vaø nöôùc. Haèng soá ñieän moâi cuõng laø
thoâng soá phuï thuoäc vaøo tyû troïng vaø coù theå thay ñoåi baèng caùch hieäu chænh nhieät ñoä vaø
aùp suaát cuûa heä. Haèng soá ñieän moâi cuûa chaát loûng sieâu tôùi haïn laø moät thoâng soá quan
troïng ñeå öôùc löôïng söï taêng cöôøng lieân keát noäi phaân töû thoâng qua töông taùc löôõng cöïc
– löôõng cöïc. Ví duï: ôû nhieät ñoä 40oC, giaù trò haèng soá ñieän moâi cuûa CO2 taêng khi aùp
suaát taêng töø 70 – 200.105Pa vaø ñaït traïng thaùi gioáng chaát loûng khi aùp suaát cuûa heä dao
ñoäng quanh giaù trò 200.105Pa. Nhö vaäy, aùp suaát caøng cao thì lieân keát noäi phaân töû
caøng ñöôïc cuûng coá, tính chaát khoâng phaân cöïc cuûa CO2 caøng ñöôïc taêng cöôøng. Ñieàu
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
11
naøy giaûi thích nguyeân nhaân ôû aùp suaát caøng cao thì khaû naêng tan cuûa caùc chaát khoâng
phaân cöïc vaø caùc hôïp chaát khoù bay hôi trong dung moâi CO2 caøng taêng.
Hình 2.5: Tyû troïng vaø haèng soá ñieän moâi cuûa CO2 theo aùp suaát ôû 50oC.
2.2.3.3. Ñaëc tính chuyeån ñoäng
Ñoä nhôùt
Ñoä nhôùt laø moät thoâng soá quan troïng duøng ñeå ñaùnh giaù söï chuyeån ñoäng cuûa chaát
loûng trong heä thoáng. Ñoä nhôùt cuûa chaát khí taêng khi nhieät ñoä taêng trong moät khoaûng
aùp suaát nhaát ñònh. Tuy nhieân, ñoä nhôùt cuûa chaát loûng sieâu tôùi haïn laïi giaûm khi taêng
nhieät ñoä trong 1 khoaûng aùp suaát nhaát ñònh.
Ñoái vôùi löu chaát ôû traïng thaùi sieâu tôùi haïn, khi aùp suaát cuûa heä caøng taêng thì tyû
troïng cuûa noù cuõng taêng vaø ñaït giaù trò baèng vôùi tyû troïng cuûa chaát ñoù ôû traïng thaùi loûng.
Trong khi ñoù, ñoä nhôùt cuûa löu chaát sieâu tôùi haïn laïi taêng chaäm hôn vaø vaãn chöa ñaït
ñeán ñoä nhôùt cuûa chaát ñoù ôû traïng thaùi loûng.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
12
Hình 2.6: Ñoä nhôùt cuûa CO2 ôû caùc nhieät ñoä khaùc nhau trong vuøng sieâu tôùi haïn.
Khaû naêng khueách taùn
Khaû naêng khueách taùn cuõng laø moät thoâng soá quan troïng ñaùnh giaù hieäu quaû trích ly
cuûa löu chaát sieâu tôùi haïn. Khaû naêng khueách taùn cuûa moät chaát ôû traïng thaùi sieâu tôùi
haïn cao hôn so vôùi chaát ñoù ôû traïng thaùi loûng, vì vaäy maø khaû naêng truyeàn khoái cuûa
löu chaát sieâu tôùi haïn cuõng cao hôn.
Khaû naêng khueách taùn cuûa löu chaát sieâu tôùi haïn taêng khi nhieät ñoä taêng vaø giaûm
khi aùp suaát taêng.
2.2.3.4. Nhieät dung rieâng vaø söï daãn nhieät
Caùc thoâng soá veà nhieät dung rieâng vaø söï daãn nhieät ñöôïc duøng ñeå moâ taû caùch
truyeàn nhieät trong heä. Trong vuøng tôùi haïn, nhieät dung ñaúng aùp raát lôùn vaø ñaït ñeán giaù
trò cöïc ñaïi roài giaûm daàn veà giaù trò oån ñònh (hình 1.5). Tuy nhieân, nhieät dung ñaúng
tích chæ thay ñoåi raát ít trong vuøng tôùi haïn.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
13
Hình 2.7:Nhieät dung rieâng cuûa CO2 ôû 320oK.
Söï daãn nhieät cuûa chaát loûng sieâu tôùi haïn ñöôïc xem laø moät tính chaát truyeàn nhieät
quan troïng. Heä soá daãn nhieät (λ) laø heä soá tyû leä giöõa doøng nhieät Q vaø gradient nhieät
ñoä cuûa chaát loûng.
Q = λ.∇T
Haàu heát heä soá daãn nhieät cuûa chaát loûng sieâu t ôùi haïn taêng vôùi söï taêng nhieät ñoä vaø
tyû troïng cuûa heä. Baûng 1.3 theå hieän soá lieäu veà heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc vaø CO2 nhö
moät haøm cuûa nhieät ñoä ôû vaøi aùp suaát.
Baûng 2.4: Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc vaø CO2.
Toùm laïi, traïng thaùi dense phase hay traïng thaùi sieâu tôùi haïn ñöôïc moâ taû laø moät
traïng thaùi trung gian giöõa traïng thaùi khí laø loûng, coù khaû naêng khueách taùn cao
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
14
gaàn vôùi chaát khí vaø khaû naêng hoaø tan caùc chaát tan gaàn nhö moät dung moâi
loûng.
Moät chaát toàn taïi ôû traïng thaùi dense phase seõ coù nhöõng tính chaát gioáng traïng thaùi
khí do ñoäng naêng cuûa caùc phaân töû lôùn hôn löïc huùt giöõa caùc phaân töû vôùi nhau, vì vaäy
maø noù coù khaû naêng khueách taùn gioáng chaát khí. Maët khaùc, chaát naøy cuõng seõ coù nhöõng
tính chaát gioáng traïng thaùi loûng do maät ñoä phaân töû lôùn, coù caùc tính chaát veà ñoä nhôùt,
tính chaát doøng chaûy gaàn gioáng chaát loûng (N.L. Rozzi and R.K. Singh , 2002; Yoshaki
Fukushima, 1999).
Nhôø tính chaát khueách taùn vaø hoaø tan caùc chaát khaùc maø CO2 ôû traïng thaùi dense
phase coù theå tieâu dieät vi sinh vaät vaø ñöôïc aùp duïng vaøo kyõ thuaät thanh truøng, tieät
truøng môùi khoâng duøng nhieät ñoä cao.
2.3. ÖÙng duïng cuûa CO2 sieâu tôùi haïn
CO2 sieâu tôùi haïn ñöôïc öùng duïng nhieàu laøm dung moâi trích ly caùc hôïp chaát öa beùo
beân trong caùc nguyeân lieäu nhö haït, caùc loaïi quaû, taûo… Beân caïnh ñoù noù coøn ñöôïc söû
duïng ñeå tinh saïch caùc saûn phaåm daàu moû, caùc hôïp chaát nhö lecithine…
CO2 sieâu tôùi haïn coøn ñöôïc duøng laøm moâi tröôøng phaûn öùng trong moät soá thieát bò
phaûn öùng.
Moät trong nhöõng öùng duïng cuûa CO2 sieâu t ôùi haïn ñöôïc nghieân cöùu nhieàu nhaát
hieän nay laø söû duïng CO2 sieâu tôùi haïn ñeå thanh truøng, tieät truøng caùc loaïi nguyeân lieäu
khaùc nhau trong saûn xuaát thöïc phaåm, döôïc phaåm… Töông lai ñaây seõ laø moät kyõ thuaät
nhieàu trieån voïng thay theá caùc kyõ thuaät thanh truøng, tieät truøng truyeàn thoáng nhö duøng
nhieät ñoä cao vaø hoùa chaát.
2.4. Ñònh nghóa veà kyõ thuaät DPCD
Kyõ thuaät DPCD ñöôïc ñònh nghóa laø kyõ thuaät söû duïng CO2 ôû traïng thaùi dense
phase ñeå xöû lyù thöïc phaåm nhaèm öùc cheá vaø tieâu dieät caùc vi sinh vaät coù haïi, voâ hoaït
caùc enzyme vaø keùo daøi thôøi gian baûo quaûn saûn phaåm.
Tuy nhieân, hieän nay, ñònh nghóa kyõ thuaät DPCD khoâng chæ döøng laïi ôû phaïm vi söû
duïng CO2 ôû traïng thaùi dense phase maø coøn môû roäng ra caùc kyõ thuaät duøng CO2 ôû aùp
suaát cao ñeå xöû lyù thöïc phaåm. Vì vaäy, teân goïi DPCD söû duïng trong ñoà aùn naøy bao
goàm caû kyõ thuaät DPCD chính xaùc theo ñònh nghóa vaø caùc kyõ thuaät duøng CO2 aùp suaát
cao.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
15
2.5. Öu nhöôïc ñieåm cuûa kyõ thuaät DPCD
2.5.1. Öu ñieåm
Haàu heát caùc nghieân cöùu veà kyõ thuaät DPCD ñeàu thoáng nhaát vôùi nhau veà caùc öu
ñieåm noåi baät cuûa kyõ thuaät naøy trong vieäc thanh truøng, tieät truøng thöïc phaåm. Moät soá
öu ñieåm coù theå keå ñeán nhö sau:
Ñieåm ñaàu tieân ñaùng chuù yù ñeán cuûa kyõ thuaät DPCD laø hieäu quaû tieâu dieät vi
sinh vaät raát lôùn. So vôùi caùc kyõ thuaät thanh truøng, tieät truøng khaùc thì saûn
phaåm sau khi xöû lyù baèng kyõ thuaät DPCD cho thaáy löôïng vi sinh vaät toång
soá treân maãu nguyeân lieäu thaáp hôn nhieàu. Nguyeân nhaân cuûa aûnh höôûng
treân laø do taùc duïng cuûa nhieàu yeáu toá cuøng moät luùc, ñaëc bieät laø khaû naêng
bieán tính maøng teá baøo vaø trích ly teá baøo chaát cuûa CO2 ôû traïng thaùi dense
phase. Neáu chæ söû duïng aùp suaát cao thì hieäu quaû öùc cheá vi sinh vaät khoâng
toát baèng do teá baøo chæ chòu taùc ñoäng duy nhaát bôûi aùp suaát (coù theå keå theâm
nhieät ñoä) vaø cuõng caàn moät aùp suaát raát cao ñeå ñaït ñöôïc hieäu quaû mong
muoán. Maët khaùc, trong caùc loaïi khí ôû traïng thaùi dense phase thì CO2 laø
loaïi khí cho hieäu quaû tieâu dieät vi sinh vaät cao hôn haún caùc khí khaùc chuùng
khoù di chuyeån qua maøng teá baøo vi sinh vaät cuõng nhö khoâng coù taùc duïng
giaûm pH moâi tröôøng vaø pH noäi baøo nhö CO2. Vieäc laøm giaûm pH baèng caùc
loaïi axit nhö axit phosphoric, axit HCl cuõng nhö vieäc boå sung caùc loaïi phuï
gia choáng vi sinh vaät nhö SO2, acid benzoic, acid sorbic vaø muoái cuûa
chuùng... khoâng theå coù taùc duïng voâ hoaït cao nhö CO2 do nhöõng chaát keå
treân khoâng theå thaám qua maøng teá baøo deã daøng nhö CO2 (Damar vaø
Balaban, 2006).
Hieäu quaû öùc cheá enzyme cuûa kyõ thuaät DPCD cuõng cao hôn caùc kyõ thuaät
truyeàn thoáng khaùc. Nghieân cöùu voâ hoaït enzyme polyphenol oxidase ôû toâm
huøm cuûa Chen vaø coäng söï (1992) cho thaáy hoaït tính enzyme trong maãu
chænh pH coøn 35% sau 30 phuùt, trong khi ñoù hoaït tính trong maãu xöû lyù
baèng DPCD maát gaàn nhö hoaøn toaøn chæ sau 1 phuùt. Nhieàu nghieân cöùu
khaùc cuõng cho thaáy, neáu chæ duøng nhieät ñoä hoaëc aùp suaát cao thì hieäu quaû
öùc cheá enzyme khoâng toát nhö xöû lyù baèng kyõ thuaät DPCD
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
16
Chaát löôïng caûm quan cuûa saûn phaåm veà maøu saéc, muøi vò, caáu truùc sau khi
xöû lyù baèng DPCD toát hôn so vôùi caùc kyõ thuaät truyeàn thoáng khaùc. Do nhieät
ñoä tieán haønh kyõ thuaät DPCD khoâng cao neân haïn cheá ñöôïc nhöõng bieán ñoåi
baát lôïi do nhieät gaây ra nhö söï bieán maøu, taïo muøi vò khoâng mong muoán.
Maët khaùc, aùp suaát cuûa kyõ thuaät DPCD cuõng khoâng cao neáu nhö so saùnh
vôùi kyõ thuaät aùp suaát thuyû tónh cao (High Hydrostatic Pressure – HHP), do
ñoù maø caáu truùc cuûa saûn phaåm cuõng khoâng bò bieán ñoåi ñaùng keå.
Thaønh phaàn dinh döôõng cuûa saûn phaåm ít bò bieán ñoåi, ít thaát thoaùt caùc caáu
töû maãn caûm vôùi nhieät ñoä, caùc chæ tieâu hoaù lyù khaùc nhö haøm löôïng chaát
khoâ, pH, haøm löôïng acid toång haàu nhö khoâng thay ñoåi.
Chaát löôïng veà caûm quan vaø dinh döôõng toát sau khi xöû lyù laø öu ñieåm noåi
baät khi aùp duïng kyõ thuaät DPCD.
Khí CO2 söû duïng trong kyõ thuaät DPCD khoâng gaây ñoäc, gaây chaùy noå, reû
tieàn vaø coù theå taùi söû duïng laïi trong quaù trình xöû lyù baèng DPCD. Ngoaøi ra,
CO2 ôû traïng thaùi dense phase coøn coù nhöõng tính chaát hoaù lyù phuø hôïp taïo
ñöôïc hieäu quaû thanh truøng, tieät truøng cao hôn so vôùi caùc loaïi khí khaùc
cuøng traïng thaùi.
Khaû naêng côù giôùi hoaù, töï ñoäng hoaù cao.
Nhôø caùc öu ñieåm treân maø kyõ thuaät DPCD ñöôïc coi laø coù trieån voïng trong töông
lai, thay theá caùc kyõ thuaät truyeàn thoáng khaùc.
2.5.2. Nhöôïc ñieåm
Ngoaøi caùc öu ñieåm keå treân, kyõ thuaät DPCD cuõng toàn taïi moät soá nhöôïc ñieåm:
Chi phí ñaàu tö trang thieát bò cao.
Do taùc duïng cuûa aùp suaát cao neân tuoåi thoï thieát bò chòu aûnh höôûng nhieàu,
yeâu caàu ñoä beàn cuûa thieát bò cuõng taêng leân ñaùng keå.
Phaïm vi öùng duïng chöa roäng raõi do quaù trình xöû lyù caùc maãu daïng raén gaëp
khoù khaên.
Vieäc vaän haønh heä thoáng töông ñoái phöùc taïp.
Trong soá caùc nhöôïc ñieåm keå treân thì vaán ñeà chi phí thieát bò cao ñang laø nhöôïc
ñieåm lôùn cuûa kyõ thuaät DPCD. Vieäc öùng duïng kyõ thuaät naøy trong saûn xuaát ñoøi hoûi
phaûi coù söï tính toaùn caân ñoái giöõa chi phí caàn thieát ñeå caûi thieän caùc chæ tieâu quan
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
17
troïng veà caûm quan nhö maøu saéc, muøi vò vaø keùo daøi thôøi gian baûo quaûn nhôø kyõ thuaät
DPCD vaø giaù caû saûn phaåm treân thò tröôøng.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
18
Chöông 3
CAÙC BIEÁN ÑOÅI CUÛA THÖÏC PHAÅM KHI XÖÛ LYÙ
BAÈNG KYÕ THUAÄT DPCD
3.1. Bieán ñoåi sinh hoïc
Kyõ thuaät DPCD ñaõ ñöôïc chöùng minh laø coù khaû naêng tieâu dieät vi sinh vaät coù maët
trong nguyeân lieäu daïng loûng vaø daïng raén. DPCD coù theå voâ hoaït vi sinh vaät ôû daïng
teá baøo sinh döôõng, daïng baøo töû, caùc loaïi vi khuaån chòu nhieät vaø caùc loaïi naám men,
naám moác. Kyõ thuaät naøy coù theå seõ daàn daàn thay theá kyõ thuaät duøng nhieät ñoä cao trong
moät soá saûn phaåm caàn giöõ ñöôïc caùc tính chaát hoaù lyù veà caáu truùc cuõng nhö caùc tính
chaát caûm quan nhö maøu saéc, muøi vò…
Coù nhieàu cô cheá lieân quan ñeán khaû naêng voâ hoaït vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD,
tuy nhieân ñeán naøy vaãn chöa roõ cô cheá naøo laø chuû yeáu. Moät soá cô cheá ñaõ ñöôïc chöùng
minh nhö sau:
3.1.1. Cô cheá voâ hoaït teá baøo sinh döôõng
3.1.1.1. Taùc duïng giaûm pH
CO2 coù theå laøm giaûm pH khi hoaø tan vaøo nöôùc coù trong thöïc phaåm vaø hình thaønh
acid carbonic. Khi phaân ly, acid naøy taïo ra caùc ion bicarbonate, carbonate vaø H+ laøm
giaûm pH moâi tröôøng.
CO2 + H2O ↔ H2CO3
H2CO3 ↔ H+ + HCO3- pKa = 6,57
HCO3- ↔ H+ + CO32- pKa = 10,62
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
19
pH ño
pH döï ñoaùn
pH quaù trình
Hình 3.1: pH cuûa nöôùc xöû lyù vôùi CO2 aùp suaát cao
pH noäi baøo cuûa vi sinh vaät coù aûnh höôûng lôùn ñeán khaû naêng sinh tröôûng vaø phaùt
trieån cuûa chuùng. Khi moâi tröôøng ngoaøi dö H2CO3 thì chuùng seõ thaám qua maøng teá baøo
döôùi daïng khoâng phaân ly. Vaøo beân trong teá baøo, H2CO3 seõ phaân ly taïo ra H+ laøm
giaûm pH noäi baøo. Teá baøo seõ töï chænh pH noäi baøo veà vôùi giaù trò phuø hôïp baèng caùch
bôm ion H+ ra ngoaøi moâi tröôøng. Ñaây laø cô cheá vaän chuyeån chuû ñoäng ñeå ñaåy H+ ra
khoûi teá baøo nhôø xuùc taùc cuûa enzyme vaän chuyeån H+-ATPase vaø naêng löôïng do ATP
cung caáp. Khi coù quaù nhieàu H2CO3 traøn vaøo, cô cheá bôm H+ seõ khoâng coøn hieäu quaû
do phaûi tieâu hao nhieàu naêng löôïng ñeå ñaït pH caân baèng. Keát quaû laø pH noäi baøo seõ
giaûm maø khoâng theå phuïc hoài ñöôïc nöõa (Damar vaø Balaban, 2006; Hong vaø Pyun,
1999).
Taùc duïng giaûm pH noäi baøo coù theå laøm voâ hoaït teá baøo thoâng qua vieäc laøm roái
loaïn heä thoáng trao ñoåi chaát cuûa teá baøo do öùc cheá hoaït ñoäng cuûa moät soá enzyme. Caùc
enzyme cuûa heä thoáng trao ñoåi chaát seõ bò aûnh höôûng vôùi möùc ñoä khaùc nhau tuøy vaøo
loaïi enzyme vaø gioáng vi sinh vaät. Ñoái vôùi vi khuaån Escherichia coli, caùc enzyme coù
ñieåm ñaúng ñieän trong vuøng acid nhö alkaline phosphatase vaø β-galactosidase bò voâ
hoaït hoaøn toaøn, trong khi ñoù caùc enzyme coù ñieåm ñaúng ñieän trong vuøng base nhö
acid phosphatase chæ bò aûnh höôûng raát ít (Ballestra vaø coäng söï, 1996). Nghieân cöùu
cuûa Hong vaø Pyun (2001) ñaõ chöùng minh khoaûng 13 enzyme khaùc nhau cuûa vi
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
20
khuaån Lactobacillus plantarum döôùi ñieàu kieän xöû lyù baèng DPCD taïi nhieät ñoä 30oC
vaø aùp suaát 7 MPa, trong ñoù coù cystein arylamidase, α-galactosidase, α- vaø β-
glucosidase, N-acetyl-β-glucosaminidase maát hoaït tính ñaùng keå coøn caùc enzyme
lipase, leucine arylamidase, acid vaø alkaline phosphatase vaø Naphthol-AS-BI-
phosphohydrolase ít bò aûnh höôûng. Khaû naêng soáng soùt cuûa L. plantarum giaûm hôn
90%.
Baûng 3.1: Söï thay ñoåi hoaït tính moät soá enzyme cuûa vi khuaån Lactobacillus
plantarum sau khi xöû lyù baèng kyõ thuaät DPCD
Tuy nhieân, cho ñeán naøy, haàu nhö chöa coù nghieân cöùu naøo ñöa ñeán keát luaän söï voâ
hoaït cuûa enzyme naøo seõ aûnh höôûng chuû yeáu ñeán söï soáng cuûa vi sinh vaät. Vì vaäy
nhöõng nghieân cöùu tìm hieåu vai troø cuûa caùc enzyme ñoái vôùi söï soáng cuûa teá baøo vaãn
tieáp tuïc ñöôïc thöïc hieän. Vieäc phaùt hieän enzyme naøo ñoùng vai troø quyeát ñònh ñoái vôùi
söï soáng cuûa teá baøo laø raát quan troïng vì töø ñoù ta coù theå tieâu dieät vi sinh vaät thoâng qua
vieäc taäp trung tieâu dieät caùc enzyme naøy (Damar vaø Balaban, 2006; Spilimbergo vaø
Bertucco, 2003; Hong vaø Pyun,2001).
Taùc duïng laøm giaûm pH cuûa CO2 ban ñaàu ñöôïc cho laø cô cheá voâ hoaït vi sinh vaät
chính. Hieän nay, nhöõng cô cheá khaùc ñaõ ñöôïc chöùng minh laø coù aûnh höôûng lôùn ñeán
hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät hôn laø aûnh höôûng cuûa pH. Tuy nhieân coù moät ñieàu maø
haàu heát caùc nhaø khoa hoïc ñeàu ñoàng yù laø taùc duïng giaûm pH chæ coù ñöôïc chæ khi CO2
hoaø tan vaøo nöôùc ñeå hình thaønh axit carbonic vôùi moät noàng ñoä ñaùng keå (Spilimbergo
vaø Bertucco, 2003).
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
21
3.1.1.2. Taùc duïng cuûa phaân töû CO2 vaø ion bicarbonate
Moät soá enzyme thieát yeáu trong boä maùy trao ñoåi chaát cuûa vi sinh vaät coù theå bò voâ
hoaït bôûi taùc duïng cuûa phaân töû CO2. Taïi pH thaáp, caùc nhoùm amino cuûa caùc enzyme
naøy taùc duïng vôùi CO2 taïo thaønh caùc muoái bicarbonate vaø caùc hôïp chaát carbamate vaø
laøm maát hoaït tính cuûa enzyme. Moät ví duï ñieån hình laø enzyme decarboxylase bò voâ
hoaït do taùc duïng naøy vaø vì theá maø chuoãi phaûn öùng trong heä thoáng trao ñoåi chaát bò
giaùn ñoaïn, khoâng theå thöïc hieän ñöôïc (Spilimbergo vaø Bertucco, 2003).
Nghieân cöùu cuûa Ishikawa vaø coäng söï (1995) cho thaáy hoaït tính cuûa caùc enzyme
nhö glucoamylase vaø acid protease chæ coøn laïi raát thaáp khi ñöôïc xöû lyù baèng kyõ thuaät
DPCD. Caùc nhaø khoa hoïc naøy keát luaän raèng söï voâ hoaït nhöõng enzyme treân xaûy ra laø
do söï haáp thu CO2 vaøo beân trong phaân töû enzyme.
Ngoaøi ra, söï keát tuûa cuûa caùc muoái carbonate cuûa Ca vaø Mg beân trong teá baøo
cuõng coù theå laøm voâ hoaït vi sinh vaät. Caùc protein chöùa nhöõng caàu noái Ca laø moät
trong nhöõng loaïi protein quan troïng nhaát ñoái vôùi teá baøo. Do taùc duïng cuûa CO2, caùc
protein chöùa caàu noái Ca, Mg seõ bò keát tuûa. Ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo ñaëc ñieåm cuûa
lieân keát ion vaø caáu truùc protein. Khi söï keát tuûa xaûy ra, hoaït ñoäng soáng cuûa teá baøo bò
roái loaïn (Damar vaø Balaban, 2006).
3.1.1.3. Taùc duïng phaù vôõ teá baøo
Cô cheá voâ hoaït vi sinh vaät ñöôïc keát luaän ñaàu tieân bôûi kyõ thuaät DPCD laø söï phaù
vôõ caáu truùc teá baøo. Nguyeân nhaân teá baøo bò vôõ laø do söï giaûi phoùng aùp suaát moät caùch
ñoät ngoät vaø söï giaõn nôû cuûa CO2 beân trong teá baøo (Fraser, 1951). Nakamura vaø coäng
söï (1994) ñaõ duøng kyõ thuaät DPCD xöû lyù naám men ôû 40oC döôùi aùp suaát 4 MPa trong
thôøi gian 5 giôø vaø keát luaän raèng sau khi xöû lyù, moät soá teá baøo bò vôõ hoaøn toaøn, trong
khi ñoù moät soá khaùc chæ bò nhöõng veát söôùt nhoû hoaëc xuaát hieän nhöõng loã hoång treân beà
maët teá baøo. Nghieân cöùu cuûa Ballestra (1996) vaø coäng söï veà taùc ñoäng cuûa kyõ thuaät
DPCD leân vi khuaån E.coli trong ñieàu kieän aùp suaát 5 MPa vaø nhieät ñoä 35oC cho keát
quaû l aø hôn 25% teá baøo khoâng bò taùc ñoäng cuûa DPCD l aøm thöông toån nhöng khaû
naêng soáng chæ coøn khoaûng 1%. Tuy nhieân, nghieân cöùu cuûa Hong vaø caùc coäng söï
(2001) laïi ñöa ra keát luaän laø khoâng theå taêng hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät baèng caùch
gia taêng cöôøng ñoä giaûi phoùng CO2 hay giaûi phoùng nhanh aùp suaát. Hong vaø Puyn
(1999) cho thaáy raèng vi khuaån L. plantarum xöû lyù baèng CO2 (6,8 MPa, 30oC trong
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
22
voøng 60 phuùt) bò voâ hoaït hoaøn toaøn nhöng kính hieån vi ñieän töû queùt laïi khoâng cho
thaáy baát kyø söï toån thöông naøo veà caáu truùc.
Ngöôøi ta coù theå ñaùnh giaù möùc ñoä voâ hoaït gaây ra bôûi caùc thöông t oån treân beà maët
teá baøo do kyõ thuaät DPCD baèng caùch ñeám tröïc tieáp caùc teá baøo vôõ treân kính hieån vi.
Caùch naøy chæ cho keát quaû toång soá teá baøo vôõ maø khoâng cho bieát soá teá baøo thöïc söï bò
aûnh höôûng cuõng nhö tyû leä soáng soùt. Lin vaø coäng söï (1991) ñaõ duøng haøm löôïng
protein toång giaûi thoaùt khoûi teá baøo xöû lyù baèng DPCD ñeå ñaùnh giaù möùc ñoä thöông
toån. Söï giaûi phoùng protein noäi baøo vaøo moâi tröôøng phuï thuoäc vaøo kích thöôùc loã hoång
treân maøng teá baøo.
Ñeå quan saùt hình thaùi caùc teá baøo sau khi xöû lyù nhôø kyõ thuaät DPCD, ngöôøi ta söû
duïng kính hieån vi queùt eletron (SEM).
Maãu khoâng xöû lyù baèng DPCD Maãu xöû lyù baèng DPCD
Hình 3.2: Aûnh chuïp caùc teá baøo Saccharomyces cerevisiae trong caùc maãu khoâng xöû
lyù vaø coù xöû lyù DPCD (27,5 MPa, 21oC, 5 phuùt vôùi tyû leä CO2/ bia l aø 0,1) nhôø kyõ thuaät
chuïp aûnh queùt electron (SEM micrograph)
Hình 3.2 cho thaáy, sau khi xöû lyù baèng DPCD, moät soá teá baøo vò vôõ vaø xuaát hieän
caùc loã hoång treân beà maët. Moät soá teá baøo bò nhöõng loã hoång khaù lôùn, trong khi soá khaùc
chæ xuaát hieän nhöõng loã hoång nhoû. Thoâng qua caùc loã hoång naøy maø caùc chaát noäi baøo
thoaùt ra ngoaøi vaø löôïng chaát noäi baøo thoaùt ra moâi tröôøng cuõng khaùc nhau tuøy vaøo
kích thöôùc loã hoång treân maøng teá baøo.
Tuy nhieân cô cheá treân cho thaáy nhöõng thieáu soùt trong vieäc giaûi thích nguyeân
nhaân teá baøo bò öùc cheá döôùi taùc duïng cuûa kyõ thuaät DPCD: moät löôïng lôùn teá baøo
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
23
khoâng coù baát kyø daáu hieäu toån thöông caáu truùc naøo nhö bò vôõ, thuûng beà maët... nhöng
vaãn bò voâ hoaït.
Hieän nay, giaû thuyeát haàu heát teá baøo vi sinh vaät bò voâ hoaït trong giai ñoaïn giaûi
phoùng aùp suaát vaãn coøn toàn taïi nhieàu tranh caõi. Moät soá nghieân cöùu cho thaáy coù söï
phaù vôõ caáu truùc teá baøo ôû möùc ñoä cao laøm voâ hoaït vi sinh vaät, trong khi ñoù, moät soá
nghieân cöùu khaùc laïi keát luaän ñieàu ngöôïc laïi: söï giaûi phoùng aùp suaát ñoä ngoät khoâng
ñoùng vai troø chính trong söï voâ hoaït vi sinh vaät maø phaûi coù moät cô cheá khaùc.
3.1.1.4. Taùc duïng bieán tính maøng teá baøo vaø trích ly teá baøo chaát
CO2 khi toàn taïi ôû traïng thaùi dense phase seõ coù tính chaát nhö moät dung moâi, vì
vaäy maø chuùng coù khaû naêng trích ly caùc teá baøo chaát vaø laøm bieán tính maøng teá baøo
(Damar vaø Balaban, 2006; Spilimbergo vaø Bertucco, 2003; Hong vaø Pyun,2001).
Nhö chuùng ta ñaõ bieát, maøng teá baøo laø moät maøng keùp, phaàn öa beùo cuûa caùc
phospholipid höôùng vaøo nhau vaø phaàn öa nöôùc höôùng ra ngoaøi. Nhö vaäy, phaàn ngoaøi
maøng vaø trong maøng laø phaàn öa nöôùc. Caùc phaân töû CO2 trong traïng thaùi dense phase
coù khaû naêng khueách taùn, tính linh ñoäng cao neân coù theå deã daøng thaám qua maøng teá
baøo vaø töông taùc vôùi thaønh phaàn öa beùo naèm giöõa maøng, laøm bieán tính maøng teá baøo
vaø giaûm tính nhaïy caûm cuûa maøng (caùc nhaø khoa hoïc goïi hieän töôïng naøy laø “hieäu
öùng gaây teâ”). Do hieäu öùng naøy maø maøng teá baøo trôû neân loûng leûo, tính thaám taêng, cô
cheá vaän chuyeån proton chuû ñoäng cuûa teá baøo bò phaù vôõ vaø löôïng CO2 tích luõy beân
trong teá baøo seõ taêng leân. Moät khi CO2 ñaõ thaám qua maøng teá baøo, noù coù theå trích ly
caùc thaønh phaàn noäi baøo vaø vaän chuyeån chuùng ra ngoaøi, ñaëc bieät laø trong giai ñoaïn
giaûi phoùng aùp suaát thì löôïng chaát trích ly ra moâi tröôøng taêng leân ñaùng keå. Söï trích ly
caùc thaønh phaàn soáng vaø caùc lipid noäi baøo vaø maøng laøm voâ hoaït teá baøo vi sinh vaät.
Theâm vaøo ñoù, do taùc duïng laøm cho maøng trôû neân loûng leûo vaø deã thaám neân hieäu quaû
trích ly seõ caøng taêng.
Keát quaû nghieân cöùu cuûa Hong vaø Pyun (1999) tieán haønh treân vi khuaån L.
plantarum keát luaän raèng cô cheá voâ hoaït vi sinh vaät khoâng lieân quan ñeán söï phaù huûy
caáu truùc teá baøo trong quaù trình giaûi phoùng aùp suaát chính laø cô cheá bieán tính maøng teá
baøo vaø trích ly teá baøo chaát. AÛnh SEM cho thaáy teá baøo khoâng coù söï thay ñoåi naøo lôùn
sau khi xöû lyù baèng DPCD vaø hình daùng beân ngoaøi cuûa teá baøo khoâng coù daáu hieäu
bieán tính. Tuy nhieân, phim chuïp baèng kyõ thuaät chuïp aûnh chuyeån electron (TEM) laïi
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
24
cho thaáy coù söï bieán tính maøng teá baøo cuøng vôùi söï thaát thoaùt cuûa teá baøo chaát, cuï theå
laø khoaûng khoâng bao boïc giöõa thaønh teá baøo vaø maøng teá baøo chaát trôû neân lôùn hôn vaø
coù nhöõng choã troáng beân trong teá baøo chaát (hình 3.3). Keát quaû laø teá baøo sau khi xöû lyù
DPCD seõ chòu nhöõng aûnh höôûng baát lôïi khoâng theå phuïc hoài nhö maát khaû naêng chòu
muoái, thaát thoaùt caùc hôïp chaát haáp thuï tia UV, thaát thoaùt caùc ion noäi baøo, suy yeáu khaû
naêng thaám proton...
Hình 3.3: AÛnh chuïp teá baøo Lactobacillus plantarum tröôùc vaø sau khi xöû lyù baèng kyõ
thuaät DPCD nhôø kyõ thuaät chuïp aûnh chuyeån electron (TEM)
a) Maãu khoâng xöû lyù baèng DPCD
b) vaø c) Teá baøo Lactobacillus plantarum xöû lyù baèng DPCD (7 MPa, 30oC, 1 giôø)
Nghieân cöùu sau naøy cuûa hai nhaø khoa hoïc treân cuõng vôùi ñoái töôïng vi khuaån L.
plantarum xöû lyù baèng DPCD (7 Mpa, 30oC) vaøo naêm 2001 cuõng ñaõ cuûng coá giaû
thuyeát veà t aùc duïng bieán tính maøng teá baøo, trích ly caùc chaát noäi baøo ra moâi tröôøng
cuûa kyõ thuaät DPCD, do ñoù maø coù theå tìm thaáy söï coù maët cuûa amino acid, peptide,
caùc lipid treân maøng vaø caùc ion trong moâi tröôøng ngoaïi baøo. Trong nghieân cöùu naøy,
Hong vaø Pyun ñaõ tieán haønh phaân tích caùc hôïp chaát coù khaû naêng haáp thuï tia UV vaø
caùc ion nhö K+ vaø Mg2+ trong moâi tröôøng ngoaïi baøo trong suoát quaù trình xöû lyù. Keát
quaû ñöôïc theå hieän treân 2 ñoà thò sau:
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
25
Thôøi gian xöû lyù (phuùt)
Ñoä haáp
thu (OD
260,
280)
Hình 3.4: Haøm löôïng caùc chaát haáp thu tia UV trích ly ra moâi tröôøng trong quaù trình
xöû lyù L. plantarum baèng DPCD
Thôøi gian xöû lyù (phuùt)
Haøm
löôïng K+
Mg2+
(% so vôùi
haøm
löôïng
toång)
Hình 3.5: Haøm löôïng caùc ion noäi baøo trích ly ra moâi tröôøng trong quaù trình xöû lyù L.
plantarum baèng DPCD.
Keát quaû cho thaáy, noàng ñoä caùc chaát haáp thu tia UV cuõng nhö noàng ñoä caùc ion K+
vaø Mg2+ trong moâi tröôøng ngoaïi baøo taêng daàn theo thôøi gian vaø gaàn nhö oån ñònh sau
20 phuùt. Nhö vaäy, keát quaû phaân tích cho thaáy coù söï giaûi phoùng caùc chaát noäi baøo ra
moâi tröôøng. Tuy nhieân, söï giaûi phoùng naøy khoâng phaûi do caáu truùc teá baøo bò phaù vôõ
maø laø do taùc duïng bieán tính maøng teá baøo vaø trích ly teá baøo chaát cuûa DPCD.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
26
Nhieàu nghieân cöùu khaùc cuõng ñaõ ñöôïc tieán haønh vaø ñöa ra moät soá giaû thuyeát vaø
keát luaän veà cô cheá voâ hoaït vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD maø noäi dung cuûa chuùng
cuõng taäp trung vaøo caùc cô cheá noùi treân. Nghieân cöùu cuûa Dagan vaø Balaban duøng kyõ
thuaät DPCD ñeå thanh truøng bia (2006) döôùi ñieàu kieän aùp suaát 27,6 MPa t aïi nhieät ñoä
21oC trong voøng 5 phuùt ñöa ra keát luaän laø haàu heát caùc teá baøo naám men ñeàu coù hieän
töôïng co ngoùt. Nguyeân nhaân cuûa hieän töôïng naøy ñöôïc hai nhaø khoa hoïc lyù giaûi laø do
CO2 trong ñieàu kieän dense phase ñaõ trích ly moät phaàn teá baøo chaát cuûa naám men ra
moâi tröôøng ngoaøi. Beân caïnh ñoù, nghieân cöùu naøy cuõng cho thaáy coù söï toån thöông veà
maët caáu truùc cuûa teá baøo naám men: moät soá teá baøo bò vôõ, soá khaùc thì coù caùc veát thöông
treân maøng.
Shimoda vaø coäng söï nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa DPCD leân khaû naêng soáng cuûa teá
baøo vi sinh vaät (1998) cuõng ñöa ra caùc keát luaän veà taùc duïng laøm giaûm pH noäi baøo,
bieán tính maøng teá baøo vaø trích ly teá baøo chaát cuûa kyõ thuaät naøy. Ngoaøi ra, nghieân cöùu
coøn khaúng ñònh caùc teá baøo naám men S. cerevisiae sau khi xöû lyù baèng DPCD (6 MPa,
35oC) bò vôõ do söï giaõn nôû cuûa CO2 beân trong teá baøo trong quaù trình giaûi phoùng aùp
suaát. Keát quaû laø caùc chaát noäi baøo thoaùt ra moâi tröôøng ngoaøi vaø laøm cho haøm löôïng
caùc chaát coù khaû naêng haáp thu tia UV cuûa moâi tröôøng xöû lyù taêng leân ñaùng keå.
Ngoaøi maãu thöïc phaåm loûng, kyõ thuaät DPCD coøn ñöôïc duøng ñeå xöû lyù maãu daïng
raén. Nghieân cöùu cuûa Hong vaø coäng söï duøng DPCD ñeå öùc cheá vi khuaån Lactobacillus
sp. treân saûn phaåm kimchi (1997) döôùi caùc ñieàu kieän xöû lyù khaùc nhau cuõng ñöa ra
nhöõng giaûi thích töông töï veà nguyeân nhaân gaây voâ hoaït vi sinh vaät. Theo keát luaän cuûa
nghieân cöùu naøy thì cuõng coù nhieàu cô cheá öùc cheá vaø tieâu dieät vi sinh vaät nhôø kyõ thuaät
DPCD, trong ñoù bao goàm vieäc giaûm pH noäi baøo do acid carbonic vaän chuyeån qua
maøng vaøo teá baøo roài phaân ly sinh ra H+, cô cheá bieán tính maøng lipid keùp cuûa teá baøo
daãn ñeán “hieäu öùng gaây teâ” vaø trích ly caùc chaát noäi baøo cuûa vi sinh vaät ra moâi tröôøng
ngoaøi. Nghieân cöùu cuõng ñi ñeán keát luaän laø kyõ thuaät DPCD coù theå ñöôïc söû duïng nhö
laø moät kyõ thuaät thanh truøng khoâng duøng nhieät ñeå baûo quaûn kimchi.
Maëc duø ñöa ra nhöõng cô cheá voâ hoaït vi sinh vaät nhö treân, tuy vaäy vaãn chöa theå
keát luaän cô cheá naøo laø cô cheá chuû yeáu. Caùc nhaø khoa hoïc ñeàu cho raèng taùc duïng voâ
hoaït vi sinh vaät chuû yeáu laø do taùc duïng cuûa CO2. Vieäc laøm giaûm pH baèng caùc loaïi
axit nhö axit phosphoric, axit HCl khoâng theå coù taùc duïng voâ hoaït cao nhö CO2
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
27
(Damar vaø Balaban, 2006). Nhöõng axit naøy khoâng theå thaám qua maøng teá baøo deã
daøng nhö CO2. Khaû naêng thaám qua maøng teá baøo ñöôïc cho laø taùc duïng chính trong
vieäc giaûm pH noäi baøo. CO2 laøm voâ hoaït haàu nhö hoaøn toaøn caùc vi sinh vaät, trong khi
ñoù HCl thì khoâng theå. Tính thaám cuõng nhö khaû naêng taùc duïng nhö moät dung moâi hoøa
tan cuûa CO2 trong ñieàu kieän dense phase laøm bieán tính maøng teá baøo daãn ñeán “hieäu
öùng gaây teâ” ñöôïc cho laø ñoùng vai troø chính trong vieäc voâ hoaït vi sinh vaät.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
28
Baûng 3.2: Moät soá keát quaû nghieân cöùu khaû naêng voâ hoaït caùc chuûng vi sinh vaät khaùc
nhau baèng kyõ thuaät DPCD
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
29
Baûng 3.2 (tt)
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
30
3.1.2. Cô cheá voâ hoaït baøo töû
Moät soá vi khuaån coù khaû naêng saûn sinh moät theå nghæ ñöôïc goïi laø baøo töû döôùi taùc
duïng cuûa ñieàu kieän baát lôïi. Baøo töû coù tính khaùng nhieät, khaùng böùc xaï, khaùng hoùa
chaát vaø khaùng aùp suaát thaåm thaáu cao hôn so vôùi caùc teá baøo sinh döôõng. Chaúng haïn
nhö baøo töû cuûa vi khuaån Clostridium botulinum phaûi xöû lyù ôû 121oC trong voøng 10
phuùt môùi cheát, teá baøo sinh döôõng cuûa vi khuaån Clostridium thermosaccharolytium ôû
50oC cheát raát nhanh nhöng baøo töû cuûa noù thì ngay caû ôû nhieät ñoä 130oC cuõng chæ dieät
ñöôïc 90%.
Baøo töû coù tính beàn vöõng nhö vaäy laø do maøng cuûa chuùng laø moät caáu truùc phöùc taïp
vaø vöõng chaéc bao goàm maøng ngoaøi, lôùp aùo baøo töû vaø lôùp voû baøo töû. Trong khi maøng
teá baøo sinh döôõng coù tính linh ñoäng thì maøng baøo töû khaù trô, tính linh ñoäng keùm, tính
ñeà khaùng cao vôùi lizozyme vaø caùc enzyme thuûy phaân nhö proteinase, trô vôùi caùc
chaát hoùa hoïc nhö chaát hoaït ñoäng beà maët, vaø coù tính thaåm thaáu keùm ñoái vôùi caùc
cation.
Muoán tieâu dieät baøo töû, moät ñieàu caàn thieát phaûi laøm laø phaûi hoaït hoùa chuùng, töùc
laø taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho chuùng naûy maàm trôû thaønh daïng teá baøo sinh döôõng thì
sau ñoù môùi tieâu dieät ñöôïc.
Kyõ thuaät DPCD ñaõ ñöôïc nghieân cöùu vaø keát luaän laø coù khaû naêng tieâu dieät baøo töû
trong moät phaïm vi naøo ñoù. Quaù trình voâ hoaït baøo töû traûi qua hai giai ñoaïn:
Giai ñoaïn hoaït hoùa, naûy maàm: söû duïng caùc taùc nhaân nhö nhieät ñoä cao (ví
duï nhö xöû lyù ôû 80oC trong voøng 10 phuùt), aùp suaát cao ñeå kích thích baøo töû
naûy maàm. Döôùi taùc duïng cuûa caùc taùc nhaân treân, lôùp maøng cöùng cuûa baøo töû
bò phaù vôõ, nöôùc thaám vaøo loõi baøo töû vaø hoaït hoùa caùc enzyme, toång hôïp
caùc cô quan noäi baøo, ADN, ARN vaø protein môùi. Nhieàu nghieân cöùu cho
raèng trong giai ñoaïn naøy nhôø söï hoã trôï cuûa nhieät ñoä vaø aùp suaát cao maø caùc
phaân töû CO2 seõ deã daøng thaám qua maøng baøo töû, goùp phaàn phaù vôõ lôùp
maøng daãn ñeán ñaåy nhanh toác ñoä hoaït hoùa vaø naûy maàm cuûa baøo töû.
Giai ñoaïn tieâu dieät: baøo töû sau khi ñöôïc hoaït hoùa vaø naûy maàm seõ trôû neân
maãn caûm döôùi taùc duïng cuûa DPCD vaø seõ deã daøng bò tieâu dieät.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
31
Baûng 3.3: Moät soá keát quaû nghieân cöùu veà khaû naêng voâ hoaït baøo töû cuûa caùc chuûng vi
sinh vaät khaùc nhau baèng kyõ thuaät DPCD
Cô cheá voâ hoaït baøo töû hieän vaãn chöa roõ raøng. Giaû thuyeát cho raèng nhieät ñoä seõ
laøm taêng khaû naêng thaåm thaáu cuûa CO2 vaøo beân trong baøo töû, beân caïnh ñoù ñieàu kieän
xöû lyù baèng DPCD cuõng kích thích quaù trình naûy maàm cuûa baøo töû cuøng vôùi nhieät ñoä
vaø caû hai yeáu toá naøy cuøng laøm taêng tính maãn caûm cuûa baøo töû, hoã trôï nhau trong vieäc
tieâu dieät baøo töû. Neáu chæ duøng nhieät ñoä thì hieäu quaû tieâu dieät baøo töû khoâng cao baèng
so vôùi khi söû duïng kyõ thuaät DPCD. CO2 trong ñieàu kieän dense phase vöøa coù taùc
duïng gia taêng toác ñoä hoaït hoùa, naûy maàm cuûa baøo töû, vöøa ñaåy nhanh toác ñoä voâ hoaït
chuùng (Damar vaø Balaban, 2006; Spilimbergo vaø Bertucco, 2003; Ballestra vaø Cuq;
1998).
Do caùc baøo töû coù khaû naêng ñeà khaùng cao vôùi nhöõng taùc ñoäng baát lôïi töø moâi
tröôøng neân raát khoù tieâu dieät chuùng hoaøn t oaøn. Caøng muoán naâng cao hieäu quaû voâ
hoaït baøo töû thì ñieàu kieän xöû lyù phaûi caøng khaéc nghieät, haäu quaû laø chaát löôïng thöïc
phaåm seõ bò aûnh höôûng moät caùch nghieâm troïng hôn. Vì vaäy, hieäu quaû cuûa kyõ thuaät
DPCD trong vieäc voâ hoaït baøo töû chæ ñaït ñöôïc trong moät phaïm vi giôùi haïn.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
32
3.1.3. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán khaû naêng voâ hoaït vi sinh vaät baèng kyõ thuaät
DPCD
Coù nhieàu yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD,
bao goàm caùc yeáu toá veà kyõ thuaät nhö aùp suaát, nhieät ñoä, ñoä aåm...cuõng nhö caùc yeáu toá
veà thieát bò vaø caùc yeáu toá veà vi sinh vaät...
Nhieàu nghieân cöùu ñaõ ñöôïc tieán haønh nhaèm khaûo saùt möùc ñoä aûnh höôûng cuûa töøng
yeáu toá ñeán hieäu quaû voâ hoaït chung nhaèm toái öu hoùa quaù trình vaø giaûm ñeán möùc thaáp
nhaát caùc aûnh höôûng khoâng coù lôïi ñeán chaát löôïng thöïc phaåm.
3.1.3.1. Aûnh höôûng cuûa aùp suaát
AÙp suaát laø moät trong nhöõng yeáu toá coâng ngheä quan troïng nhaát trong kyõ thuaät
DPCD. AÙp suaát quyeát ñònh ñeán tính chaát hoùa lyù, khaû naêng khueách taùn cuõng nhö tính
hoøa tan cuûa CO2. Keát quaû nghieân cöùu cuûa nhieàu taùc giaû khaùc nhau khi khaûo saùt veà
aûnh höôûng cuûa aùp suaát ñeán hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät cho thaáy khaû naêng voâ hoaït
vi sinh vaät taêng tyû leä thuaän vôùi söï taêng aùp suaát trong moät giôùi haïn nhaát ñònh (Damar
vaø Balaban, 2006; Werner and Hotchkiss, 2006; Gunes vaø coäng söï, 2005;
Spilimbergo vaø Bertucco, 2003; Shimoda vaø coäng söï, 1998, 2001; Hong vaø coäng söï,
1997, 1999; Hong vaø Pyun, 1999; Louka vaø coäng söï, 1999) . Nguyeân nhaân laøm taêng
hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät döôùi aûnh höôûng cuûa aùp suaát laø do:
AÙp suaát cao laøm taêng khaû naêng hoøa tan cuûa CO2, daãn ñeán taêng khaû naêng
thaåm thaáu cuûa CO2 vaøo teá baøo. Do löôïng CO2 thaåm thaáu taêng laøm bieán
tính maøng teá baøo vaø giaûm pH noäi baøo nhanh hôn vôùi möùc ñoä cao hôn. Haàu
heát moïi nghieân cöùu ñeàu thoáng nhaát veà keát luaän naøy.
AÙp suaát cao taïi nhieät ñoä tôùi haïn coøn laøm taêng khaû naêng trích ly cuûa CO2,
khieán cho caùc chaát noäi baøo deã daøng ñöôïc trích ra khoûi teá baøo vaø teá baøo seõ
deã bò voâ hoaït hôn (Gunes vaø coäng söï, 2005; Hong vaø coäng söï, 1997, 1999)
AÙp suaát cao seõ laøm baøo töû hoaït hoùa vaø naûy maàm nhanh hôn, töø ñoù deã daøng
voâ hoaït chuùng hôn (Damar vaø Balaban, 2006; Spilimbergo vaø Bertucco,
2003; Shimoda vaø coäng söï, 2002; Ballestra vaø Cuq, 1997).
Quaù trình gi aûi phoùng aùp suaát cuõng aûnh höôûng ñeán hieäu quaû voâ hoaït vi sinh
vaät: aùp suaát cao ñöôïc giaûi phoùng moät caùch ñoät ngoät veà aùp suaát thöôøng,
thaäm chí veà vuøng chaân khoâng seõ laøm vôõ caáu truùc vaø tieâu dieät teá baøo.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
33
Beân caïnh ñoù, aùp suaát caøng cao thì thôøi gian xöû lyù coù theå ngaén laïi nhöng hieäu quaû
voâ hoaït ñaït ñöôïc vaãn cao. Nhieàu nghieân cöùu cuõng chöùng minh raèng khi aùp suaát CO2
naèm trong vuøng dense phase (>7 MPa) thì hieäu quaû tieâu dieät vi sinh vaät seõ cao hôn
nhieàu so vôùi aùp suaát ôû vuøng gaàn tôùi haïn (subcritical condition) (Damar vaø Balaban,
2006; Werner vaø Hotchkiss, 2006; Gunes vaø coäng söï, 2005; Louka vaø coäng söï,
1999).
Theo Damar vaø Balaban (2006) thì aùp suaát thöôøng söû duïng trong kyõ thuaät DPCD
naèm trong khoaûng döôùi 50 MPa. AÙp suaát quaù cao thì hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät
taêng khoâng ñaùng keå.
AÙp suaát laø moät trong nhöõng thoâng soá kyõ thuaät quan troïng nhaát aûnh höôûng tröïc
tieáp ñeán hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD. Tuy nhieân, cuõng coù
nghieân cöùu keát luaän raèng aûnh höôûng cuûa aùp suaát chæ trong moät phaïm vi giôùi haïn. AÙp
suaát aûnh höôûng ñeán khaû naêng hoøa tan vaø khueách taùn cuûa CO2, nhöng khi moâi tröôøng
ñaõ baõo hoøa CO2 thì vieäc taêng aùp suaát trôû neân voâ nghóa vì khi ñoù, hieäu quaû voâ hoaït vi
sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD taêng raát ít, khoâng ñaùng keå (Damar vaø Balaban, 2006).
Nghieân cöùu cuûa Werner vaø Hotchkiss treân ñoái töôïng söõa nguyeân lieäu naêm 2006
ñaõ öùng duïng kyõ thuaät DPCD nhö moät kyõ thuaät thanh truøng môùi cho söõa thoâ nguyeân
lieäu. Baèng vieäc söû duïng phöông phaùp doøng chaûy lieân tuïc (continuous flow method),
nghieân cöùu ñaõ keát luaän raèng CO2 taïi aùp suaát vaø nhieät ñoä ôû vuøng dense phase seõ cho
hieäu quaû tieâu dieät vi sinh vaät toát hôn so vôùi vuøng gaàn tôùi haïn (subcritical).
Baûng 3.4: Toång soá khuaån laïc (ñôn vò log10, laáy giaù trò trung bình vaø ñoä leäch chuaån)
treân söõa nguyeân lieäu taïi caùc nhieät ñoä, aùp suaát vaø tyû leä CO2 söû duïng.
– : khoâng khaûo saùt
Shimoda vaø coäng söï nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa kyõ thuaät DPCD leân naám men S.
cerevisiae (2001) cuõng khaûo saùt moät soá yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû voâ hoaït vi
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
34
sinh vaät vaø ñöa ra keát luaän laø hieäu quaû tieâu dieät vi sinh vaät taêng cuøng vôùi vieäc taêng
aùp suaát xöû lyù.
Hình 3.6: Aûnh höôûng cuûa aùp suaát ñeán hieäu quaû voâ hoaït Saccharomyces cerevisiae
baèng DPCD
Karaman vaø Erkmen nghieân cöùu ñoäng hoïc quaù trình voâ hoaït vi khuaån E. coli treân
nöôùc luoäc thòt duøng kyõ thuaät DPCD (2001) keát luaän raèng toác ñoä voâ hoaït E. coli khi
aùp suaát xöû lyù caøng taêng vaø cho raèng taïi aùp suaát thaáp thì thôøi gian caàn thieát ñeå ñaït
ñöôïc hieäu quaû voâ hoaït ñaùng keå caøng keùo daøi.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
35
Hình 3.7: Aûnh höôûng cuûa aùp suaát leân toác ñoä voâ hoaït vi khuaån E. coli baèng kyõ thuaät
DPCD
Nghieân cöùu cuûa Hong vaø Pyun veà ñoäng hoïc quaù trình voâ hoaït L. plantarum baèng
kyõ thuaät DPCD naêm 1999 cuõng ñeà caäp ñeán caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû voâ
hoaït vi sinh vaät vaø ñaõ ñöa ra nhöõng keát luaän laø toác ñoä voâ hoaït vi khuaån L. plantarum
taêng khi aùp suaát taêng trong ñieàu kieän nhieät ñoä 30oC.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
36
Thôøi gian xöû lyù (phuùt)
Tyû leä
soáng soùt
N/N0
Hình 3.8: Aûnh höôûng cuûa aùp suaát ñeán toác ñoä voâ hoaït L. plantarum baèng kyõ
thuaät DPCD
Keát quaû treân hình 3.8 cuõng cho thaáy aùp suaát caøng cao thì thôøi gian caàn thieát ñeå
ñaït ñöôïc toác ñoä voâ hoaït nhö mong muoán seõ caøng giaûm.
Naêm 1997, Hong vaø caùc coäng söï khi nghieân cöùu veà voâ hoaït khuaån Lactobacillus
sp. treân saûn phaåm kimchi ñaõ chöùng minh giaû thuyeát khi aùp suaát taêng thì thôøi gian xöû
lyù coù theå ruùt ngaén laïi nhöng vaãn ñaûm baûo hieäu quaû tieâu dieät vi sinh vaät. Taïi nhieät ñoä
30oC, ñeå giaûm soá löôïng teá baøo toång coäng ñi 3 log thì vôùi aùp suaát CO2 laø 30 kg/m2
phaûi maát tôùi 240 phuùt, trong khi ñoù vôùi aùp suaát 70 kg/m2 thì chæ caàn khoâng ñeán 140
phuùt.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
37
Tyû leä teá
baøo
soáng soùt
N/N0
Thôøi gian xöû lyù (phuùt)
Hình 3.9: Aûnh höôûng cuùa aùp suaát ñeán hieäu quaû voâ hoaït Lactobacillus sp. treân saûn
phaåm kimchi baèng kyõ thuaät DPCD
Keát quaû treân hình 3.9 cuõng cho thaáy, ban ñaàu toác ñoä voâ hoaït dieãn ra khaù chaäm,
sau ñoù taêng nhanh ñaùng keå. Ñieàu naøy coù theå ñöôïc giaûi thích nhö sau: ban ñaàu, caàn
phaûi coù moät khoaûng thôøi gian ñeå CO2 khueách taùn vaøo beân trong teá baøo. Khi haøm
löôïng CO2 beân trong teá baøo ñaõ t aêng ñeán möùc tôùi haïn (critical level) thì toác ñoä voâ
hoaït seõ t aêng nhanh do noàng ñoä CO2 ñuû ñeå bieán tính maïnh meõ maøng teá baøo, gaây roái
loaïn boä maùy trao ñoåi chaát thoâng qua vieäc voâ hoaït caùc enzyme vaø trích ly caùc thaønh
phaàn trong teá baøo chaát.
3.1.3.2. Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä
Cuøng vôùi aùp suaát thì nhieät ñoä cuõng laø moät thoâng soá voâ cuøng quan troïng trong kyõ
thuaät DPCD. Nhieät ñoä coù nhöõng aûnh höôûng phöùc taïp ñeán hieäu quaû cuûa kyõ thuaät
DPCD
Nhö chuùng ta ñaõ bieát, ñoä tan cuûa khí CO2 seõ taêng khi nhieät ñoä giaûm. Nhieät ñoä
taêng thì khaû naêng hoøa tan cuûa CO2 giaûm. Tuy nhieân, ñieàu naøy laïi khoâng heà laøm suy
giaûm khaû naêng voâ hoaït vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD vì nhieät ñoä taêng seõ laøm taêng
khaû naêng khueách taùn vaø thaåm thaáu cuûa CO2 qua maøng teá baøo, do ñoù maø haøm löôïng
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
38
CO2 hoøa tan tuy coù giaûm nhöng löôïng CO2 ñi qua maøng teá baøo laïi taêng leân. Beân
caïnh ñoù, nhieät ñoä cao cuõng laøm maøng teá baøo trôû neân linh ñoäng, deã thaám khieán CO2
caøng deã daøng di chuyeån qua maøng hôn, chính vì vaäy laïi laøm taêng khaû naêng tieâu dieät
vi sinh vaät (Damar vaø Balaban, 2006; Spilimbergo vaø coäng söï, 2005; Hong vaø Pyun,
1999).
Theâm vaøo ñoù, nhieät ñoä taêng cuõng laøm thay ñoåi traïng thaùi cuûa CO2. Taïi aùp suaát
cao treân 7 MPa vaø nhieät ñoä treân 31oC thì CO2 seõ chuyeån sang traïng thaùi dense
phase, neáu nhieät ñoä vaø aùp suaát tieáp tuïc taêng cao thì CO2 seõ ñi vaøo vuøng sieâu tôùi haïn,
khi ñoù thì tính thaám cuûa CO2 seõ raát cao vaø deã daøng phaùt huy taùc duïng tieâu dieät vi
sinh vaät. Tuy nhieân, trong vuøng sieâu tôùi haïn thì tính thaám vaø khaû naêng hoøa tan cuõng
nhö khaû naêng khueách taùn cuûa CO2 chæ taêng trong khu vöïc giôùi haïn gaàn ñieåm tôùi haïn,
neáu nhieät ñoä vaø aùp suaát quaù cao so vôùi ñieåm tôùi haïn thì khaû naêng hoøa tan cuûa CO2
giaûm ñi ñaùng keå (Damar vaø Balaban, 2006; Hong vaø Pyun, 1999).
Haàu heát caùc nghieân cöùu ñeàu keát luaän laø khi nhieät ñoä taêng trong moät phaïm vi giôùi
haïn thì hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD cuõng taêng vôùi nguyeân nhaân
ñaõ trình baøy nhö treân. Nhieät ñoä taêng thì toác ñoä voâ hoaït vi sinh vaät taêng leân, thôøi gian
xöû lyù coù theå ruùt ngaén (Damar vaø Balaban, 2006; Werner vaø Hotchkiss, 2006;
Spilimbergo vaø Bertucco, 2003; Shimoda vaø coäng söï, 2001; Hong vaø Pyun, 1999;
Hong vaø coäng söï, 1997, 1999).
Ngoaøi ra, nhieät ñoä coøn goùp phaàn laøm cho baøo töû hoaït hoùa vaø naûy maàm nhanh
hôn, töø ñoù cuøng vôùi aùp suaát seõ tieâu dieät chuùng deã daøng hôn (Damar vaø Balaban,
2006; Ballestra vaø Cuq, 1997).
Thoâng thöôøng, nhieät ñoä aùp duïng kyõ thuaät DPCD dao ñoäng trong khoaûng töø 5oC
ñeán 60 oC, hay duøng nhaát laø khoaûng nhieät ñoä töø 25-35oC (Damar vaø Murat O.
Balaban, 2006). Ñoái vôùi vieäc voâ hoaït baøo töû thì nhieät ñoä caàn thieát cho quaù trình hoaït
hoùa vaø naûy maàm baøo töû laø töø 80-90oC (Damar vaø Balaban, 2006; Ballestra vaø Cuq,
1997). Tuy nhieân, moät haäu quaû khoâng theå traùnh khoûi laø neáu söû duïng nhieät ñoä quaù
cao thì chaát löôïng cuûa thöïc phaåm seõ bò aûnh höôûng ñaùng keå, ñaëc bieät laø caùc chæ tieâu
caûm quan.
Nghieân cöùu cuûa Shimoda vaø coäng söï (2001) keát luaän laø hieäu quaû tieâu dieät vi sinh
vaät taêng cuøng vôùi vieäc taêng thôøi gian xöû lyù.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
39
Hình 3.10: Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán hieäu quaû voâ hoaït S. cerevisiae baèng DPCD.
(○) 8 MPa; (●) 10 MPa
Keát quaû nghieân cöùu cuûa Hong vaø Pyun veà ñoäng hoïc quaù trình voâ hoaït L.
plantarum baèng kyõ thuaät DPCD (1999) cho thaáy nhieät ñoä caøng taêng thì toác ñoä voâ
hoaït vi sinh vaät caøng taêng theo thôøi gian xöû lyù taïi aùp suaát 70 kg/cm2.
Hình 3.11: Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán toác ñoä voâ hoaït L. plantarum baèng kyõ thuaät
DPCD
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
40
Tröôùc ñoù, naêm 1997, Hong vaø caùc coäng söï khi nghieân cöùu veà voâ hoaït khuaån
Lactobacillus sp. treân saûn phaåm kimchi cuõng ñaõ keát luaän laø hieäu quaû tieâu dieät vi sinh
vaät taêng cuøng vôùi söï taêng nhieät ñoä xöû lyù.
Hình 3.12: Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán toác ñoä tieâu dieät Lactobacillus sp. treân saûn
phaåm kimchi baèng kyõ thuaät DPCD (50 kg/cm2, tyû leä CO2 50%)
3.1.3.3. Thôøi gian xöû lyù
Thôøi gian xöû lyù cuõng laø moät thoâng soá kyõ thuaät quan troïng trong quaù trình tieán
haønh kyõ thuaät DPCD. Haàu heát moïi nghieân cöùu ñeàu keát luaän raèng thôøi gian xöû lyù
caøng keùo daøi thì hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät caøng cao. Cuøng vôùi aùp suaát vaø nhieät
ñoä, thôøi gian xöû lyù laø moät thoâng soá ñöôïc duøng ñeå naâng cao aûnh höôûng öùc cheá, tieâu
dieät vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD. Thôøi gian keùo daøi thì nhöõng aûnh höôûng cuûa
DPCD leân söï toàn taïi vaø phaùt trieån cuûa vi sinh vaät seõ dieãn ra saâu saéc hôn, daãn ñeán
löôïng vi sinh vaät bò tieâu dieät nhieàu hôn.
Ñieàu khieån vaø kieåm soaùt caùc thoâng soá veà thôøi gian laø voâ cuøng quan troïng trong
kyõ thuaät DPCD. Neáu thôøi gian xöû lyù ñuû daøi thì xaùc suaát vi sinh vaät coøn soáng soùt sau
khi xöû lyù baèng DPCD raát thaáp.
Cuõng töông töï nhö quaù trình thanh, tieät truøng duøng nhieät, vaán ñeà voâ truøng tuyeät
ñoái trong maãu laø khoù coù theå ñaït ñöôïc cho duø coù keùo daøi thôøi gian xöû lyù leân nhieàu
laàn. Vì vaäy, caàn phaûi choïn thôøi gian toái öu t hích hôïp cho quaù trình xöû lyù baèng DPCD
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
41
phuø hôïp vôùi tính chaát heä vi sinh vaät trong moãi loaïi thöïc phaåm cuõng nhö quy moâ saûn
xuaát vaø ñaûm baûo hieäu quaû kinh teá cho nhaø saûn xuaát. Thöôøng heä vi sinh vaät nhieãm
vaøo thöïc phaåm raát phöùc taïp, bao goàm nhieàu loaøi vi sinh vaät khaùc nhau, do ñoù maø
caàn choïn ra nhöõng vi sinh vaät ñieån hình coù giaù trò D (thôøi gian tieâu dieät thaäp phaân)
cao nhaát thöôøng nhieãm trong maãu laøm ñaïi dieän ñeå choïn thôøi gian xöû lyù vaø ñaùnh giaù
hieäu quaû cuûa quaù trình xöû lyù vôùi DPCD.
Vieäc löïa choïn thôøi gian xöû lyù naèm trong moái quan heä chaët cheõ vôùi caùc thoâng soá
kyõ thuaät khaùc maø ñaëc bieät laø aùp suaát vaø nhieät ñoä. Beân caïnh ñoù, tính chaát heä vi sinh
vaät treân nguyeân lieäu cuõng laø moät yeáu toá aûnh höôûng khoâng nhoû: löôïng vi sinh vaät ban
ñaàu N0, khaû naêng chòu ñöïng cuûa caùc loaøi vi sinh vaät trong heä laø nhöõng thoâng soá quan
troïng ñeå löïa choïn thôøi gian xöû lyù. Do vaäy, thôøi gian xöû lyù laø moät haøm soá phuï thuoäc
vaøo caùc bieán soá chính laø aùp suaát, nhieät ñoä vaø tính chaát heä vi sinh vaät.
Nghieân cöùu cuûa Shimoda vaø coäng söï (2001) cuõng keát luaän laø hieäu quaû tieâu dieät
vi sinh vaät taêng cuøng vôùi vieäc taêng thôøi gian xöû lyù.
Hình 3.13: Aûnh höôûng cuûa thôøi gian xöû lyù ñeán hieäu quaû voâ hoaït S. cerevisiae baèng
DPCD (●: 10 MPa, 36oC; ○: 8 MPa, 38oC)
3.1.3.4. Aûnh höôûng cuûa ñoä aåm
Hoaït ñoä cuûa nöôùc cuûa moâi tröôøng xöû lyù vaø beân trong teá baøo vi sinh vaät aûnh
höôûng raát lôùn ñeán khaû naêng voâ hoaït vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD. Ñoái vôùi moâi
tröôøng vaø caùc teá baøo vi sinh vaät coù haøm löôïng nöôùc thaáp thì hieäu quaû cuûa kyõ thuaät
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
42
DPCD khoâng cao. Haøm löôïng nöôùc trong moâi tröôøng xöû lyù vaø trong teá baøo taêng thì
hieäu quaû öùc cheá vaø tieâu dieät vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD seõ taêng (Damar vaø
Balaban, 2006; Spilimbergo vaø Bertucco, 2003; Hong vaø Pyun, 1999; Louka vaø coäng
söï, 1999).
Nöôùc ñoùng moät vai troø quan troïng trong quaù trình xöû lyù thöïc phaåm baèng kyõ thuaät
DPCD laø do nöôùc laø moâi tröôøng hoøa tan CO2, neáu löôïng nöôùc taêng thì löôïng CO2
hoøa tan caøng lôùn, khi ñoù hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät caøng taêng. Neáu moâi tröôøng coù
haøm löôïng nöôùc quaù thaáp, khoâng taïo ñuû ñieàu kieän ñeå CO2 hoøa tan toát thì söï tieáp xuùc
giöõa CO2 vaø teá baøo khoâng toát, vaø do ñoù hieäu quaû tieâu dieät vi sinh vaät cuõng giaûm.
Beân caïnh ñoù, haøm löôïng nöôùc trong teá baøo vaø moâi tröôøng cao seõ laøm cho maøng teá
baøo linh ñoäng hôn, tính thaám taêng leân, CO2 seõ deã daøng thaåm thaáu vaøo trong teá baøo
hôn. Maët khaùc, nöôùc giuùp cho CO2 hoøa tan taïo thaønh acid carbonic goùp phaàn laøm
giaûm pH moâi tröôøng vaø pH noäi baøo cuûa vi sinh vaät, laøm gia taêng hieäu quaû voâ hoaït
chuùng (Damar vaø Balaban, 2006; Hong vaø Pyun, 1999).
Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa haøm löôïng nöôùc ñeán hieåu quaû voâ hoaït vi sinh vaät cuûa kyõ
thuaät DPCD treân vi khuaån E.coli vaø naám men S. cerevisiae, Debs-Louka E vaø coäng
söï (1999) ñaõ duøng 2 giaáy loïc caáy E. Coli vaø 2 giaáy loïc caáy S. cerevisiae, haøm löôïng
nöôùc ñöôïc ñieàu chænh baèng caùch boå sung nöôùc caát voâ khuaån vaøo moät trong 2 giaáy
loïc, giaáy loïc coøn laïi ñem saáy ôû nhieät ñoä 30oC trong 7 giôø. Sau khi xöû lyù caùc giaáy loïc
baèng kyõ thuaät DPCD vôùi ñieàu kieän 5 MPa trong voøng 300 phuùt, keát quaû thu ñöôïc
nhö sau:
Baûng 3.5: Keát quaû sau khi xöû lyù giaáy loïc caáy E. Coli vaø S. cerevisiae baèng kyõ thuaät
DPCD
Keát quaû töø baûng 3.5 cho thaáy, maëc duø pH cuoái ôû caû hai loaïi giaáy loïc laø nhö nhau
nhöng giaáy loïc khoâ cho thaáy haøm löôïng vi sinh vaät giaûm sau khi xöû lyù khoâng nhieàu,
coøn ñoái vôùi giaáy loïc coù haøm aåm cao hôn thì löôïng vi sinh vaät giaûm nhieàu hôn haún
sau khi xöû lyù. Ñieàu naøy chöùng toû khaû naêng voâ hoaït vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
43
phuï thuoäc nhieàu vaøo haøm löôïng nöôùc trong moâi tröôøng xöû lyù. Louka vaø coäng söï keát
luaän hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät taêng cuøng vôùi söï taêng haøm aåm vaø hieäu quaû naøy
caøng keùm neáu moâi tröôøng vaø teá baøo chöùa haøm löôïng nöôùc quaù thaáp.
3.1.3.5. Aûnh höôûng cuûa pH cuûa moâi tröôøng xöû lyù
pH ban ñaàu cuûa moâi tröôøng xöû lyù coù aûnh höôûng quan troïng ñeán khaû naêng tieâu
dieät vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD. pH thaáp cuûa moâi tröôøng taïo ñieàu kieän thuaän lôïi
cho söï vaän chuyeån cuûa acid carbonic qua maøng teá baøo, töông töï nhö nhöõng acid
carboxylic khaùc, do ñoù maø hieäu quaû voâ hoaït seõ taêng leân (Damar vaø Bal aban, 2006).
pH cuûa moâi tröôøng xöû lyù caøng giaûm thì toác ñoä voâ hoaït vi sinh vaät caøng taêng.
Nguyeân nhaân laø do baûn thaân pH thaáp ñaõ laø moät trong nhöõng yeáu toá öùc cheá khaû naêng
soáng vaø phaùt trieån cuûa vi sinh vaät, khi keát hôïp vôùi kyõ thuaät DPCD, pH thaáp cuûa moâi
tröôøng coù t aùc duïng hoã trôï laøm taêng hieäu quaû cuûa kyõ thuaät naøy: pH thaáp laøm giaûm
khaû naêng chòu ñöïng cuûa vi sinh vaät, laøm taêng khaû naêng di chuyeån cuûa acid carbonic
qua maøng teá baøo, khi ñoù toác ñoä tieâu dieät vi sinh vaät seõ taêng leân (Damar vaø Balaban,
2006; Spilimbergo vaø coäng söï, 2005; Hong vaø Pyun, 1999).
Nghieân cöùu cuûa Hong vaø Pyun (1999) treân khuaån Lactobacillus plantarum ñaõ ñöa
ra keát quaû veà khaû naêng voâ hoaït vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD treân nhöõng moâi
tröôøng coù pH khaùc nhau vaø keát luaän raèng vôùi pH moâi tröôøng caøng thaáp thì khaû naêng
voâ hoaït vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD caøng cao.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
44
Thôøi gian xöû lyù (phuùt)
Tyû leä
soáng
soùt
N/N0
ñeäm acetate
Nöôùc caát
ñeäm phosphate
vaø
Hình 3.14: Aûnh höôûng cuûa pH moâi tröôøng xöû lyù ñeán hieäu quaû voâ hoaït L.
plantarum baèng kyõ thuaât DPCD
Theo keát quaû theå hieän treân ñoà thò 3.14 thì toác ñoä voâ hoaït vi sinh vaät cuûa moâi
tröôøng ñeäm acetate pH 4,5 trong ñieàu kieän xöû lyù DPCD ôû aùp suaát 70kg/cm2, 30oC laø
cao nhaát. Ñaây cuõng laø möùc pH thaáp nhaát trong soá caùc moâi tröôøng ñöôïc söû duïng trong
nghieân cöùu treân. Ñoái vôùi moâi tröôøng dòch chieát xuaát töø thòt MRS, maëc duø pH cuõng laø
4,5 nhöng do moâi tröôøng chöùa nhieàu chaát beùo neân laøm haïn cheá hieäu quaû cuûa kyõ
thuaät DPCD. Trong khi ñoù, moâi tröôøng boå sung Na bicarbonate laïi cho thaáy hieäu quaû
thaáp nhaát do khoâng taïo ñöôïc pH thaáp maø laïi taïo ra ñeäm base (pH 8,0), do ñoù maø
hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät cuûa DPCD trong moâi tröôøng naøy trôû neân raát thaáp. Döïa
vaøo keát quaû nhö treân, Hong vaø Pyun keát luaän moâi tröôøng coù pH thaáp seõ laøm taêng
hieäu quaû xöû lyù cuûa kyõ thuaät DPCD.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
45
3.1.3.6. Aûnh höôûng cuûa noàng ñoä CO2 söû duïng (tæ leä CO2: nguyeân lieäu xöû lyù)
Noàng ñoä CO2 cuõng laø yeáu toá quan troïng aûnh höôûng ñeán khaû naêng voâ hoaït vi sinh
vaät cuûa kyõ thuaät DPCD. Noàng ñoä naøy ñöôïc tính baèng ñôn vò khoái löôïng (hoaëc theå
tích) CO2 treân moät ñôn vò khoái löôïng (hoaëc theå tích) nguyeân lieäu xöû lyù. Quaù trình xöû
lyù vôùi cuøng moät nhieät ñoä vaø aùp suaát nhöng vôùi noàng ñoä CO2 thaáp thì hieäu quaû voâ
hoaït cuõng khoâng cao. Noàng ñoä CO2 caøng taêng thì hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät cuûa
kyõ thuaät DPCD seõ taêng theo. Ñieàu naøy coù theå giaûi thích laø do haøm löôïng CO2 söû
duïng cao thì löôïng CO2 hoøa tan vaøo moâi tröôøng xöû lyù taêng, noàng ñoä CO2 thaám qua
maøng teá baøo cuõng taêng do ñoù laøm taêng khaû naêng voâ hoaït vi sinh vaät (Werner vaø
Hotchkiss, 2006; Gunes vaø coäng söï, 2005; Spilimbergo vaø Bertucco, 2003).
Tuy nhieân, hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD chæ taêng trong moät
khoaûng taêng noàng ñoä CO2 giôùi haïn, nguyeân nhaân laø do söï baõo hoøa CO2 trong moâi
tröôøng xöû lyù.
3.1.3.7. Aûnh höôûng cuûa phöông phaùp tieán haønh
Phöông phaùp tieán haønh kyõ thuaät DPCD coù t heå aûnh höôûng ñeán toác ñoä voâ hoaït vi
sinh vaät. Phöông phaùp naøo cho pheùp CO2 tieáp xuùc vôùi moâi tröôøng xöû lyù toát hôn thì
coù hieäu quaû hôn trong vieäc tieâu dieät vi sinh vaät. Nguyeân nhaân laø do khi söï tieáp xuùc
giöõa CO2 vaø moâi tröôøng xöû lyù taêng thì toác ñoä hoaø tan cuûa CO2 vaøo moâi tröôøng taêng,
vì vaäy maø noàng ñoä CO2 ñaït ñeán baõo hoaø nhanh hôn, toác ñoä tieâu dieät vi sinh vaät luùc
ñoù seõ taêng.
Thoâng thöôøng thì phöông phaùp tieán haønh giaùn ñoaïn theo töøng meû caàn thôøi gian
daøi hôn ñeå coù theå ñaït ñöôïc hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät töông ñöông vôùi caùc phöông
phaùp baùn lieân tuïc vaø lieân tuïc, töùc laø toác ñoä voâ hoaït vi sinh vaät trong phöông phaùp
giaùn ñoaïn thaáp hôn caùc phöông phaùp coøn laïi.
Phöông phaùp tieán haønh aûnh höôûng ñeán toác ñoä hoaø tan cuûa CO2 cuõng nhö ñeán
noàng ñoä CO2 ñaït ñöôïc trong dung dòch xöû lyù, töø ñoù maø taïo ra nhöõng aûnh höôûng quan
troïng ñeán caùc thoâng soá kyõ thuaät khaùc cuûa kyõ thuaät DPCD nhö aùp suaát, nhieät ñoä, thôøi
gian xöû lyù vaø tyû leä CO2: nguyeân lieäu (Damar vaø Balaban, 2006; Gunes vaø coäng söï,
2005; Shimoda vaø coäng söï, 2001, 1998)
Nghieân cöùu cuûa Shimoda vaø coäng söï veà taùc duïng tieäu dieät vi sinh vaät cuûa kyõ
thuaät DPCD (1998) nhaän thaáy toác ñoä tieâu dieät vi khuaån Lactobacillus brevis baèng
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
46
phöông phaùp doøng chaûy lieân tuïc cao hôn so vôùi phöông phaùp giaùn ñoaïn khi so saùnh
treân taïi cuøng moät maät ñoä CO2 ôû 35oC.
Maät ñoä CO2 (g/m
3)
Löôïng teá
baøo soáng
soùt (CFU)
Hình 3.15: Hieäu quaû tieâu dieät vi sinh vaät baèng phöông phaùp doøng chaûy lieân tuïc vaø
phöông phaùp giaùn ñoaïn theo maät ñoä CO2
: Phöông phaùp doøng chaûy lieân tuïc
: Phöông phaùp giaùn ñoaïn
Theo keát quaû treân hình 3.15 thì Lactobacillus brevis gaàn nhö bò tieâu dieät hoaøn
toaøn baèng phöông phaùp doøng chaûy lieân tuïc khi maät ñoä CO2 khoaûng 0,18 g/m3, trong
khi ñoù, phöông phaùp giaùn ñoaïn chæ tieâu dieät hoaøn toaøn vi khuaån naøy khi maät ñoä CO2
ñaït 0,9 g/m3. Do ñoù maø caùc t aùc giaû naøy ñaõ keát luaän raèng phöông phaùp lieân tuïc cho
hieäu quaû tieâu dieät vi sinh vaät cao hôn so vôùi phöông phaùp giaùn ñoaïn.
3.1.3.8. Aûnh höôûng cuûa tính chaát heä vi sinh vaät treân nguyeân lieäu caàn xöû lyù
Aûnh höôûng cuûa löôïng vi sinh vaät trong nguyeân lieäu xöû lyù
Löôïng vi sinh vaät ban ñaàu trong maãu ñem xöû lyù (N0) aûnh höôûng lôùn ñeán thôøi gian
tieán haønh kyõ thuaät DPCD taïi moät ñieàu kieän kyõ thuaät nhaát ñònh veà aùp suaát, nhieät ñoä
vaø caùc thoâng soá khaùc. Vôùi moät löôïng vi sinh vaät ban ñaàu quaù lôùn thì cho duø saûn
phaåm coù qua quaù trình xöû lyù vaãn khoâng ñaûm baûo vaán ñeà an toaøn vi sinh cho thöïc
phaåm.
Trong thöïc teá saûn xuaát, ñeå ruùt ngaén thôøi gian xöû lyù nhöng vaãn ñaûm baûo möùc ñoä
an toaøn vi sinh cho thöïc phaåm, caùc nhaø coâng ngheä caàn ñaët ra caùc chæ tieâu vi sinh
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
47
nghieâm ngaët cho nguyeân lieäu ñaàu vaøo, ñaëc bieät phaûi ñaûm baûo ñieàu kieän veä sinh
thieát bò, nhaø xöôûng, coâng nhaân tham gia saûn xuaát... trong suoát quy trình coâng ngheä
ñeå khoáng cheá giaù trò N0 cuûa caùc maãu thöïc phaåm tröôùc khi xöû lyù luoân ôû möùc thaáp
nhaát.
Loaøi vi sinh vaät
Caùc loaøi vi sinh vaät khaùc nhau coù caùc tính chaát veà caáu truùc vaø heä enzyme khaùc
nhau, do ñoù maø chòu nhöõng aûnh höôûng khaùc nhau bôûi kyõ thuaät DPCD.
Tính chaát cuûa maøng teá baøo vi sinh vaät coù aûnh höôûng quan troïng ñeán hieäu quaû cuûa
kyõ thuaät DPCD. Vi khuaån G(-) vôùi maøng teá baøo moûng, nhaïy caûm do ñoù deã bò phaù vôõ
vaø toån thöông trong giai ñoaïn giaûi phoùng aùp suaát, ñoàng thôøi tính thaám cuûa maøng cao
hôn, taïo ñieàu kieän deã daøng cho CO2 thaám qua vaø trích ly caùc teá baøo chaát. Ngoaøi ra,
maøng vi khuaån G(-) coøn ñöôïc cho l aø deã bieán tính hôn vi khuaån G(+). Vì caùc nguyeân
nhaân treân vaø ngöôøi ta ñi ñeán keát luaän, vi khuaån G(-) bò tieâu dieät deã daøng hôn so vôùi
vi khuaån G(+).
Tuy nhieân, moät khi maøng teá baøo ñaõ bò bieán tính trong quaù trình xöû lyù baèng kyõ
thuaät DPCD thì hieäu quaû voâ hoaït caùc loaøi vi sinh vaät khaùc nhau l aø nhö nhau.
Tính chaát veà heä enzyme trong boä maùy trao ñoåi chaát cuûa caùc loaøi vi sinh vaät cuõng
aûnh höôûng ñeán hieäu quaû cuûa kyõ thuaät DPCD. Tuøy vaøo loaøi vi sinh vaät khaùc nhau maø
heä enzyme naøy cuõng khaùc nhau vaø chòu nhöõng aûnh höôûng vôùi caùc möùc ñoä khaùc
nhau. Nhö ñaõ noùi ôû treân, chöa coù nghieân cöùu keát luaän söï voâ hoaït cuûa enzyme naøo seõ
aûnh höôûng chuû yeáu ñeán söï soáng cuûa vi sinh vaät, vì vaäy caàn tìm hieåu theâm enzyme
naøo quan troïng cho söï soáng cuûa teá baøo, töø ñoù taäp trung voâ hoaït nhöõng enzyme ñoù
(phaàn 3.1.1.1) (Damar vaø Balaban, 2006; Spilimbergo vaø Bertucco, 2003).
Ngoaøi ra, caùc loaøi vi sinh vaät khaùc nhau coù khaû naêng chòu ñöïng khaùc nhau ñoái
vôùi ñieàu kieän xöû lyù baèng kyõ thuaät DPCD, ví duï nhö caùc vi khuaån lactic, acetic... coù
theå chòu ñöôïc moâi tröôøng coù pH thaáp, moät soá loaøi vi sinh vaät khaùc laïi coù theå sinh
toång hôïp nhöõng protein môùi coù taùc duïng baûo veä teá baøo choáng laïi caùc ñieáu kieän khaéc
nghieät nhö aùp suaát vaø nhieät ñoä cao, noàng ñoä muoái cao... Nhöõng nguyeân nhaân treân
cuõng goùp phaàn laøm giaûm hieäu quaû cuûa kyõ thuaät DPCD.
Loaøi vi sinh vaät khaùc nhau aûnh höôûng ñeán caùc thoâng soá kyõ thuaät cuûa quaù trình xöû
lyù baèng kyõ thuaät DPCD. Töông töï nhö caùc kyõ thuaät thanh, tieät truøng baèng nhieät, moãi
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
48
loaøi vi sinh vaät coù moät giaù trò thôøi gian tieâu dieät thaäp phaân D khaùc nhau, vì vaäy
ngöôøi ta seõ choïn ra loaøi vi sinh vaät coù giaù trò D cao nhaát, töùc laø coù khaû naêng chòu
ñöïng cao nhaát, laøm ñaïi dieän ñeå thieát laäp cheá ñoä xöû lyù vaø ñaùnh giaù hieäu quaû quaù
trình.
Caùc so saùnh veà hieäu quaû cuûa quaù trình xöû lyù baèng kyõ thuaät DPCD treân caùc ñoái
töôïng vi sinh vaät khaùc nhau caàn phaûi ñöôïc xem xeùt kyõ löôõng vaø phaûi coù söï ñoàng
nhaát veà caùc ñieàu kieän xöû lyù. Aûnh höôûng cuûa kyõ thuaät DPCD leân caùc loaøi vi sinh vaät
khaùc nhau ñeán nay vaãn chöa coù nhöõng keát luaän cuï theå, caùc nghieân cöùu caàn phaûi
ñöôïc tieán haønh theâm ñeå tìm hieåu roõ veà vaán ñeà naøy.
Louka vaø coäng söï nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa kyõ thuaät DPCD ñeán söï soáng cuûa vi
sinh vaät (1999) cho thaáy toác ñoä tieâu dieät seõ khaùc nhau ñoái vôùi caùc loaøi vi sinh vaät
khaùc nhau vôùi cuøng moät cheá ñoä xöû lyù nhö nhau veà thôøi gian vaø aùp suaát
Hình 3.16: Aûnh höôûng cuûa thôøi gian xöû lyù ñeán hieäu quaû voâ hoaït caùc loaøi vi sinh vaät
khaùc nhau cuûa kyõ thuaät DPCD.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
49
Aùp suaát (MPa)
Hình 3.17: Aûnh höôûng cuûa aùp suaát ñeán söï soáng cuûa caùc loaøi vi sinh vaät khaùc nhau
(thôøi gian xöû lyù 30 phuùt)
Aûnh höôûng cuûa giai ñoaïn phaùt trieån cuûa vi sinh vaät.
Giai ñoaïn phaùt trieån cuûa vi sinh vaät cuõng aûnh höôûng ñeán hieäu quaû voâ hoaït vi sinh
vaät cuûa kyõ thuaät DPCD.
Trong cuøng moät loaøi vi sinh vaät, caùc teá baøo treû nhaïy caûm hôn caùc teá baøo tröôûng
thaønh, do ñoù maø deã bò tieâu dieät hôn.
Teá baøo ôû pha thích nghi ñöôïc cho laø coù söùc ñeà khaùng yeáu nhaát do chuùng chöa
sinh toång hôïp ñöôïc caùc enzyme vaø caùc caáu truùc thích hôïp vôùi ñieàu kieän moâi tröôøng,
vì vaäy maø chuùng deã daøng bò tieâu dieät baèng kyõ thuaät DPCD.
Ngöôïc laïi, ôû pha oån ñònh, vi sinh vaät coù khaû naêng chòu ñöïng cao nhaát neân khoù bò
voâ hoaït nhaát. Nguyeân nhaân laø do trong giai ñoaïn naøy, caùc vi sinh vaät ñaõ sinh toång
hôïp neân nhöõng protein môùi coù khaû naêng baûo veä teá baøo choáng laïi nhöõng aûnh höôõng
baát lôïi töø moâi tröôøng nhö aùp suaát vaø nhieät ñoä cao, söï coù maët cuûa caùc chaát oxy hoaù
khöû, noàng ñoä muoái cao...
Trong caùc giai ñoaïn phaùt trieån thì baøo töû coù khaû naêng chòu ñöïng cao nhaát. Do caáu
truùc lôùp voû vöõng chaéc, beàn vôùi caùc taùc ñoäng cuûa moâi tröôøng neân aûnh höôûng cuûa kyõ
thuaät DPCD leân baøo töû cuõng laø thaáp nhaát so vôùi caùc gi ai ñoaïn phaùt trieån khaùc cuûa vi
sinh vaät (Damar vaø Balaban, 2006; Spilimbergo vaø Bertucco, 2003; Hong vaø Pyun,
1999).
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
50
Nghieân cöùu cuûa Hong vaø Pyun veà ñoäng hoïc quaù trình voâ hoaït L. plantarum baèng
kyõ thuaät DPCD (1999) keát luaän vi sinh vaät ôû pha log coù tính maãn caûm cao, khaû naêng
chòu ñöïng keùm vì vaäy maø deã bò tieâu dieät hôn. Nghieân cöùu naøy cuõng cho thaáy toác ñoä
voâ hoaït L. plantarum ôû giai ñoaïn pha log (nuoâi caáy trong voøng 12 giôø t aïi 37oC) cao
hôn so vôùi toác ñoä voâ hoaït ôû pha oån ñònh (nuoâi caáy trong voøng 24 giôø taïi 37oC).
Thôøi gian xöû lyù (phuùt)
Pha log
Pha oån ñònh
Tyû leä soáng
soùt N/N0
Hình 3.18: Toác ñoä voâ hoaït L. plantarum ôû caùc giai ñoaïn phaùt trieån khaùc nhau baèng
kyõ thuaät DPCD
Söï keát tuï cuûa caùc teá baøo vi sinh vaät vaø baøo töû
Trong quaù trình phaùt trieån, moät soá loaøi vi sinh vaät coù xu höôùng keát tuï vôùi nhau
thaønh töøng ñaùm lôùn. Söï keát tuï naøy giuùp cho chuùng taêng khaû naêng choáng chòu vôùi caùc
ñieàu kieän baát lôïi cuûa moâi tröôøng. Trong suoát thôøi gian xöû lyù DPCD, caùc teá baøo cuõng
nhö caùc baøo töû caøng coù xu höôùng keát tuï nhieàu hôn nhaèm choáng laïi caùc ñieàu kieän baát
lôïi cuûa moâi tröôøng.
Nghieân cöùu cuûa Furukawa vaø coäng söï (2006) veà hieän töôïng keát tuï cuûa caùc baøo töû
trong quaù trình xöû lyù baéng kyõ thuaät DPCD cho thaáy, thôøi gian xöû lyù caøng keùo daøi thì
soá löôïng baøo töû keát tuï caøng taêng.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
51
Baûng 3.6: Kích thöôùc caùc ñaùm keát tuï baøo töû theo thôøi gian
Nguyeân nhaân cuûa söï keát tuï laø do ôû ñieàu kieän aùp suaát vaø nhieät ñoä xöû lyù kyõ thuaät
DPCD, caùc protein treân maøng teá baøo bò bieán tính, tính kî nöôùc taêng, do ñoù chuùng coù
xu höôùng keát tuï laïi vôùi nhau nhaèm laøm giaûm naêng löôïng dö beà maët.
Nhö vaäy, vieäc laøm giaûm söï keát tuï hoaëc ngaên chaën söï hình thaønh caùc ñaùm keát tuï
caùc teá baøo vaø baøo töû vi sinh vaät seõ laøm caûi thieän hieäu quaû tieâu dieät vi sinh vaät cuûa
kyõ thuaät DPCD.
Trong nghieân cöùu treân, Furukawa vaø coäng söï ñaõ duøng caùc chaát hoaït ñoäng beà maët
ñeå haïn cheá hieän töôïng keát tuï vaø keát quaû sau khi xöû lyù cho thaáy löôïng vi sinh vaät bò
tieâu dieät taêng leân nhieàu so vôùi maãu khoâng söû duïng chaát hoaït ñoäng beà maët.
Hình 3.19: Aûnh höôûng cuûa caùc chaát hoaït ñoäng beà maët leân hieäu quaû xöû cuûa quaù trình
xöû lyù baúng DPCD treân baøo töû Bacillus coagulans (A) vaø Bacillus licheniformis (B)
3.1.3.9. Aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá khaùc
Haøm löôïng chaát beùo trong moâi tröôøng xöû lyù cuõng aûnh höôûng ñeán hieäu quaû tieâu
dieät vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD. Khi haøm löôïng chaát beùo trong moâi tröôøng xöû lyù
cao thì toác ñoä voâ hoaït vi sinh vaät giaûm. Nguyeân nhaân laø do caùc chaát beùo laøm giaûm
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
52
khaû naêng thaåm thaáu cuûa CO2 qua maøng teá baøo baèng caùch thay ñoåi caùc tính chaát beà
maët cuûa maøng (Spilimbergo vaø Bertucco, 2003; Hong vaø Pyun, 1999).
Söï coù maët cuûa caùc chaát hoã trôï trong moâi tröôøng xöû lyù laøm taêng hieäu quaû voâ hoaït
vi sinh vaät cuûa kyõ thuaät DPCD. Chaúng haïn nhö khi boå sung moät löôïng SO2 (khoaûng
30ppm) vaøo CO2 thì toác ñoä tieâu dieät naám men Saccharomyces cerevisiae taêng leân
((Spilimbergo vaø Bertucco, 2003).
Ñaõ coù nhieàu nghieân cöùu khaùc nhau treân raát nhieàu ñoái töôïng nhö bia, nöôùc quaû,
caùc loaïi röôïu, söõa, moät soá caùc thöïc phaåm daïng raén nhö kimchi, thòt boø... ñöôïc tieán
haønh nhaèm khaûo saùt caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät cuûa kyõ
thuaät DPCD. Caùc nghieân cöùu naøy phaàn naøo ñaõ ñöa ra ñöôïc vai troø cuûa caùc thoâng soá
kyõ thuaät chính cuõng nhö ñaõ thoáng nhaát ñöôïc moät soá cô cheá chuû yeáu voâ hoaït vi sinh
vaät cuûa kyõ thuaät DPCD.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
53
3.2. Bieán ñoåi hoùa sinh
Khaû naêng voâ hoaït caùc enzyme aûnh höôûng ñeán chaát löôïng thöïc phaåm cuûa kyõ
thuaät DPCD ñaõ ñöôïc nhieàu nghieân cöùu chöùng minh. Kyõ thuaät DPCD coù theå voâ hoaït
caùc enzyme taïi nhöõng nhieät ñoä maø phöông phaùp truyeàn thoáng söû duïng nhieät ñoä toû ra
khoâng hieäu quaû. Haøng loaït caùc enzyme chòu aûnh höôûng bôûi DPCD coù theå keå ñeán
nhö: enzyme pectinesterase (PE) laøm maát maøu ñuïc cuûa caùc loaïi nöôùc quaû ñuïc,
enzyme polyphenoloxidase (PPO) laøm hoùa naâu caùc loaïi quaû, rau, nöôùc traùi caây vaø
moät soá saûn phaåm haûi saûn, enzyme lypoxygenase (LOX) phaù huûy chlorophyll vaø laøm
taêng muøi vò khoù chòu cho rau quaû laïnh ñoâng, vaø enzyme peroxidase (POD), moät
enzyme chuû yeáu laøm bieán maøu thöïc phaåm vaø ñöôïc duøng nhö moät chæ soá ñaùnh giaù
hieäu quaû voâ hoaït enzyme duøng nhieät ñoä trong quaù trình cheá bieán caùc saûn phaåm rau
quaû. Maëc duø khoâng nhieàu veà maët soá löôïng nhöng nhöõng nghieân cöùu veà khaû naêng voâ
hoaït enzyme nhôø kyõ thuaät DPCD ñaõ cho nhöõng keát quaû khaû quan, ñaëc bieät laø trong
caùc saûn phaåm töø rau quaû (Damar vaø Balaban, 2006).
3.2.1. Cô cheá voâ hoaït enzyme
Cuõng nhö ñoái vôùi vi sinh vaät, ñaõ coù nhieàu giaû thuyeát ñöa ra caùc cô cheá voâ hoaït
enzyme nhöng vaãn chöa theå khaúng ñònh ñaâu laø cô cheá chuû yeáu. Moät soá caùc cô cheá
ñöôïc ñeà caäp ñeán nhö sau:
3.2.1.1. Taùc duïng laøm giaûm pH
Nhö ñaõ trình baøy ôû treân, kyõ thuaät xöû lyù vôùi DPCD coù theå laøm giaûm pH moâi
tröôøng, vaø do ñoù laøm giaûm hoaït tính cuûa moät soá enzyme (Damar vaø Balaban, 2006;
Gui vaø coäng söï, 2006; Tanimoto vaø coäng söï, 2005; Tisi, 2004; Park vaø coäng söï,
2002; Yoshimura vaø coäng söï, 2002, 2001; Chen vaø coäng söï, 1993).
Moãi loaïi enzyme coù moät pH toái thích rieâng, neáu pH moâi tröôøng ra khoûi pH naøy
thì hoaït tính enzyme seõ giaûm. Beân caïnh ñoù, vôùi moät soá enzyme coù pH ñaúng ñieän
trong vuøng acid thì pH moâi tröôøng giaûm coù theå daãn ñeán vieäc ñoâng tuï caùc enzyme
naøy.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
54
Baûng 3.7: pH toái thích cuûa moät soá enzyme laáy töø caùc nguoàn khaùc nhau (Yada,
Proteins in food processing, CRC Press, 2004)
Vieäc laøm giaûm pH cuûa nguyeân lieäu nhôø kyõ thuaät DPCD coù theå goùp phaàn laøm
giaûm hoaït tính cuûa enzyme nhöng ñaây khoâng phaûi laø cô cheá chính voâ hoaït enzyme.
Nguyeân nhaân ôû ñaây l aø do moät soá enzyme coù pH toái thích trong vuøng acid, khi ñoù taùc
duïng laøm giaûm pH cuûa moâi tröôøng xöû lyù khoâng theå voâ hoaït caùc enzyme naøy ñöôïc
maø ngöôïc laïi coøn goùp phaàn laøm taêng hoaït tính cuûa chuùng. Tuy nhieân, khi aùp duïng
kyõ thuaät DPCD, maëc duø pH moâi tröôøng coù giaûm tôùi pH toái thích cuûa caùc enzyme thì
caùc enzyme naøy vaãn bò voâ hoaït. Nghieân cöùu cuûa Balaban vaø coäng söï (1991) veà söï
voâ hoaït enzyme PE treân nöôùc cam cho thaáy pH cuûa dung dòch phaûi thaáp hôn 2,4 thì
môùi coù hieäu quaû voâ hoaït PE roõ raøng, trong khi ñoù, xöû lyù baèng DPCD chæ cho pH vaøo
khoaûng 3,1 nhöng vaãn coù taùc duïng voâ hoaït PE. Vì theá, neáu chæ moät mình taùc duïng
giaûm pH thì khoâng ñuû ñeå giaûi thích cô cheá voâ hoaït enzyme cuûa kyõ thuaät DPCD. Moät
nghieân cöùu khaùc cuûa Chen (1992) cho keát quaû maãu toâm huøm xöû lyù baèng acid sao
cho pH ñieàu chænh vaøo khoaûng 5,3 (baèng vôùi pH cuûa maãu ñaït ñöôïc khi xöû lyù baèng
DPCD) coù hoaït tính enzyme PPO coøn laïi khoaûng 30% taïi nhieät ñoä 35oC sau 30 phuùt,
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
55
trong khi ñoù maãu xöû lyù baèng DPCD cho thaáy hoaït tính cuûa enzyme PPO bò maát ñi
hoaøn toaøn cuõng taïi nhieät ñoä treân chæ sau 1 phuùt (Damar vaø Balaban, 2006).
Töø caùc keát quaû nghieân cöùu treân cuøng vôùi moät soá nghieân cöùu khaùc, ta thaáy taùc
duïng laøm giaûm pH cuûa DPCD khoâng phaûi laø cô cheá voâ hoaït enzyme chuû yeáu.
3.2.1.2. Taùc duïng thay ñoåi caáu hình khoâng gian cuûa enzyme vaø cô chaát
Nhö ta ñaõ bieát, phaàn lôùn caùc enzyme trong teá baøo sinh vaät laø nhöõng protein coù
caáu truùc baäc 4 laø caáu truùc bao goàm caùc tieåu phaàn baäc ba theo khoâng gian ba chieàu.
Trong ñoù, moät soá vò trí caùc chuoãi polypeptide coù caáu truùc daïng xoaén α, daïng gaáp
neáp β, daïng caáu truùc maët cong β vaø daïng cuoän ngaãu nhieân.
Hình 3.20: Caáu truùc cuûa moät loaïi enzyme peroxidase vôùi caùc vò trí coù caáu truùc baäc 2
vaø baäc 3.
Döôùi aùp suaát cao cuûa kyõ thuaät DPCD, caùc enzyme coù theå bò bieán tính do thay ñoåi
caáu hình khoâng gian. Cuï theå laø caùc vò trí coù caáu truùc baäc hai (α, β, cuoän ngaãu nhieân)
vaø baäc ba seõ bò bieán tính laøm duoãi maïch, thaùo xoaén, thay ñoåi goùc cuûa neáp gaáp…. Söï
thay ñoåi caáu hình naøy goùp phaàn laøm giaûm hoaït tính cuûa caùc enzyme. Möùc ñoä bieán
tính enzyme phuï thuoäc vaøo aùp suaát trong khi tieán haønh xöû lyù: ñeå bieán tính hoaøn toaøn
caùc enzyme phaûi caàn moät aùp suaát raát cao, chaúng haïn nhö theo nghieân cöùu cuûa
Hendrickx vaø coäng söï veà aûnh höôûng cuûa kyõ thuaät DPCD leân protein (1998) cho thaáy
phaûi naâng aùp suaát leân ñeán 310 MPa thì protein môùi bò bieán tính hoaøn toaøn, khoâng
theå phuïc hoài. Do ñoù, söï bieán tính cuûa enzyme do taùc duïng cuûa kyõ thuaät DPCD laø
bieán tính thuaän nghòch: caùc enzyme trong maãu sau khi xöû lyù coù theå phuïc hoài laïi moät
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
56
phaàn hoaït tính trong thôøi gian baûo quaûn. Nguyeân nhaân cuûa vaán ñeà naøy laø do aùp suaát
aùp duïng khi tieán haønh kyõ thuaät DPCD thaáp hôn nhieàu so vôùi aùp suaát caàn thieát ñeå
bieán tính khoâng thuaän nghòch protein. Tuy nhieân, ñaây cuõng laø moät trong nhöõng cô
cheá chuû yeáu goùp phaàn voâ hoaït enzyme ñaõ ñöôïc nhieàu nhaø khoa hoïc nghieân cöùu vaø
coâng nhaän (Damar vaø Balaban, 2006; Gui vaø coäng söï, 2006; Tanimoto vaø coäng söï,
2005; Tisi, 2004; Chen vaø coäng söï, 1993).
Khi töông taùc vôùi caùc enzyme, cô chaát phaûi coù moät caáu truùc thích hôïp ñeå coù theå
taïo thaønh phöùc hôïp cuûa enzyme vaø cô chaát. Luùc ñoù, enzyme môùi coù theå phaùt huy taùc
duïng xuùc taùc cuûa mình.
Hình 3.21: Cô cheá xuùc taùc cuûa enzyme
Aùp suaát cao trong kyõ thuaät DPCD coù theå laøm bieán ñoåi caáu hình khoâng gian cuûa
cô chaát, töø ñoù laøm giaûm khaû naêng tieáp xuùc t aïo phöùc chaát giöõa enzyme vaø cô chaát, vaø
do ñoù laøm giaûm toác ñoä cuûa phaûn öùng do enzyme xuùc t aùc.
Cô cheá laøm thay ñoåi caáu hình enzyme vaø cô chaát cuûa kyõ thuaät DPCD ñeán nay
maëc duø ñaõ ñöôïc nhieàu nhaø khoa hoïc ñoàng yù nhöng cuõng caàn ñöôïc nghieân cöùu theâm.
Beân caïnh taùc duïng bieán tính caáu truùc enzyme vaø cô chaát döôùi taùc duïng cuûa aùp
suaát cao thì cuõng phaûi keå ñeán taùc duïng cuûa phaân töû CO2 ñeán enzyme vaø cô chaát.
CO2 coù theå phaûn öùng vôùi caùc nhoùm amino treân beà maët protein. Keát quaû cuûa phaûn
öùng naøy laø söï taïo thaønh caùc hôïp chaát carbamate.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
57
Söï taùc duïng cuûa CO2 ñaõ laøm thay ñoåi tính chaát, töø ñoù laøm gi aûm hoaït tính cuûa caùc
enzyme. Ngoaøi ra, neáu cô chaát laø protein thì phaûn öùng treân cuõng aûnh höôûng ñeán tính
chaát cuûa cô chaát, goùp phaàn laøm giaûm toác ñoä cuûa phaûn öùng enzyme (Shota Tanimoto
vaø coäng söï, 2005; Yoshimura vaø coäng söï, 2001; Habulin vaø Knez, 2001).
Ngoaøi nhöõng nghieân cöùu nhö ñaõ trình baøy ôû treân, coøn coù nhieàu nghieân cöùu khaùc
cuõng ñaõ ñöa ra nhöõng cô cheá taùc duïng leân enzyme cuûa kyõ thuaät DPCD. Tuy ñoái
töôïng nghieân cöùu, phöông phaùp nghieân cöùu coù khaùc nhau, nhöng haáu heát ñeàu ñoàng yù
vôùi nhöõng cô cheá neâu treân.
Nghieân cöùu cuûa Gui vaø coäng söï söû duïng kyõ thuaät DPCD xöû lyù nöôùc taùo ñuïc
(2006) nhaèm voâ hoaït enzyme polyphenol oxidase ñaõ ñoàng yù vôùi cô cheá thay ñoåi caáu
hình khoâng gian cuûa enzyme do DPCD vaø ñöa ra keát luaän laø söï bieán tính naøy coù
thuaän nghòch vì trong thôøi gian baûo quaûn, hoaït tính cuûa enzyme polyphenol oxidase
coù taêng leân nhöng khoâng ñaùng keå so vôùi maãu khoâng xöû lyù baèng DPCD. Tröôùc ñoù
khoâng laâu (2006), Gui cuøng coäng söï cuûa mình nghieân cöùu khaû naêng voâ hoaït enzyme
horseradish peroxidase cuûa kyõ thuaät DPCD cuõng ñaõ ñi ñeán nhöõng keát luaän töông töï.
Naêm 2005, Tanimoto cuøng caùc coäng söï nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa kyõ thuaät
DPCD ñeán khaû naêng voâ hoaït caùc enzyme trong saûn phaåm röôïu Sake vaø nhaän thaáy
raèng haøng loaït caùc enzyme nhö α-glucosidase, α-amyl ase, glucoamylase, acid
carboxypeptidase trong maãu coù hoaït tính giaûm so vôùi khi khoâng xöû lyù baèng DPCD.
Caùc nhaø khoa hoïc naøy ñaõ ñöa ra cô cheá laøm thay ñoåi caáu hình khoâng gi an cuûa caùc
enzyme, laøm giaûm pH cuûa moâi tröôøng xöû lyù cuõng nhö taùc duïng taïo hôïp chaát
carbamate cuûa CO2 ñeå giaûi thích cho khaû naêng voâ hoaït enzyme cuûa kyõ thuaät DPCD.
Nghieân cöùu cuûa Yoshimura veà aûnh höôûng cuûa kyõ thuaät DPCD leân hoaït tính
enzyme protease vaø α-amylase (2002) keát luaän raèng hoaït tính cuûa caùc enzyme naøy
giaûm sau khi xöû lyù vaø cuõng ñöa ra cô cheá nhö treân: ñoù laø taùc duïng laøm thay ñoåi caáu
hình cuûa enzyme vaø cô chaát, taùc duïng cuûa phaân töû CO2 vaø taùc duïng laøm giaûm pH
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
58
moâi tröôøng xöû lyù. Vaøo naêm 2001, cuõng caùc taùc giaû naøy khi nghieân cöùu cô cheá voâ
hoaït enzyme protease (ñieàu kieän xöû lyù 50oC, 30 MPa) vaø α-amylase (ñieàu kieän xöû
lyù 35oC, 30 MPa) vaø ñaõ ñöa ra keát luaän töông töï.
Nghieân cöùu cuûa Park vaø coäng söï veà aûnh höôûng keát hôïp giöõa kyõ thuaät CO2 aùp
suaát cao vaø kyõ thuaät aùp suaát thuyû tónh cao (High Hydrostatic Pressure – HHP) leân
chaát löôïng cuûa nöôùc carrot (2002) cuõng nhaän thaáy hoaït tính cuûa enzyme
pectinmethylesterase – PME, enzyme chuû yeáu laøm maát ñi tính chaát ñuïc cuûa nöôùc
carrot, giaûm do taùc duïng laøm giaûm pH cuûa kyõ thuaät DPCD vì enzyme naøy coù pH toái
thích trong vuøng gaàn trung tính, khoaûng 7,5.
Naêm 2001, Habulin vaø Knez nghieân cöùu veà hoaït tính vaø ñoä beàn cuûa enzyme
lipase töø nhöõng nguoàn thu nhaän khaùc nhau trong CO2 sieâu tôùi haïn vaø propane caän tôùi
haïn nhaän thaáy raèng trong ñieàu kieän CO2 sieâu tôùi haïn, hoaït tính cuûa lipase giaûm vaø
giaûi thích cô cheá laø do söï taùc duïng giöõa CO2 vaø enzyme, taïo ra hôïp chaát carbamate
laøm thay ñoåi tính chaát enzyme.
Nghieân cöùu cuûa Chen vaø coäng söï naêm 1993 veà öùng duïng kyõ thuaät DPCD voâ hoaït
enzyme polyphenol oxidase trong caùc loaøi giaùp xaùc cho thaáy hoaït tính cuûa enzyme
naøy giaûm sau khi xöû lyù ôû ñieàu kieän 43oC, 58 atm vaø ñaõ ñöa ra cô cheá l aø do söï bieán
tính caáu truùc cuûa enzyme döôùi taùc duïng cuûa aùp suaát cao ñoàng thôøi vôùi taùc duïng laøm
giaûm pH cuûa kyõ thuaät DPCD. Sau khi xöû lyù enzyme polyphenol oxidase baèng
DPCD, caùc nhaø khoa hoïc naøy ñaõ nhaän thaáy coù söï ñoâng tuï protein noåi treân beà maët
moâi tröôøng cuõng nhö taïo thaønh nhöõng ñaùm keát tuï trong loøng moâi tröôøng. Töø ñoù hoï
ñaõ ñöa ra keát luaän l aø kyõ thuaät DPCD coù theå laøm bieán tính enzyme vaø laøm giaûm hoaït
tính cuûa chuùng.
Khaû naêng laøm giaûm hoaït tính cuûa caùc enzyme nhôø kyõ thuaät DPCD ñaõ ñöôïc xaùc
nhaän. Tuy nhieân, cô cheá cuûa taùc duïng naøy ñeán nay vaãn chöa thaät söï roõ raøng vaø coøn
caàn phaûi ñöôïc nghieân cöùu theâm.
3.2.2. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû voâ hoaït enzyme baèng kyõ thuaät
DPCD
3.2.2.1. Aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá veà enzyme
Loaïi enzyme
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
59
Moãi loaïi enzyme khaùc nhau coù caùc tính chaát veà caáu taïo, caáu truùc, veà pH toái thích
cuõng nhö khaû naêng chòu ñöïng khaùc nhau. Vì vaäy maø taùc duïng cuûa kyõ thuaät DPCD
leân caùc enzyme khaùc nhau thì khoâng gioáng nhau. Ñaây laø keát luaän cuûa haàu heát caùc
nghieân cöùu veà aûnh höôûng cuûa kyõ thuaät DPCD leân hoaït tính enzyme. Beân caïnh ñoù,
caàn löu yù caùc ñaëc ñieåm khaùc nhau cuûa caùc enzyme maø aùp duïng kyõ thuaät xöû lyù thích
hôïp, ví duï nhö duøng pH, nhieät ñoä cuõng nhö aùp suaát khaùc nhau ñeå taùc duïng leân hoaït
tính cuûa enzyme. Vôùi nhöõng enzyme coù theå hoaït ñoäng toát trong vuøng pH thaáp,
chaúng haïn nhö caùc enzyme protease, thì cô cheá giaûm pH cuûa kyõ thuaät DPCD toû ra
khoâng höõu hieäu, khi ñoù caàn coù taùc duïng theâm cuûa nhieät ñoä vaø pH ñeå ñaït ñöôïc hieäu
quaû öùc cheá enzyme nhö mong muoán.
Nghieân cöùu cuûa Shota Tanimoto vaø coäng söï veå khaû naêng voâ hoaït caùc enzyme α-
glucosidase (AGA), α-amylase (AA), glucoamylase (GA) vaø acid carboxypeptidase
(ACP) coù trong röôïu Sake duøng phöông phaùp doøng chaûy lieân tuïc cuûa kyõ thuaät DPCD
cho thaáy ôû cuøng moät ñieàu kieän xöû lyù, enzyme α-glucosidase beàn nhaát, trong khi ñoù
enzyme α-amylase laïi laø enzyme bò aûnh höôûng nhieàu nhaát vaø hoaït tính coøn laïi thaáp
nhaát sau khi xöû lyù. Caùc nhaø khoa hoïc naøy ñaõ giaûi thích nguyeân nhaân laø do α-
amylase trong röôïu Sake coù khaû naêng chòu moâi tröôøng acid keùm, vì vaäy maø khi pH
giaûm do kyõ thuaät DPCD thì enzyme naøy bò aûnh höôûng nhieàu nhaát. Coøn caùc enzyme
coøn laïi trong röôïu Sake thì coù tính beàn vôùi acid cao hôn, do ñoù maø hoaït tính maát ñi
cuõng ít hôn so vôùi α-amylase.
Nguoàn goác enzyme
Cuøng moät loaïi enzyme nhöng laáy töø caùc nguoàn khaùc nhau coù nhöõng tính chaát veà
caáu truùc, pH toái thích cuõng nhö ñoä beàn vaø khaû naêng chòu ñöïng khaùc nhau. Do ñoù maø
aûnh höôûng cuûa kyõ thuaät DPCD leân enzyme töø caùc nguoàn khaùc nhau cuõng khaùc nhau
(Sibel Damar vaø Murat O. Balaban, 2006; Chen vaø coäng söï, 1993).
Nghieân cöùu cuûa Chen vaø coäng söï veà khaû naêng voâ hoaït enzyme polyphenol
oxidase töø gi aùp xaùc (1993) nhaän thaáy vôùi ñieàu kieän xöû lyù laø 58 atm ôû 43oC, hoaït tính
cuûa enzyme polyphenol oxidase töø toâm huøm vaø toâm naâu gaàn nhö maát hoaøn toaøn sau
hôn 1 phuùt. Tuy nhieân, nghieân cöùu cuõng cho thaáy laø enzyme töø toâm naâu coù khaû naêng
chòu ñöïng cao hôn töø toâm huøm moät ít.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
60
Chen vaø coäng söï cuõng keát luaän laø enzyme polyphenol oxidase töø khoai taây coù
tính beàn cao hôn so vôùi enzyme töø toâm huøm vaø toâm naâu.
Xaùc ñònh ñöôïc loaïi enzyme cuõng nhö nguoàn goác enzyme trong maãu cho pheùp
caùc nhaø coâng ngheä ñeà ra ñöôïc phöông phaùp xöû lyù baèng kyõ thuaät DPCD. Cuõng töông
töï nhö kyõ thuaät thanh truøng hay tieät truøng duøng nhieät, trong kyõ thuaät DPCD xöû lyù
enzyme, ngöôøi ta cuõng ñöa ra khaùi nieäm thôøi gian tieâu dieät thaäp phaân D vaø haèng soá
chòu aùp suaát zp (aùp suaát caàn taêng ñeå D giaûm 10 laàn) cuøng nhöõng ñaïi löôïng töông töï
khaùc cho caùc enzyme. Trong moät maãu coù nhieàu loaïi enzyme, thöôøng phaûi xaùc ñònh
nhöõng enzyme chính maø hoaït tính cuûa chuùng aûnh höôûng khoâng toát ñeán chaát löôïng
saûn phaåm, vaø töø ñoù maø ñeà ra caùch thöùc xöû lyù vôùi kyõ thuaät DPCD cho hieäu quaû.
3.2.2.2. Aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá veà kyõ thuaät
Aùp suaát
Aùp suaát laø moät trong nhöõng thoâng soá kyõ thuaät chính aûnh höôûng ñeán hieäu quaû öùc
cheá enzyme cuûa kyõ thuaät DPCD. Aùp suaát caøng cao thì taùc duïng leân caáu truùc enzyme
vaø cô chaát caøng lôùn, daãn ñeán nhöõng bieán ñoåi saâu saéc vaø laøm voâ hoaït enzyme hieäu
quaû hôn. Beân caïnh ñoù, aùp suaát caøng taêng thì noàng ñoä CO2 hoaø t an trong moâi tröôøng
caøng nhieàu vaø hieäu quaû laøm giaûm pH cuûa kyõ thuaät DPCD seõ taêng. Maët khaùc, aùp suaát
caøng cao thì seõ taïo ra söï bieán tính saâu saéc veà caáu hình khoâng gian cuûa caùc enzyme,
vaø do ñoù maø chuùng khoù khoâi phuïc hoaït tính trong thôøi gian baûo quaûn. (Damar vaø
Balaban, 2006; Kincal vaø coäng söï, 2006; Bertoloni vaø coäng söï, 2006; Gui vaø coäng
söï, 2006; Tanimoto vaø coäng söï, 2005; Tisi, 2004; Park vaø coäng söï, 2002; Tedjo vaø
coäng söï, 2000; Chen vaø coäng söï, 1993).
Nghieân cöùu cuûa Gui vaø coäng söï treân nöôùc taùo ñuïc cho thaáy hoaït tính enzyme
polyphenol oxidase sau khi xöû lyù baèng DPCD coøn laïi töø 57,30 – 38,50% khi aùp suaát
taêng töø 8 MPa ñeán 30 MPa. Beân caïnh ñoù, nghieân cöùu coøn cho thaáy hoaït tính cuûa
enzyme naøy t aêng trong quaù trình baûo quaûn ôû 4oC vaø maãu coù aùp suaát xöû lyù caøng cao
thì hoaït tính cuûa enzyme polyphenol oxidase taêng caøng ít, khoâng ñaùng keå trong thôøi
gian baûo quaûn.
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
61
Hình 3.22: Söï thay ñoåi hoaït tính enzyme polyphenol oxidase trong quaù trình baûo
quaûn ôû 4oC vôùi cuûa caùc maãu nöôùc taùo ñuïc ñöôïc xöû lyù ôû caùc aùp suaát khaùc nhau baèng
kyõ thuaät DPCD.
Nghieân cöùu cuûa Park vaø coäng söï veà aûnh höôûng keát hôïp giöõa kyõ thuaät aùp suaát
thuyû tónh cao (High Hydrostatic Pressure – HHP) vaø CO2 aùp suaát cao leân chaát löôïng
nöôùc carrot nhaän thaáy hoaït tính cuûa caùc enzyme polyphenol oxidase, lipoxygenase
vaø pectinmethylesterase giaûm caøng nhieàu khi aùp suaát söû duïng caøng taêng.
Hình 3.23: Aûnh höôûng cuûa aùp suaát leân hoaït tính cuûa caùc enzyme.
Nhieät ñoä
Beân caïnh aùp suaát, nhieät ñoä cuõng laø moät thoâng soá kyõ thuaät quan troïng aûnh höôûng
ñeán hieäu quaû voâ hoaït enzyme cuûa kyõ thuaät DPCD. Nguyeân nhaân laø do moãi enzyme
coù moät khoaûng nhieät ñoä thích hôïp ñeå hoaït ñoäng cuõng nhö khaû naêng chòu ñöïng vôùi
Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm
62
nhöõng nhieät ñoä khaùc nhau. Beân caïnh ñoù, nhieät ñoä caøng taêng thì möùc ñoä bieán tính
cuûa caùc enzyme cuõng taêng theo. Vì vaäy, nhieät ñoä taêng hay giaûm cuõng goùp phaàn aûnh
höôûng khoâng nhoû ñeán hoaït tính cuûa caùc enzyme.
Nhieät ñoä cuõng laøm taêng khaû naêng taùc duïng cuûa CO2 vôùi enzyme vaø cô chaát.
Thoâng thöôøng, nhieät ñoä xöû lyù trong kyõ thuaät DPCD taêng thì hieäu quaû öùc cheá enzyme
cuõng taêng theo (Damar vaø Balaban, 2006; Gui vaø coäng söï, 2006; Tanimoto vaø coäng
söï, 2005; Yoshimura vaø coäng söï, 2002, 2001; Tedjo vaø coäng söï, 2000).
Thôøi gian
Ngoaøi yeáu toá aùp suaát vaø nhieät ñoä thì thôøi gian xöû lyù cuõng laø moät thoâng soá kyõ
thuaät ñieàu khieån quaù t rình xöû lyù thöïc phaåm baèng kyõ thuaät DPCD.
Haàu heát caùc nghieân cöùu ñeàu cho raèng thôøi gian taêng thì hieäu quaû voâ hoaït enzyme
seõ taêng, töông töï nhö caùc phöông phaùp thanh truøng hay tieät truøng duøng nhieät hoaëc
chieáu xaï. Thôøi gian taêng seõ laøm cho aûnh höôûng cuûa aùp suaát leân caáu truùc caùc enzyme
vaø cô chaát trôû neân saâu saéc hôn, caùc enzyme seõ khoù khoâi phuïc laïi hoaït tính hôn.
Theâm vaøo ñoù, caùc taùc duïng cuûa CO2 ñoái vôùi enzyme vaø cô chaát, taùc duïng giaûm pH
cuûa kyõ thuaät DPCD cuõng seõ taêng khi t
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Ky thuat Dense Phase CO2 Nguyen ly ung dung trong CNTP.pdf