Nghiên cứu ảnh hưởng một số thông số đến quá trình tiệt trùng nước mắm bằng tia cực tím

sỹ khoa học Nụng nghiệp------------------------------- i i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan rằng những số liệu và kết quả nghiên cứu trong lận văn này là hoàn toàn trung thực và ch−a đ−ợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đ8 đ−ợc cám ơn và mọi thông tin chích dẫn trong luận văn này đều đ8 đ−ợc chỉ dõ nguồn gốc. Tác giả Nguyễn văn mạnh Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp------------------------------- ii ii Lời cảm ơn ! Trong thời gian làm đồ án, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận đ−ợc sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo và bạn bè. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu Tr−ờng Đại học Nông nghiệp I, Ban chủ nhiệm khoa và các thầy cô trong khoa Cơ Điện đã chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Đặc biệt tôi chân thành cảm ơn thầy giáo h−ớng dẫn: TS. Trần Đình Đông - Tr−ởng Bộ môn Vật lý - Khoa Cơ Điện và TS. Trần Nh− Khuyên - Tr−ởng Bộ môn Máy Nông nghiệp - Tr−ờng Đại học Nông nghiệp I. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, cùng tập thể nhân viên Công ty Hải sản Thái Bình, Ban lãnh đạo, cán bộ Phòng Hoá sinh – ứng dụng –Viện Sinh học Nông nghiệp – tr−ờng Đại học Nông nghiệp I Hà Nội. Hà Nội, ngày 17 tháng 6 năm 2006 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Mạnh Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp------------------------------- iii iii Mục lục Mở đầu………………………………………………………...……….…………........….1 1.Tổng quan nghiên cứu…………………………………………...................…...........3 1.1. Đặc điểm và qui trình sản xuất n−ớc mắm ……....…………..............….3 1.1.1. Đặc điểm……………………………………......……….……………...3 1.1.2. Quy trình sản xuất n−ớc mắm……………………………....…………..3 1.1.2. Thành phần hóa học của n−ớc mắm……………………..…….......……...….8 1.2. ý nghĩa của việc thanh trùng trong bảo quản và chế biến n−ớc mắm........................................................................................................................10 1.3. Các ph−ơng pháp tiêu diệt vi sinh vật…………………....…....….…..…10 1.3.1. Ph−ơng pháp thanh trùng ( Pasteurisation )……………….............. …11 1.3.2. Ph−ơng pháp vô trùng Sterilisation…………….........….…….…….…12 1.3.3. Ph−ơng pháp vô trùng UHT (Ultra High Temperature) ……......……..13 1.3.4. Ph−ơng pháp thanh trùng bằng chiếu xạ…………..............….……….15 1.4. Các vi sinh vật có hại trong thực phẩm……………..……...................…15 1.4.1. Loại gây thối hỏng…………………………............……...……...……15 1.4.2. Loại gây bệnh cho ng−ời…………………..………………………...…..……..16 1.4.3. Các yếu tố ảnh h−ởng đến khả năng tiêu diệt vi sinh vật…….…...........16 1.5. Ph−ơng pháp chiếu xạ thực phẩm và mục đích của nó….…....................17 1.6. Liều hấp thu áp dụng cho từng loại thực phẩm……………...................….18 1.7. Tình hình nghiên cứu và sử dụng thanh trùng bằng chiếu xạ trong và ngoài n−ớc………………………........................…........…...…….20 1.7. 1. Sự ra đời và phát triển của ph−ơng pháp chiếu xạ thực phẩm…..…….20 1.7.2. Tình hình bảo quản nông sản bằng ph−ơng pháp chiếu xạ…….........…22 1.8. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu………………………..................…..24 1.8.1. Mục đích của đề tài………………………………….........………....…24 1.8.2. Nhiệm vụ của đề tài……………………………….......……………….24 2. Đối t−ợng và ph−ơng pháp nghiên cứu………………..…................................…25 2.1. Đối t−ợng nghiên cứu …………………………………………..…......……..25 2.2. Ph−ơng pháp nghiên cứu…………………………….........…..............……..26 2.2.1. Ph−ơng pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố…………..............…......26 2.2. 2. Ph−ơng pháp thực nghiệm đo đạc…………………….……….….…....….…29 Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp------------------------------- iv iv 3. Cơ sở lý thuyết của quá trình thanh trùng n−ớc mắm bằng tia cực tím........31 3.1. Cơ chế huỳnh quang………………………………………............................31 3.1.1. Hiện t−ợng huỳng quang…………………………………………………….....32 3.1.2. Phổ huỳnh quang……………………………..............…………...…...33 3.2. Các định luật cơ bản của huỳnh quang……………….....………............33 3.2.1. Thời gian sống………………………………………..………….......………......33 3.2.2. Định luật Stock – Lomen………………………………...…….….............…...34 3.2.3. Định luật Vavilop……………………………...…….....…….……...…34 3.2.4. ứng dụng của phổ kích thích huỳnh quang………………...........…..…35 3.2.5.Tác dụng của các bức xạ Ion hoá………………….….................…...…35 3.3. Những đại l−ợng cơ bản dùng trong sinh học phóng xạ….............................................36 3.3.1. Hệ thống đơn vị của hoạt độ phóng xạ………………………....….....…………36 3.3.2. Đơn vị liều l−ợng chiếu xạ……………………….………………......…37 3.3.3. Đơn vị liều l−ợng hấp thụ………………………………………………38 3.3.4. Đơn vị sinh học Rơnghen………………………………......…………..38 3.3.5. Các đại l−ợng đặc tr−ng của sự hấp thu………………………......……38 3.4. Tác dụng của tia cực tím…………………...………………………....…39 3.4.1. Sự phân ly của n−ớc do chiếu tia cực tím……………………................40 3.4.2. Tác dụng lên phân tử Protein……………………….............................41 3.4.3. Tác dụng lên axit nucleic…………………………..................……..…42 3.5. Hiệu quả của bức xạ ion đối với sản phẩm thực phẩm……….....................42 3.5.1. Hiệu quả của các bức xạ Ion hóa đối với vi sinh vật trong sản phẩm đ−ợc chiếu xạ…............................................................................................42 3.5.2. Hiệu quả của các bức xạ Ion hoá về mặt vật lý đối với sản phẩm đ−ợc chiếu xạ……………………………………………...........…45 3.5.3. Hiệu quả hoá học của các bức xạ ion hóa đối với sản phẩm đ−ợc chiếu xạ……………………………………….......................46 4.Tính toán thiết kế thiết bị chiếu xạ bằng tia cực tím……….........................51 4.1. Tính toán bộ phận chiếu xạ…………………….........................………..51 4.2. Tính toán bơm vận chuyển chất lỏng………………………....….......….53 4.2.1.Tính toán bơm vận chuyển chất lỏng………………………….....…..…53 4.2.2. Tính công suất và hiệu suất của bơm……….............…………………57 Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp------------------------------- v v 5. Kết quả nghiên cứu …………………..…………………………...………59 5.1. Vật liệu và dụng cụ thí nghiệm……………...…………………......……59 5.1.1. Vật liệu thí nghiệm………………………………………......…………59 5.1.2. Dụng cụ thí nghiệm…………………………….................….………...59 5.2. Bố trí thí nghiệm………………………..…………………….......……..59 5.3. Kết quả nghiên cứu …………………………....................………….……………..............…….60 5.3.1. ảnh h−ởng của tia cực tím đến chỉ tiêu cảm quan……….........………........……60 5.3.2. ảnh h−ởng của tia cực tím đến các chỉ tiêu hóa học của sản phẩm….....…...…...61 5.3.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố…………………………….…....…62 5.3.3.1) ảnh h−ởng của vận tốc dòng n−ớc mắm đến kết quả thanh trùng……......62 5.3.3.2. ảnh h−ởng của độ mặn tới khả năng thanh trùng…………….……......64 5.3.3.3. ảnh h−ởng của công suất nguồn phát tia cực tím…….……...………...….65 5.4. Kết quả nghiên cứu ứng dụng trong thực tế sản xuất…..............................67 5.4.1. Kết quả thực nghiệm xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật trong thực tế sản xuất……………………………………....................………….................…………67 5.4.2. Hiệu quả kinh tế của việc áp dụng thiết bị thanh trùng bằng tia cực tím……………………………….............................................................………...…..…68 Kết luận và đề nghị………………………………………...................................…...…...……….…70 Kết luận……….……………………………………………………………..............................…………70 Đề nghị………………………………………………………………...………..…...............................…….....70 Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp------------------------------- vi vi Danh mục các bảng Bảng 1.1. Thành phần các axit amin của n−ớc mắm Bảng 1.2. Thành phần nitơ trong n−ớc mắm Bảng 1.3. Mục đích thanh trùng đối với các sản phẩm khác nhau Bảng 1.4. Nhiệt phân huỷ đối với một số vi sinh vật Bảng 1.5. liều hấp thụ đối với một số thực phẩm Bảng 3.1. Giá trị D10 đối với một số VSV (P. Loaharanu…(1991)) Bảng 3.2. Liều xạ D10 đối với một số vi sinh vật: (LEBE 1977) Bảng 3.3. Những chất thu đ−ợc sau khi Ion hoá Dmannose( với hàm l−ợng n−ớc > 20%) Bảng 4.1. Hệ số an toàn của động cơ ( k) Bảng 5.1. ảnh h−ởng của tia cực tím tới các chỉ tiêu cảm quan Bảng 5.2. ảnh h−ởng của tia cực tím đến các chỉ tiêu hóa học Bảng 5.3. ảnh h−ởng của vận tốc dòng n−ớc mắm Bảng 5.4. ảnh h−ởng của độ mặn Bảng 5.5. Giá trị thí nghiệm xác định ảnh h−ởng của công suất nguồn phát Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp------------------------------- vii vii Danh mục các hình Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo thiết bị thanh trùng Hinh 2.2. Cấu tạo bộ phận thanh trùng Hình 3.1. Sự chuyển mức điện tử và các quá trình quang lý Hình 3.2. Hấp thụ huỳnh quang Hình 4.1. Bộ phận chiếu xạ Hình 4.2. Sơ đồ mặt cắt tiết diện của bộ phận chiếu xạ Hình 4.3. Sơ đồ lắp đặt thiết bị đo bơm Hình 5.1. Đồ thị ảnh h−ởng vận tốc n−ớc mắm (m/s) Hình 5.2. Đồ thị ảnh h−ởng độ mặn ( Be) Hình 5.3. Đồ thị ảnh h−ởng công suất nguồn phát tia cực tím (W) Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp------------------------------- 1 1 Mở đầu Trong những năm qua kể từ khi đất n−ớc ta thực hiện công cuộc đổi mới và mở cửa, nền kinh tế n−ớc ta đ8 đạt đ−ợc những thành tích vô cùng quan trọng. Trong các ngành kinh tế của Việt Nam, thì ngành thủy sản đóng một vai trò rất quan trọng, không những phục vụ nhu cầu trong n−ớc mà còn tham gia xuất khẩu thu ngoại tệ cho đất n−ớc.Tổng thu nhập từ thủy sản tăng lên một cách liên tục và đều đặn năm sau cao hơn năm tr−ớc... Để đạt đ−ợc những thành tích đó là nhờ sự l8nh đạo đúng đắn của Đảng và nhà n−ớc cũng nh− của bộ Thủy Sản đ8 giải quyết tốt các khâu giữa nuôi trồng, đánh bắt với tiêu thụ và chế biến sản phẩm. Tuy vậy những sản phẩm thủy sản của Việt Nam vẫn ch−a dành đ−ợc chỗ đứng trên thị tr−ờng một phần là do quy trình chế biến của chúng ta còn yếu và ch−a đồng bộ.[1] Trong các sản phẩm của ngành Thủy Sản thì n−ớc mắm là một trong những sản truyền thống đ−ợc ng−ời tiêu dùng trong n−ớc yêu thích và ngày càng đ−ợc nhiều n−ớc −a chuộng. Chính vì vậy đòi hỏi các sản phẩm n−ớc mắm ngày càng phải đ−ợc nâng cao về chất l−ợng dinh d−ỡng và an toàn về mặt sinh – hoá học, hấp dẫn về mặt cảm quan.… Để đáp ứng những yêu cầu trên đòi hỏi chúng ta phải có những quy trình chế biến thích hợp, những trang thiết bị hiện đại và đồng bộ nhằm khẳng định chỗ đứng của sản phẩm trên thị tr−ờng.[2] Trong n−ớc mắm có rất nhiều loại vi sinh vật có hại gây thối hỏng sản phẩm hoặc gây bệnh trực tiếp cho con ng−ời, để đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn cho ng−ời sử dụng thì nhất định phải thanh trùng sản phẩm. Đối với quy trình sản xuất n−ớc mắm theo ph−ơng pháp nấu b8, khâu quan trọng và tốn nhiều thời gian cũng nh− tiền của nhất chính là khâu thanh trùng (nấu) n−ớc mắm. Đây là một khâu hết sức nặng nhọc và độc hại bởi ng−ời công nhân phải trực tiếp tiếp xúc với khí than. Chất l−ợng sản phẩm không cao, th−ờng có mùi ôi khét, sản phẩm th−ờng có độ mặn cao…do đó Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp------------------------------- 2 2 phải có những ph−ơng pháp thanh trùng thích hợp nhằm làm giảm thiểu những hạn chế của ph−ơng pháp thanh trùng truyền thống. Một vài năm gần đây trên thị tr−ờng Việt Nam có nhập một số thiết bị thanh trùng bằng tia cực tím do Mỹ sản xuất. Qua nghiên cứu thực tế cho thấy chúng có một số −u điểm nổi bật nh−: Khả năng tiêu diệt hầu hết vi sinh vật, ít biến đổi chất l−ợng sản phẩm …Bên cạnh đó vẫn tồn tại một số nh−ợc điểm: công chi phí cao, năng xuất thấp … Từ những yêu cầu trên Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đ8 giao cho TS. TRầN đình đông- Tr−ởng Bộ môn Vật lý – khoa Cơ Điện - Tr−ờng Đại học Nông nghiệp I làm chủ trì đề tài “nghiên cứu ứng dụng chiếu xạ vào việc bảo quản một số nông sản". Đ−ợc sự đồng ý của Ban chủ nhiệm khoa Cơ Điện, cùng thầy giáo h−ớng dẫn TS. TRầN đình đông, tôi đ8 tiến hành nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu ảnh h−ởng của một số thông số đến quá trình tiệt trùng n−ớc mắm bằng tia cực tím”. 3 1.Tổng quan nghiên cứu 1.1.Đặc điểm và qui trình sản xuất n−ớc mắm 1.1.1. Đặc điểm N−ớc mắm là món ăn đ−ợc ng−ời Việt Nam coi là đặc sản truyền thống của dân tộc. Nó đ−ợc sản xuất từ các loại cá bằng cách lên men. N−ớc mắm cũng đ−ợc sản xuất ở một số n−ớc châu á nh− Thái Lan, Nhật Bản…với những tên gọi khác nhau. Tuy nhiên nó không phải là món ăn truyền thống của các n−ớc này và việc sản xuất cũng không đ−ợc coi trọng. Công trình nghiên cứu đầu tiên về n−ớc mắm là do bác sĩ Rode thực hiện vào năm 1914. Sau đó là một số tác giả khác nh− Matxna, Krem Bots và Ghibec đ8 đ−a ra một số kết quả nh− sau:[7] 1- N−ớc mắm là hỗn hợp các axit amin, các axit amin này đ−ợc tạo thành do sự thuỷ phân của proteaza, Các proteaza này là so các VSV tổng hợp nên. 2- Muốn có tác dụng ức chế VSV gây thối, tỷ lệ muối thích hợp là 20ữ25%. 3- Tác dụng làm ngấu và tạo h−ơng ngoài proteaza của VSV còn do các enzim tiêu hoá cơ trong nội tạng cá. 4- Nhiệt độ có tác dụng rất lớn đến hoạt động của các enzim trong quá trình sản xuất làm n−ớc mắm, nhiệt độ thích hợp là 36 ữ 440C. 5- Trong quá trình thuỷ phân, độ axit tăng. Thời gian đầu của quá trình làm n−ớc mắm, môi tr−ờng kiềm yếu có tác dụng rất tốt. 1.1.2. Quy trình sản xuất n−ớc mắm Nguyên liệu dùng làm n−ớc mắm là các loại cá. Tuy nhiên, chất l−ợng n−ớc mắm lại phụ thuộc rất nhiều vào từng loại cá. Chính vì thế việc chọn cá để sản xuất là điều mà các nhà sản xuất quan tâm, và vì vậy tuy cùng một công nghệ nh−ng chất l−ợng n−ớc mắm mỗi nơi một khác. Quá trình chế biến n−ớc mắm tiến hành theo các b−ớc sau:[3] 4 * Ch−ợp chín : là quá trình ta −ớp cá với tỷ lệ muối nhất định và để cho cá ngấu, nhừ. Sau khi ch−ợp ta thu đ−ợc b8 ch−ợp và n−ớc cốt. Khối ch−ợp chín phải đảm bảo các yêu cầu sau: Về chỉ tiêu cảm quan: khối ch−ợp phải có màu nâu đỏ, mùi thơm tự nhiên, vị ngọt, trạng thái n−ớc - cái tách nhau và lắng mặt. Về hàm l−ợng đạm toàn phần: Đảm bảo hàm l−ợng đạm toàn phần > 17,5 g N/kg. *Kéo rút: Sau khi ch−ợp chín, khối ch−ợp đ−ợc đ−a vào bể đ8 đắp lù muối, để lắng 3- 4 ngày, cho khối ch−ợp ổn định, tiến hành kéo rút n−ớc cốt. N−ớc cốt đ−ợc chuyển vào bể riêng để kiểm tra chất l−ợng cảm quan, hoá học sử dụng vào việc pha đấu n−ớc mắm thành phẩm. N−ớc cốt đ−ợc tách riêng, còn b8 ch−ợp ta tiếp tục tiến hành đánh đăng. * Đánh đăng: Ng−ời ta đ−a vào b8 ch−ợp n−ớc muối b8o hoà, hoặc n−ớc nấu từ b8 ch−ợp đ8 đăng nhiều lần, dùng cào đánh đảo kỹ, sau đó để lắng và tiếp tục rút n−ớc từ bể ch−ợp đó, lấy n−ớc rút lần 1, lần 2 pha đấu với n−ớc cốt ra n−ớc mắm thành phẩm. Hiện nay có hai ph−ơng pháp để chuẩn bị n−ớc đánh đăng: - Ph−ơng pháp 1: Dùng b8 đ8 qua rút nhiều lần (hàm l−ợng đạm toàn phần trong b8 chỉ còn 8 - 10gN/kg) đ−a vào nấu với n−ớc giếng khơi. Lọc lấy n−ớc nấu, đem hâm cô. N−ớc hâm cô phải có chất l−ợng và đạt yêu cầu nh− chất l−ợng n−ớc mắm. Tiến hành rút từ 3 - 4 lần nh− vậy ta có n−ớc mắm từ 8 - 15gN/kg đạm. Dùng n−ớc cốt đấu với các loại n−ớc mắm đ8 đ−ợc rút ta đ−ợc n−ớc mắm thành phẩm. + Ưu điểm: - N−ớc đăng đ8 đ−ợc tiệt trùng do nấu. - Hàm l−ợng đạm thối giảm nhiều. - Hàm l−ợng đạm hữu ích một phần đ−ợc chiết ra từ b8. - Thời gian bảo hành dài hơn. 5 + Nh−ợc điểm: - Lao động của ng−ời công nhân nặng nhọc, độc hại do phải th−ờng xuyên tiếp xúc với khói than và nhiệt của lò nấu. - Mùi than cháy, khí độc làm ô nhiễm môi tr−ờng. - N−ớc mắm có mùi hơi khét do quá nhiệt. - Độ mặn của sản phẩm cao. - Ph−ơng pháp 2: Dùng n−ớc muối đánh với n−ớc giếng khơi đến khi đủ độ mặn ( 24 - 250Be) đem làm n−ớc đăng. Cho n−ớc muối b8o hoà vào đăng nhiều lần đến khi hàm l−ợng đạm toàn phần trong b8 chỉ còn 3- 4 gN/kg. + Ưu điểm: - N−ớc mắm có độ dịu hơn. - Màu sắc của sản phẩm đẹp hơn. - Không độc hại cho ng−ời sản xuất, không ô nhiễm môi tr−ờng. + Nh−ợc điểm: - Thời gian bảo hành thấp, dễ bị lắng cặn. - Mùi của n−ớc mắm không thơm đặc tr−ng có mùi của n−ớc muối. * Quy trình sản xuất n−ớc mắm bằng ph−ơng pháp nấu b4: Ch−ợp chín N/m thành phẩm Cá + muối Hâm cô Kéo rút B8 ch−ợp tốt Đánh đăng B8 ch−ợp nấu Pha đấu N−ớc đăng N−ớc nấu Lần 1 Lần 2 Lần 3 N−ớc muối n−ớc cốt B8 thải 6 Mô tả quy trình : - Cá và muối đ−ợc trộn lẫn với nhau theo một tỷ lệ nhất định tạo ra khối ch−ợp chín sau đó khối ch−ợp đ−ợc đ−a vào bể đ8 đ−ợc đắp lù muối, để lắng 3 - 4 ngày, cho khối ch−ợp ổn định, tiến hành rút n−ớc cốt. N−ớc cốt đ−ợc chuyển vào bể riêng để kiểm tra chất l−ợng cảm quan, hoá học dùng vào việc pha đấu n−ớc mắm thành phẩm. - Trong khi rút n−ớc tiến hành chuẩn bị n−ớc đánh đăng. Sử dụng b8 đ8 đăng nhiều lần đ−a vào nấu với n−ớc giếng khơi. N−ớc nấu đạt tiêu chuẩn chất l−ợng đ−a lên nồi hâm cô. N−ớc sau khi hâm cô đạt tiêu chuẩn n−ớc mắm. Dùng n−ớc hâm cô đ−a lên các bể có b8 ch−ợp tốt. Đánh đăng từ 1 - 3 lần tuỳ thuộc vào chất l−ợng b8 ch−ợp. Mỗi lần đánh đăng là mỗi lần ta kéo rút và thu đ−ợc n−ớc đăng lần 1 đến lần 3. Sử dụng n−ớc đăng pha đấu với n−ớc cốt thu đ−ợc n−ớc mắm thành phẩm. Khi sử dụng quy trình này, nhiều cơ sở sản xuất đ8 cải tiến để nâng cao chất l−ợng song vẫn ch−a khắc phục đ−ợc một số tồn tại nh− đ8 nêu ở trên. • Quy trình sản xuất n−ớc mắm dùng n−ớc muối ch−a qua xử lý. Mô tả quy trình: Ng−ời ta dùng n−ớc giếng khơi đánh với muối cho đến khi đạt nồng đủ Ch−ợp chín Kéo rút N−ớc cốt Pha đấu N/M bán TP N−ớc mắm B8 ch−ợp Đánh đăng B8 thải N/m Tp X/l tia cực tím N−ớc muối N−ớc giếng khơi Cá + muối Lần 1 Lần 2 Lần 3 7 độ mặn ( 24 – 250Be) đem làm n−ớc đánh đăng. Tiến hành đ−a n−ớc muối b8o hoà vào đánh đăng nhiều lần và rút ra n−ớc mắm. Sử dụng n−ớc mắm này đấu với n−ớc cốt ta đ−ợc n−ớc mắm thành phẩm. Đây là một ph−ơng pháp truyền thống, không đòi hỏi yêu cầu cao về kỹ thuật chính vì vậy mà chất l−ợng của sản phẩm th−ờng không cao. N−ớc đ−a vào đánh đăng là n−ớc đ−ợc lấy trực tiếp từ giếng khơi không qua xử lý nên không đảm bảo an toàn về mặt kim loại có mặt trong thực phẩm. ∗ Quy trình sản xuất n−ớc mắm tiệt trùng n−ớc đ4 qua xử lý bằng tia cực tím Mô tả quy trình: - Hỗn hợp cá + muối đ−ợc đ−a vào bể ch−ợp chín khoảng 3 - 4 ngày, sau đó tiến hành kéo rút để tách n−ớc cốt. N−ớc cốt chuyển ra bể riêng để kiểm chất l−ợng và để pha đấu với n−ớc mắm thấp đạm ra n−ớc mắm thành phẩm. - Sử dụng n−ớc qua xử lý (n−ớc đạt tiêu chuẩn n−ớc sinh hoạt và thực phẩm) đánh với muối (NaCl) đ−ợc l−u kho từ 6 tháng trở lên, khi nồng độ dung dịch đạt 24,5 - 250Be là đ−ợc. - N−ớc muối để lắng 3 ngày, sử dụng máy bơm chạy qua hệ thống xử lý tia cực tím ta có n−ớc muối tiệt trùng. Đ−a n−ớc muối đ8 tiệt trùng lên bể có b8 ch−ợp tốt. Tiến hành đánh đăng và kéo rút bình th−ờng. N−ớc muối tiệt trùng Ch−ợp chín Kéo rút N−ớc cốt Pha đấu N/M bán TP N−ớc mắm B8 ch−ợp tốt Đánh đăng N/m Tp X/l tia cực tím X/l tia cực tím N−ớc muối Cá+ muối Lần 1 Lần 2 Lần 3 N−ớc qua xử lý lọc B8 thải 8 - Sử dụng n−ớc mắm đánh đăng pha với n−ớc cốt, ta đ−ợc n−ớc mắm bán thành phẩm. Đ−a n−ớc mắm bán thành phẩm qua hệ thống xử lý tia cực tím ta đ−ợc n−ớc mắm thành phẩm. ở ph−ơng pháp trên ta nhận thấy n−ớc mắm sau khi pha đấu, lại đ−ợc thanh trùng thêm một lần nữa chính vì vậy sẽ đảm bảo an toàn hơn so với hai ph−ơng pháp trên.[2] 1.1.3. Thành phần hóa học của n−ớc mắm a) Thành phần axit amin Trong n−ớc mắm đ8 tìm đ−ợc 17 loại axit amin. Kết quả phân tích 3 mẫu n−ớc mắm đ−ợc xem trong bảng 1.1.[7] Bảng 1.1. Thành phần các axit amin của n−ớc mắm tt Axit amin Mẫu số 1 Mẫu số 2 Mẫu số 3 1 Eizin 0,191 0,451 0,269 2 Treomin 0,049 0,049 0,050 3 Valin 0,253 0,290 0,157 4 Metionin 0,222 0,096 0,046 5 Izoloxin 0,125 0,189 0,121 6 Phenillulamin 0,270 0,222 0,273 7 Loxin 0,125 0,163 0,138 8 Triptophan Rất ít 0,085 0,051 9 Xistin 0,351 0,397 0,260 10 Arginin 0,722 0,672 0,130 11 Aspactic 0,482 0,496 0,168 12 Xerin 0,009 0,100 0,051 13 Glixin 0,078 0,099 0,052 14 Alanin 0,272 0,342 0,165 15 Tiroxin Rất ít 0,0980 0,094 16 Prolin Rất ít Rất ít Rất ít 17 Axit glutamic 0,602 0,927 0,502 9 b) Hợp chất vô cơ. Ngoài NaCl trong n−ớc mắm còn có P, K Ca Mg S. Trung bình một lít n−ớc mắm có: P (0,266ữ0,566 g); Ca(0,439ữ0,541); Mg(2,208ữ2,310g): S(0,546ữ1,163 g). Ngoài ra trong n−ớc mắm còn có Br, I2 ở dạng muối vô cơ hoặc dạng tự do. Mỗi lít n−ớc mắm có: I2(5,08ữ7,62 mg); Br(68,80ữ97,50 mg). c) Các Vitamin Trong một lít n−ớc mắm theo phân tích của J.A. Drian có các vitamin sau: B1 (7mg), B2 (8,7 mg), B12 (3,3 mg). d) Thành phần nitơ. Phân tích n−ớc mắm từ các loại cá và các ph−ơng pháp khác nhau ta có kết quả về thành phần nitơ nh− sau:[16] Bảng 1.2 Thành phần nitơ trong n−ớc mắm Các loại đạm N−ớc mắm cá biển(ph−ơng pháp cổ truyền) N−ớc mắm cá biển(ph−ơng pháp ngắn ngày N−ớc mắm cá n−ớc ngọt Nitơ toàn phần (g/l) 30 26,6 29,26 Nitơ hữu cơ 23,76 19,0 23,21 Nitơ formol 22,50 18,3 18,48 Nitơ ammoniac 6,24 7,6 6,05 Nitơ amin 16,26 10,7 12,43 Nitơ hữu cơ Nitơ toàn phần 79 71,4 79,3 Nitơ amoniac Nitơ toàn phần 20,8 28,57 20,6 Nitơ formol Nitơ toàn phần 75 68,7 63,6 Tỷ lệ (%) (%) Tỷ lệ Tỷ lệ (%) 10 - Nitơ toàn phần và đạm hữu cơ cao n−ớc mắm ngon. - Nitơ formol so với đạm toàn phần có tỷ lệ 75% n−ớc mắm đ8 chín và tự thủy phân t−ơng đối hoàn toàn. - Nitơ ammoniac so với đạm toàn phần có tỷ lệ 20,8%, chứng tỏ n−ớc mắm tốt không thể thối đ−ợc. - Nitơ amin so với đạm toàn phần có tỷ lệ 54,2% chứng tỏ n−ớc mắm chứa nhiều đạm bổ ích cho cơ thể. 1.2. ý nghĩa của việc thanh trùng trong bảo quản và chế biến n−ớc mắm. L−ợng cá dùng cho sản xuất n−ớc mắm ở Miền Bắc n−ớc ta đ−ợc nhập vào hai đợt chính trong năm là từ tháng 4 đến tháng 7 và từ tháng 10 đến tháng 12. Để sản phẩm không bị h− hỏng thì nhất định phải có các biện pháp bảo quản sản phẩm phù hợp.[12] Nếu dùng n−ớc đăng là n−ớc muối đặc (24-250Be) thì sản phẩm th−ờng có độ mặn cao. Còn nếu dùng n−ớc đăng với nồng độ nhỏ hơn thì n−ớc mắm rất rễ thối không bảo quản đ−ợc lâu.[4] N−ớc mắm là một sản phẩm rất nhạy cảm về nhiệt nên khi sử dụng nhiệt để thanh trùng thì chất l−ợng, màu sắc và mùi vị n−ớc mắm không đ−ợc tốt. Do đó muốn nâng cao chất l−ợng sản phẩm ta phải áp dụng kỹ thuật tiên tiến vào quá trình thanh trùng, hiện nay một số cơ sở sản xuất n−ớc mắm của ta đ8 áp dụng kỹ thuật thanh trùng bằng tia cực tím vào trong sản xuất nh− Công Ty Hải Sản Thái Bình và một số Công ty khác ở miền Bắc. [6] Nhờ có sự tiến bộ của khoa học trong việc sử dụng những kỹ thuật tiên tiến vào thanh trùng những sản phẩm nông sản. Ngành sản xuất n−ớc mắm đang bắt đầu áp dụng những kỹ thuật đó vào việc chế biến và bảo quản sản phẩm 1.3. Các ph−ơng pháp tiêu diệt vi sinh vật Mục đích chủ yếu của ph−ơng pháp là tiêu diệt những vi sinh vật có hại, nên ng−ời ta gọi là ph−ơng pháp tiệt trùng hay vô trùng. Tuỳ thuộc theo yêu 11 cầu công nghệ và mức độ tiêu diệt vi sinh vật mà ng−ời ta dùng những ph−ơng pháp sau: 1.3.1. Ph−ơng pháp thanh trùng ( Pasteurisation ) Thanh trùng là một quá trình xử lý nhiệt nhẹ th−ờng ở mức nhiệt độ < 1000c, phù hợp cho các thực phẩm sử dụng trong vài ngày (VD: sữa) hoặc vài tháng (n−ớc quả đóng chai). Ph−ơng pháp này bảo quản thực phẩm bằng cách hạn chế hoạt động của các enzyme và các vi khuẩn nhạy cảm với nhiệt (các vi khuẩn không ở dạng spore, bào tử) nh−ng không gây thay đổi lớn với giá trị dinh d−ỡng của thực phẩm.Tuổi thọ của sản phẩm thanh trùng phụ thuộc vào độ PH của thực phẩm. Thực phẩm có độ PH > 4,5 mục đích chính là tiêu diệt VSV gây bệnh, trong khi đó các thực phẩm có độ PH < 4,5 mục đích chính lại là tiêu diệt các vi khuẩn gây thối hoặc hạn chế động của các enzyme.[18] Bảng 1.3. Mục đích thanh trùng đối với các sản phẩm khác nhau Loại thực phẩm Mục đích chính Mục đích phụ Điều kiện xử lý tối thiểu PH< 4,5 N−ớc quả Hạn chế hoạt động của các enzyme Phá huỷ VS gây thối rữa 650C trong 30p 770C trong 1p Bia Phá huỷ VSV gây thối và các loại men 650C – 680C trong 20p (thực phẩm đóng chai) 72 - 750 C trong 14p ở 900- 1000kpa PH> 4,5 Sữa Tiêu diệt VSV gây bệnh Phá hủy VSV gây thối và các enzyme 630 C trong 30p Dung dịch trứng Diệt VSV gây bệnh Diệt VSV gây thối 64,40 C trong 2,5p 600C trong 3,5p Kem Diệt VSV gây bệnh Diệt VSV gây thối 65oC trong 30p Sau đó làm lạnh nhanh sản phẩm xuống 3-7oC, việc thanh trùng làm yếu các VSV gây bệnh sốt cao dựa theo tài liệu của Frieker (1984), Wiggins và Baclay (1984), Lund (1975). Với n−ớc mắm không sử dụng ph−ơng pháp này. 12 1.3.2. Ph−ơng pháp vô trùng Sterilisation Trong các sản phẩm có tính axit thấp (PH >4.5), Clostridium là VSV kháng nhiệt nguy hiểm nhất, bên cạnh đó các cấu trúc spore, các VSV gây bệnh hiện có trong thực phẩm d−ới tình trạng yếm khí phía bên trong hộp chứa vẫn có thể phát triển tạo ra chất độc khá mạnh. Yêu cầu của quá trình tiệt là phải đảm bảo số l−ợng vsv ở mức độ thấp nhất cho phép. Trong nhiều thực phẩm có tính axit (PH 4.5-3.7), ng−ời ta sử dụng các vi sinh vật khác (các loại men, nấm mốc) hoặc các enzym kháng nhiệt để nhằm thiết lập một cấp nhiệt độ - thời gian chế biến. Với những thực phẩm có (PH<3.7), các enzym không hoạt động vì vậy mà yêu cầu về nhiệt độ đỡ nghiêm ngặt hơn. Nhiệt phân huỷ của các vsv tuân theo hàm logarit. Sự gia tăng thông tin đối với khả năng kháng nhiệt của VSV là rất cần thiết để lựa chọn các dữ liệu mô tả tỷ lệ nhiệt thẩm thấu vào trong thực phẩm theo yêu cầu nhằm tính toán thời gian chế biến cần thiết cho quá trình tiệt trùng trong bảng 1.4.[18] Bảng 1.4. Nhiệt phân huỷ đối với một số vi sinh vật Các loại VSV Giá trị Z (0C) Giá trị D121 (phút) Các loại thực phẩm Thermophilic(35-550C) Bacillus Stearothermophius 10 4.0 Rau, sữa Clotridium Thermosaccharolyticum 7.2-10 3.0- 4.0 Rau Mesophilic(10-400C) Clostridium Sporogenes 8.8-11.1 0.8- 1.5 Thịt Bacillus subtilis 4.1-7.2 0.5- 0.76 Các sản phẩm thịt C. botilium toxin A và B 5.5 0.1- 1.3 Thực phẩm có độ axit thấp Psychrophilic(-5-1.50 C) C. botilium toxin E 10 3.0(600C) Thực phẩm có độ axit thấp 13 Nh− vậy, mức độ tiệt trùng của ph−ơng pháp này cao hơn so với ph−ơng pháp thanh trùng. Sản phẩm đ−ợc xử lý bằng ph−ơng pháp này có độ an toàn vi sinh vật cao hơn có thể bảo quản trên d−ới sáu tháng. 1.3.3. Ph−ơng pháp vô trùng UHT (Ultra High Temperature) Một vấn đề quan trọng đối với tiệt trùng các sản phẩm rắn hoặc nhớt trong hộp là tỷ lệ trao đổi nhiệt tới tâm sản phẩm là rất lâu điều này gây nguy hiểm cho chất dinh d−ỡng và các yếu tố cảm quan của thực phẩm ở gần vỏ hộp, thời gian chế biến lâu. Việc tăng nhiệt độ môi chất sẽ làm giảm thời gian, đồng thời bảo về chất dinh d−ỡng và các yếu tố cảm quan nh−ng việc này th−ờng không đ−ợc sử dụng; áp suất cao hơn sẽ yêu cầu các thiết bị phải khoẻ hơn và vì thế các chi phí cho vỏ hộp và trang thiết bị cũng đắt hơn. Nhiệt độ cao hơn trong một khoảng thời gian ngắn hơn là hoàn toàn có thể nếu sản phẩm đ−ợc tiệt trùng tr−ớc khi đ−ợc đổ vào các hộp tiệt trùng sơ bộ trong một vùng không khí đ8 tiệt trùng (vô trùng) điều này là cơ sở của quá trình chế biến UHT. Chúng đ−ợc sử dụng trong phạm vi khá rộng cho các thực phẩm lỏng (sữa, n−ớc quả cô đặc, kem, yoghurp, r−ợu, trứng….) và các thực phẩm đ−ợc đựng trong các ngăn nhỏ tách riêng (nho, pho mát, thực phẩm trẻ em, các sản phẩm của khoai, cà chua, rau quả, súp và cháo). Việc chế biến cho các thực phẩm trong ngăn lớn hơn ít thông dụng. UHT có một ích lợi rất quan trọng đó là tuổi thọ của sản phẩm đ−ợc gần 6 tháng mà không cần để trong tủ lạnh, tiện ích thứ 2 là các điều kiện chế biến không phụ thuộc kích th−ớc hộp. Ví dụ: môi chất đối l−u của loại hộp A2 đối với súp rau yêu cầu 10 phút tại 1210c để đạt đ−ợc giá trị Fo của 7 phút tiếp theo mất khoảng 50 phút làm mát. Quá trình tiệt trùng một bề mặt trạo đổi nhiệt đ8 đ−ợc làm sạch tại 1400c trong khoảng 5 giây cho quá trình Fo bằng 9 phút. Tăng kích cỡ hộp lên loại A10 làm tăng thời gian chế biến lên 218 phút khi mà với quá trình chế biến thời gian tiệt trùng là nh− nhau. Điều này cho phép sử dụng các loại hộp rất 14 lớn (ví dụ các loại túi 1T của cà chua (n−ớc cốt cà chua) dùng nh− một thành phần cho các quá trình chế biến khác) Các lợi ích khác bao gồm: Việc đóng gói rẻ hơn thành phẩm nhiều hơn, do kết quả của việc tự động hoá, năng l−ợng hiệu quả hơn. UHT là một ph−ơng pháp kinh tế đối với chế biến sữa bởi vì việc chia thành các phần nhỏ có thể tạo một bán kính khoảng chia rộng hơn. Hạn chế chính của ph−ơng pháp UHT là giá cả và sự phức tạp của hệ thống do yêu cầu của vật liệu đóng gói để tiệt trùng. Sự kết hợp giữa các ống nối với bể chứa, sự duy trì không khí tiệt trùng và bề mặt của các máy đóng hộp, và yêu cầu trình độ kỹ năng trong chế biến và bảo quản cao hơn. Để làm tăng nhiệt độ tới một nhiệt độ cho tr−ớc. Tỷ lệ vi sinh vật bị phá huỷ tăng rất nhanh so với tỷ lệ phân huỷ dinh d−ỡng và các chế độ cảm quan. Việc tính toán thời gian chế biến thỉnh thoảng dựa trên số Enzyme bị phân huỷ bởi vì ở nhiệt độ v−ợt quá 132 – 1430c một số Enzyme có khả năng kháng nhiệt cao hơn so với các VSV, trái ng−ợc với tiệt trùng trong các hộp chứa ở đó hầu hết hiệu quả tiệt trùng xẩy ra ở cuối quá trình xử lý nhiệt và bắt đầu quá trình làm lạnh. Quá trình chế biến nhiệt UHT nhanh chóng đạt tới nhiệt độ tiệt trùng, các VSV bị tiêu diệt ở một nhiệt độ không đổi, giá tr._.ị tiệt trùng đ−ợc tính toán bằng việc nhân tỷ lệ tiệt trùng ở nhiệt độ cần giữ với thời gian để đạt tới nhiệt độ cần thiết và thời gian làm mát là rất ngắn. Hầu hết các tr−ờng hợp đ−ợc xử lý an toàn. Tiêu chuẩn đối với quá trình UHT là t−ơng tự cho việc đóng hộp, điều này là tiêu chuẩn của quá trình tiệt trùng.[17] Quá trình chế biến áp dụng thành công cho thực phẩm lỏng và thực phẩm đ−ợc chia thành các phần nhỏ nh−ng khó khăn với các miếng thực phẩm rắn lớn. Các khó khăn chính là: 1. Các enzym hoạt động ở trung tâm của miếng thực phẩm và gây ra hiện t−ợng quá nhiệt đối với bề mặt vì thế kích cỡ các phần là có giới hạn 15 2. Sự dao động là rất cần để cải tiến tỷ lệ trao đổi nhiệt và giúp tăng thêm nhiệt độ phân phối, nh−ng điều này gây nên sự nguy hiểm cho sản phẩm. 3. Tới tận gần đây có một sự thiếu hụt về các trang thiết bị phù hợp cho qúa trình chế biến và đóng hộp. 4. Việc chế biến các sản phẩm rắn gặp khó khăn nếu trang thiết bị có ít máng (ống) l−u giữ. Trong yếu tố thứ (4) điều này gây ra khó điều chỉnh và làm thời gian giữ nhiệt v−ợt quá dài và những biến động t−ơng ứng với của khối rắn trong thực phẩm đ8 trút vào hộp. 1.3.4. Ph−ơng pháp thanh trùng bằng chiếu xạ Ph−ơng pháp này sử dụng các tia chiếu xạ nh−: tia X, tia gamma, tia tử ngoại,…. Ph−ơng pháp có khả năng tiêu diệt đ−ợc hầu hết các loại vi sinh vật, các nha bào có trong sản phẩm. Thanh trùng bằng ph−ơng pháp này cho chất l−ợng sản phẩm rất tốt, nó không làm thay đổi các giá trị của sản phẩm nh−: giá trị cảm quan, thành phần hoá học. Đây là một trong những ph−ơng pháp thanh trùng tiên tiến nhất hiện nay và trong t−ơng lai không xa ph−ơng pháp này sẽ đ−ợc sử dụng phổ biến.[15] 1.4. Các vi sinh vật có hại trong thực phẩm Vi sinh vật có hại trong thực phẩm đ−ợc chia làm hai loại chính: Loại gây thối hỏng thực phẩm và loại gây bệnh cho ng−ời:[5] 1.4.1. Loại gây thối hỏng. Hầu hết sản phẩm n−ớc mắm có nguồn gốc từ động vật là tôm, cá. Trong quá trình lên men, khối cá lên men có rất nhiều vi sinh vật gây thối, có khả năng phân giải Protit gồm: - Các loài vi khuẩn thuộc giống Bacillus nh− Bac.mycoides, Bac.histolicus, Bac.mesentericus, Bac. Subtilis, Bac.cerues, Bac. Megatherium, các loài vi khuẩn thuộc giống Pseudomonas nh− Ps.fluorescens, Ps.aeruginosa, Ps.putrificans, các loài vi khuẩn giống Clostridium nh− Cl.welchii, 16 Cl.sporogens,…và các loài vi khuẩn khác nh− Proteus vulgaris, Chromobacterium prodigiosum, E.coli,… - Xạ khuẩn nh−: Str.griseus, Str.rimosus, Str.fradiae,… - Các loài nấm mốc thuộc giống Aspergilus nh−: Asp.oryzae, Asp.flavus, Asp.terricola, Asp.niger, Asp.saitsi, Asp.awamori, Asp.alliaceur và một số loài nấm khác… Các vi sinh vật trên có sẵn trên da cá, trong mang và trong ruột cá. Tuy nhiên trong quá trình muối, ch−ợp cá, do nồng độ muối cao và do điều kiện kỵ khí mà các loài nấm và xạ khuẩn không phát triển đ−ợc và th−ờng phát triển các loài vi khuẩn có khả năng chịu đ−ợc nông độ muối cao và có khả năng sinh bào tử nh− các loài vi khuẩn thuộc giống Pseudomonas (Ps.fluorescens), Proteus.vulgaris, E.coli, các loài của Bacillus ( Bac.subtilis, Bac.ceureus,…) 1.4.2. Loại gây bệnh cho ng−ời Những vi khuẩn khi nhiễm vào thực phẩm gây bệnh cho ng−ời khi ăn. Chúng có hai loại nh− sau: - Loại thứ nhất gây bệnh trực tiếp nh−: Salmonella, Campylobacter,… - Loại thứ hai là những vi sinh vật tiết ra những chất độc trong thực phẩm, khi ng−ời tiêu dùng ăn vào sẽ mắc bệnh nh−: Staphylococusaureus và Clotridium và Botulium. Thực phẩm lúc này là trung gian cho sự sinh tr−ởng và phát triển của mầm bệnh, các vi sinh vật này có khả năng chống chịu đ−ợc nhiệt độ khá cao. Các nha bào có thể sống sót ở nhiệt độ lớn hơn 1100C. 1.4.3. Các yếu tố ảnh h−ởng đến khả năng tiêu diệt vi sinh vật Sự tiêu diệt vi sinh vật phụ thuộc vào các yếu tố sau:[18] - Dạng và số l−ợng vi sinh vật có mặt. - Đặc tính vật lý hoá học của thực phẩm và vật liệu chứa đựng thực phẩm. - Thời gian xử lý thanh trùng. 17 Khi số l−ợng vi sinh vật càng lớn, tính chịu nhiệt của chúng càng cao thì thời gian thanh trùng kéo dài. Các yếu tố lý hoá đặc biệt là độ pH cũng có ảnh h−ởng lớn tới khả năng tiêu diệt vi sinh vật. 1.5. Ph−ơng pháp chiếu xạ thực phẩm và mục đích của nó Ph−ơng pháp chiếu xạ thực phẩm (còn gọi là xử lý Ion hóa thực phẩm – Traitement Ionisantdes Aliment hoặc sự chiếu xạ - Irradiation) là ph−ơng pháp xử lý thực phẩm bởi các tia Gamma đ−ợc phát ra từ Cobalt 60 hoặc Césium 137, bởi chùm điện tử đ−ợc tạo ra từ một máy gia tốc điện tử, hoặc bởi các tia X đ−ợc tạo ra bởi sự biến đổi của một chùm điện tử. Các bức xạ đó đ−ợc thực phẩm hấp thu và tác động trực tiếp vào các quá trình hoá học, vật lý học và sinh học của thực phẩm dẫn đến gây chết các vi sinh vật và các sinh vật ký sinh, làm mất hoạt tính các Enzyme, ức chế sự sinh tr−ởng và nhiều hiệu quả khác [14]. Vì vậy, ph−ơng pháp chiếu xạ đ−ợc coi là một trong những ph−ơng pháp hữu hiệu để kéo dài tuổi thọ chất l−ợng của nông sản thực phẩm. Ph−ơng pháp này còn có những −u điểm nh− nó cho những sản phẩm t−ơi, giữ nguyên mùi vị và chất dinh d−ỡng (đối với nhiều loại thực phẩm) mà các ph−ơng pháp khác không có đ−ợc. Ph−ơng pháp chiếu xạ có thể sẽ thay thế ph−ơng pháp bảo quản lạnh (P. Loaharanu I A.Brynjalfsson, Food Treservation Section, Joint FAO/IAEA Division of Nuclear Techniques in Food I Agricalture, International Atomic Energy Agency, Vienna, Antria).[15] Mục đích của ph−ơng pháp chiếu xạ thực phẩm bao gồm: -Tiêu diệt các vi sinh vật và sinh vật ký sinh (côn trùng,…) gây h− hỏng và gây độc có mặt trong nông sản thực phẩm. - ức chế hoặc làm hỏng các quá trình sinh lý của VSV - Làm mất hoạt tính của Enzyme khi cần thiết. Dựa vào mục đích của việc xử lý mà ng−ời ta chọn liều chiếu xạ khác nhau để có hiệu quả cao cả về mặt kỹ thuật và kinh tế. 18 1.6. Liều hấp thu áp dụng cho từng loại thực phẩm Tuỳ thuộc vào mục đích của việc xử lý mà liều xạ đ−ợc hấp thu của sản phẩm đ−ợc chia làm 3 mức:[11] * Liều thấp (Radurisation) < 1 kGy, có tác dụng làm giảm số l−ợng của mầm bệnh ở dạng dinh d−ỡng (không ở dạng spore – nonsporule’s) và VSV hoại sinh. Điều đó có tác dụng kéo dài thời gian bảo quản nông sản – thực phẩm. Song với liều hấp thu này không có khả năng phá hủy các Enzyme và cũng không gây ra những biến đổi bởi Oxy trong không khí đối với sản phẩm. Đôi khi ng−ời ta kết hợp xử lý liều xạ hấp thu ở mức thấp này với xử lý nhiệt và xử lý lạnh để kéo dài tuổi thọ chất l−ợng của sản phẩm. Ng−ời ta dùng liều xạ hấp thu này cho các thực phẩm t−ơi, rau quả, ngũ cốc và một số sản phẩm biển. * Liều trung bình (Radiersation) (1- 10 kGy), liều xạ này phá huỷ hết các vi sinh vật gây bệnh ở dạng dinh d−ỡng cho phép kéo dài tuổi thọ chất l−ợng của sản phẩm. Liều xử lý này còn gọi là Radiopasteurisation. * Liều cao (Radappertisation) (10 – 50 kGy). Liều hấp thu này có khả năng tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật kể cả những vi sinh vật chịu nhiệt nhất (Spore của Clostridium botulinum) và những vius gây bệnh. Liều xử lý này còn đ−ợc gọi là Radioste’rilisation. Với liều xử lý này cần chú ý: - Sản phẩm cần đ−ợc đóng gói để tránh sự lây nhiễm về sau và để tránh sự tiếp xúc giữa sản phẩm với Oxy của không khí (ngăn cản phản ứng Oxy hoá). - Với liều xạ này làm mất hoạt tính của các Enzyme, có thể gây ra sự biến đổi về mùi vị, màu sắc và kết cấu của sản phẩm. Vì vậy, liều xạ này chỉ đ−ợc áp dụng khi cần thiết. Một số tác giả khác, sự phân loại liều xạ hấp thu có thay đổi một chút (xem bảng 1.5).[10] 19 Bảng 1.5 Mục đích Liều chiếu xạ (kGy) Sản phẩm Liều thấp (< 1Kgy) a. ức chế sự nảy mầm b. Tiêu diệt côn trùng c. Tiêu diệt các vật ký sinh 0.05 – 0.15 0.15 – 0.50 0.15 – 1.0 Các loại củ, Hạt ngũ cốc, hạt đậu, quả t−ơI và khô, thịt và cá khô. Thịt lợn t−ơI, cá t−ơI, thịt bò. Liều trung bình (1-10Kgy) a. Kéo dài tuổi thọ bảo quản của thực phẩm b. Tiêu diệt (làm sạch) các vi sinh vật gây độc và gây h− hỏng thực phẩm c. Cải thiện đặc tính công nghệ của thực phẩm 1.5 – 3.0 2 – 5.0 2.0 – 7.0 Cá t−ơi, dâu tây, rau quả. Các sản phẩm biển t−ơi và đông lạnh, thịt gia cầm, thịt thô hoặc đông lạnh. Nho (tăng năng suất n−ớc ép) Rau khô (giảm thời gian nấu). Liều cao (10 – 50 KGy) a. Vô trùng th−ơng mại (trong sự kết hợp với sự gia nhiệt nhẹ) b. Làm sạch những chất phụ gia và một số thành phần của thực phẩm 30 – 50 10 – 50 Thịt, thịt gia cầm, sản phẩm biển, thực phẩm đ8 chế biến, thức ăn kiêng của bệnh viện đ−ợc vô trùng. Các gia vị, các chế phẩm Enzyme… 20 1.7. Tình hình nghiên cứu và sử dụng thanh trùng bằng chiếu xạ trong và ngoài n−ớc 1.7. 1. Sự ra đời và phát triển của ph−ơng pháp chiếu xạ thực phẩm Vào năm 1895 Komad Roentgen phát minh ra tia X, đến năm 1898 Reider chỉ ra rằng các tia X có khả năng giết chết các vi sinh vật, và đến năm 1904 một ng−ời Mỹ tên là Green chứng minh đặc tính tiệt trùng của Rradium. Sau đó ng−ời ta đ8 sử dụng những tia này để tiệt trùng cho các dụng cụ y tế và bảo quản thực phẩm. Vào khoảng năm 1930, Wust đ8 có giấy phép của chính phủ Pháp về việc bảo quản thực phẩm bằng ph−ơng pháp chiếu xạ nhờ bằng phát minh “thức ăn ở tất cả các thể loại đ−ợc đóng gói trong hộp kim loại hàn kín và đ−ợc đặt d−ới tác dụng của tia Roentgen “cứng” với c−ờng độ cao để tiêu diệt vi khuẩn”. Vào những năm 40, việc nghiên cứu về chiếu xạ thực phẩm đ−ợc tăng c−ờng. Vào năm 1943, lần đầu tiên việc tiệt trùng bằng ph−ơng pháp chiếu xạ (Radiosterilisation) đ−ợc tiến hành với một loại thịt băm (Hamburger) với tia X bởi Proctor. Nh−ng m8i đến năm 1950 các nhà sinh học mới có các nguyên tố đồng vị phóng xạ và các máy gia tốc điện tử đ−ợc xây dựng do nhu cầu của vật lý hạt nhân. Trong khoảng từ 1945-1960, ng−ời ta đặt nhiều hy vọng to lớn vào ph−ơng pháp này. Ng−ời ta hình dung rằng ph−ơng pháp này có thể thay thế cho tất cả các ph−ơng pháp bảo quản cổ điển (nh− ph−ơng pháp sấy, ph−ơng pháp xử lý lạnh, xử lý nhiệt,…). Rất nhiều cơ quan và tổ chức ở Mỹ (Massachusset Institure of Technology MIT, Electrorized Chemicals Corporation ADN Swift & Company, Atomic Energy Comission AEC,…) đ8 tiến hành những ch−ơng trình nghiên cứu lớn về lĩnh vực này. Ngay trong quân đội của Mỹ cũng có ch−ơng trình nghiên cứu đó nhằm có đ−ợc một loại 21 thịt hoàn toàn ổn định về chất l−ợng cao hơn loại thịt đ−ợc bảo quản bằng ph−ơng pháp cổ điển và có thời gian bảo quản lâu dài hơn. Nhiều n−ớc trên thế giới cũng dốc vào nghiên cứu trong lĩnh vực này: N−ớc Pháp và Anh năm 1950; Canada và Nhật Bản năm 1958; Liên Xô và Argentina năm 1957 và Israel năm 1960. Các n−ớc này đều chú ý nghiên cứu về việc xác định những điều kiện để áp dụng ph−ơng pháp xử lý này và những nguy hiểm có thể xảy ra. Từ năm 1960-1968 là thời kỳ những nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá độc tính của ph−ơng pháp. ở Mỹ, uỷ ban năng l−ợng nguyên tử AEC và một trung tâm nghiên cứu thuộc quân đội Mỹ ở Nabek thuộc thành phố Massachusset đ−ợc thành lập vào năm 1963 tiến hành những ch−ơng trình nghiên cứu. Năm 1964, FAO (Food ADN Agricultural Organisation) và IAEA (International Atomic Energy Agency) có một ch−ơng trình nghiên cứu chung và đ−ợc phép trao đổi những thông tin có liên quan đến việc chiếu xạ nông sản thực phẩm. Ng−ời ta đ−a ra những nhận xét trái ng−ợc nhau về độc tính của những sản phẩm đ−ợc xử lý bằng ph−ơng pháp chiếu xạ. Điều đó tạo ra sự lẫn lộn, mập mờ trong tinh thần công chúng và ng−ời tiêu thụ. Ngày 23 tháng 10 năm 1968, tổ chức FDA (Food ADN Drugg Administration) của Mỹ đ8 rút lại giấy phép buôn bán thịt lợn hun khói đ−ợc chiếu xạ đ8 cấp ngày 15 tháng 2 năm 1963. Hậu quả xấu của bom nguyên tử đ8 đ−a đến những hình ảnh xấu của kỹ thuật này và tạo điều kiện cho những ch−ơng trình nghiên cứu sâu hơn. Tổ chức FDA đ8 ngừng một cách đột ngột việc bành tr−ớng kỹ thuật này. Đến năm 1968 theo thống kê của cục th−ơng mại Mỹ đ8 có 76 n−ớc có ch−ơng trình nghiên cứu về chiếu xạ thực phẩm. 22 Vào thời kỳ sau năm 1968, các công trình nghiên cứu sâu về hậu quả của những thực phẩm đ−ợc chiếu xạ và hậu quả của các bức xạ đến khả năng gây ung th− và gây đột biến. Đầu năm 1971, 25 quốc gia đ8 xây dựng “Đề án quốc tế về chiếu xạ thực phẩm” (International Project in the Field of Food Irradiation – Project International en Matiere d’Irradiation des Aliments) ở Karlsrume d−ới sự bảo trợ của OCDE, AIEA và OAA. Đề án này đ8 nêu lên sự vắng mặt của độc tính trong những thực phẩm đ−ợc chiếu xạ đối với ng−ời tiêu dùng. Cuối cùng, vào năm 1980, một uỷ ban hỗn hợp các chuyên gia của FAO, OMS và AIEA đ8 kết luận rằng: Sự xử lý Ion hoá thực phẩm với liều trung bình 10 kGy(=1Mrad) không biểu hiện nguy hiểm cho ng−ời tiêu dùng. Vì vậy, bắt đầu từ năm 1980 ng−ời ta đ8 đ−ợc phép chiếu xạ một số thực phẩm. Vào năm 1986, đ8 có một số giấy phép đ−ợc cấp trên thế giới cho phép ứng dụng kỹ thuật này. Sau đó, rất nhiều n−ớc tiến hành chiếu xạ thực phẩm và đ−ợc ng−ời tiêu dùng chấp nhận. ở Anh và Canada, ng−ời tiêu dùng đ8 làm quen và tin t−ởng vào những sản phẩm chiếu xạ. ở Mỹ có khoảng 30 - 50% ng−ời tiêu dùng chấp nhận và mua những sản phẩm đ−ợc chiếu xạ. Hiện nay trên thế giới có khoảng 30 n−ớc có cơ sở chiếu xạ và có tới hàng trăm mục sản phẩm (bao gồm rau quả, thịt, bột, hành tỏi, các loại gia vị và các sản phẩm khô) đ−ợc chiếu xạ. Đồng thời FAO (Food and Agriculture Organization) và WHO (World Health Organization) đ8 công nhận ph−ơng pháp này và đ8 có những quy định cụ thể bằng văn bản để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình th−ơng mại đối với những sản phẩm đ−ợc chiếu xạ giữa các quốc gia.[15] 1.7.2. Tình hình bảo quản nông sản bằng ph−ơng pháp chiếu xạ Bảo quản nông sản bằng ph−ơng pháp chiếu xạ tuy ch−a đ−ợc phổ biến rộng r8i nh−ng xu h−ớng của nó là đầy triển vọng vì nó cho những sản phẩm t−ơi, giữ nguyên mùi vị và chất dinh d−ỡng mà các ph−ơng pháp khác không 23 thể có đ−ợc. Nhiều nhà khoa học cho rằng ph−ơng pháp chiếu xạ là một thử thách đối với bảo quản lạnh. Những nghiên cứu về khả năng ứng dụng của các tia bức xạ trong bảo quản đ8 có gần 50 năm nay nh−ng ở thời gian đầu không đ−ợc triển khai trong th−ơng mại do nguồn phát ra các tia bức xạ đắt và hiếm. Một phần do ng−ời tiêu dùng cho rằng ăn thực phẩm bảo quản bằng chiếu xạ sẽ nhiễm chất phóng xạ. Nh−ng đến năm 1991 đ8 có 37 n−ớc trên thế giới cho phép chiếu xạ trong khoảng 40 loại thực phẩm nh−: các loại hạt, gia vị, rau, củ t−ơi…. Trong đó 24 n−ớc đ8 th−ơng mại hoá ph−ơng pháp ứng dụng này nh−: Mỹ, Liên Xô (cũ), Anh, Canada, Pháp, Nhật Bản, ấn Độ,… Năm 1989 Bộ Y tế Việt Nam đ8 cho phép tiêu thu 7 loại thực phẩm chiếu xạ là: khoai tây, tỏi, hành tây, hạt ngô, cá khô, đậu xanh và bột ớt. Ngoài 7 loại thực phẩm trên hiện nay Bộ Y tế cho phép Bệnh Viện Dịch tế Trung −ơng sử dụng thiết bị thanh trùng bằng tia cực tím vào việc thanh trùng n−ớc. Hội nghị quốc tế tại Gơnevơ 1980 do tổ chức FAO, tổ chức Y tế Quốc tế (WHO) và tổ chức năng l−ợng nguyên tử quốc tế (IAEA) đ8 kết luận về tính không độc hại của sản phẩm chiếu xạ, có khi còn khử đ−ợc một số chất độc hại nh− khử Solamin trong lớp vỏ củ khoai tây.[14] Theo tính toán thì việc sử dụng các chất chiếu xạ th−ờng để chống sự nẩy mầm hay để tăng c−ờng thời gian bảo quản cho nhiều loại thực phẩm khác nhau do tính chất sát trùng của bề mặt, tiêu diệt các vi sinh vật. Tia bức xạ có thể làm mất khả năng tích tụ ATP, thậm chí phá vỡ liên kết ATP, giảm hoạt động của các enzin tổng hợp ARN và ADN, là những yếu tố sinh năng l−ợng và nhân tố sinh sản trong phát triển tế bào. Tác dụng tiêu diệt vi sinh vật của tia bức xạ không xảy ra ngay lúc chiếu mà sau vài giờ đến vài ngày, nh−ng đối với sâu mọt lại xảy ra ngay khi chiếu xạ, tuy vẫn tiếp tục diễn ra trong thời gian tiếp theo. Tác dụng này càng mạnh 24 khi có oxy và độ ẩm cao. Nhiệt độ tăng làm giảm tính bền của bức xạ vì khi ấy tốc độ hình thành các ion và các phản ứng hoá học xảy ra mạnh. Một số thành phần có tính bảo vệ vi sinh vật khi bị chiếu xạ là xistin (có khả năng tạo liên kết với nhóm - OOH sinh ra), các liên kết chứa sunfit- xisteamin (tạo liên kết bền với ADN, liên kết với oxy) , các axit hữu cơ, đ−ờng và etanol. Từ những cơ sở khoa học trên, có thể thấy rằng ph−ơng pháp thanh trùng vi sinh vật bằng tia cực tím là một ph−ơng pháp đơn giản, có hiệu quả và không gây ảnh h−ởng đến môi tr−ờng cũng nh− sức khỏe con ng−ời. Chính vì vậy, chúng tôi đ8 tiến hành nghiên cứu, thử nghiệm áp dụng cho việc thanh trùng n−ớc mắm bằng tia cực tím. 1.8. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 1.8.1. Mục đích của đề tài Nghiên cứu ảnh h−ởng của một số thông số tới quá trình thanh trùng n−ớc mắm bằng tia cực tím nhằm làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo thiết bị thanh trùng bằng tia cực tím. Đồng thời xác định đ−ợc các thông số tối −u (c−ờng độ chiếu xạ, thời gian xử lý, độ mặn của sản phẩm) cho quá trình thanh trùng n−ớc mắm. 1.8.2. Nhiệm vụ của đề tài - Nghiên cứu ảnh h−ởng của tia cực tím đến thành phần hóa học và tính chất vật lý của sản phẩm thanh trùng. - Nghiên cứu, đánh giá khả năng tiêu diệt VSV của tia cực tím. - Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh h−ởng của c−ờng độ chiếu xạ, thời gian xử lý, độ mặn của sản phẩm tới chất l−ợng của sản phẩm và thời gian bảo quản. 25 B V 2. đối t−ợng và ph−ơng pháp nghiên cứu 2.1. Đối t−ợng nghiên cứu Trong quy trình chế biến n−ớc mắm thì khâu thanh trùng là một khâu khá quan trọng vì nó làm tăng chất l−ợng của sản phẩm, tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm. * Sơ đồ cấu tạo: Trong đó: 1 - Bể chứa n−ớc muối ( hoặc n−ớc mắm ) tr−ớc khi xử lý bằng đèn cực tím. 2 - Bộ phận xử lý bằng tia cực tím. 3 - Bể chứa n−ớc muối đ8 qua xử lý bằng tia cực tím. B - Bơm n−ớc V - Van điều chỉnh tốc độ n−ớc. ( 1 ) ( 3 ) ( 2 ) E 26 E - Nguồn điện cung cấp cho đèn Cấu tạo của bộ phận thanh trùng: 1- Đèn phát tia cực tím. 4- Đệm cao su. 2- ống thuỷ tinh thạch anh 5- Nắp. 3- vỏ. 6- Cửa vào. 7- Cửa ra. * Nguyên tắc hoạt động: Bật đèn phát tia cực tím, đợi khoảng vài phút cho đèn ổn định sau đó bơm chất lỏng cần tiệt trùng vào thiết bị qua cửa (6), chất lỏng sẽ chảy trong khoảng không giữa vỏ và ống thuỷ tinh thạch anh, trong thời gian chất lỏng chảy trong ống nó sẽ đ−ợc thanh trùng nhờ đèn phát tia cực tím (1), sau đó chất lỏng sẽ chảy ra ngoài qua cửa (7). Để chất lỏng không bị rò rỉ ra ngoài ta lắp thêm đệm (4), hai đệm đ−ợc giữ chặt nhờ hai nắp xoáy (5). 2.2. Ph−ơng pháp nghiên cứu 2.2.1. Ph−ơng pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố Trong quá trình thanh trùng bằng tia cực tím có rất nhiều yếu tố ảnh h−ởng đến kết quả thanh trùng nh−: Thời gian thanh trùng, vận tốc chất lỏng chảy qua thiết bị chiếu xạ, nồng độ muối của nguyên liệu, công suất nguồn phát chiếu xạ, kích th−ớc ống dẫn chất lỏng,…. Trong các yếu tố trên thì: Vận tốc chất 2 1 3 4 5 6 7 27 lỏng, nồng độ muối của nguyên liệu, công suất nguồn phát chiếu xạ có tính chất quyết định đến khả năng tiêu diệt vi sinh vật, cũng nh− quết định đến khả năng thanh trùng. Do đó ta khảo sát ảnh h−ởng của các yếu tố trên. Nguyên tắc của ph−ơng pháp đơn yếu tố là khảo sát từng yếu tố một. Khi ta xét yếu tố nào thì cho yếu tố đó thay đổi còn các yếu tố khác cố định. a) Ph−ơng pháp xử lý số liệu thực nghiệm Để gia công và xử lý các số liệu thực nghiệm chúng tôi dùng ph−ơng pháp thống kê toán học. Sau n lần lặp ta đ−ợc các giá trị đo đạc xi (i = 1..n), giá trị trung bình của các phép đo đ−ợc tính theo công thức:[8] ∑ = = n i ix n x 1 1 (2-1) Ph−ơng sai quân ph−ơng của phép đo: 1 )( 1 − − = ∑ = n xx n i i σ (2-2) Độ tin cậy xác định theo phân phối chuẩn với zα=0,05 = 1,96 sẽ là x ± zασ (2-3) Sử dụng luật phân phối chuẩn theo qui tắc 3σ để kiểm tra lại độ tin cậy của các số liệu với những số liệu nghi ngờ. b) Ph−ơng pháp gia công số liệu thực nghiệm [8] Trong nghiên cứu thực nghiệm máy, các kết quả đo đạc th−ờng là các đại l−ợng ngẫu nhiên, xác suất tin cậy th−ờng dùng trong khoảng 0,7ữ 0,9. Xác suất tin cậy của dụng cụ đo trong khoảng 0,95ữ 0,99. Vì vậy để đảm bảo độ tin cậy, các thí nghiệm cần lặp lại ít nhất 3 lần. Để gia công số liệu ta dùng các qui tắc của lý thuyết xác suất và thống kê toán học. Sau khi thí nghiệm, xác định độ tin cậy về ảnh h−ởng của mỗi yếu tố tới các thông số mục tiêu và tính thuần nhất của ph−ơng sai trong quá trình thí nghiệm để chứng tỏ thực sự các ảnh h−ởng khác đối với thông số nghiên cứu là không đáng kể hoặc không có. Thuật toán của phân tích ph−ơng sai nh− sau: 28 - Để xác định độ tin cậy cần phải tính ph−ơng sai yếu tố và ph−ơng sai thí nghiệm. - Ph−ơng sai yếu tố là tổng bình ph−ơng sai lệch ở từng thí nghiệm giữa giá trị trung bình của tổng thể Y .. của các hàm mục tiêu với giá trị trung bình của hàm đó ứng với mỗi mức của từng yếu tố xi (ký hiệu Y.j) Ph−ơng sai yếu tố đ−ợc xác định theo công thức: 1 ..)( 1 . 2 − − = ∑ = k YY S k j j yt (2-4) k-1 là bậc tự do Ph−ơng sai thí nghiệm là tổng bình ph−ơng các sai lệch giữa các giá trị trung bình Y.j ứng với mỗi mức của yếu tố xi với giá trị Yij ứng với mỗi lần đo lặp lại với mỗi mức của yếu tố. Ph−ơng sai thí nghiệm đ−ợc xác định công thức: kN YY S n i k j jij tn − − = ∑ ∑ = =1 2 1 . 2 )( (2-5) N-k là bậc tự do. Dùng tiêu chuẩn Fisher để đánh giá tỷ số: 2 2 tn yt S S F = (2-6) Đối chiếu với trị số Fb 21,, ffα tra bảng, với α =0,05; f1=k-1; f2=N-k. Nếu F> Fb 21,, ffα thì yếu tố đó có ảnh h−ởng đến thông số mục tiêu và không ảnh h−ởng trong tr−ờng hợp ng−ợc lại. Để đánh giá tính thuần nhất của ph−ơng sai ta phải tính ph−ơng sai thí nghiệm ngẫu nhiên đối với mỗi mức biến thiên của yếu tố xi (ký hiệu S 2 j ) 1 )( 1 2 . 2 − − = ∑ = n YY S n i jij j (2-7) Dùng tiêu chuẩn Coocren để đánh giá tỷ số: 29 ∑ = = k j j j S S G 1 2 2 max (2-8) Với S2jmax là ph−ơng sai cực đại trong các ph−ơng sai S 2 j Đối chiếu với trị số G2 21,, ffα với α =0,05; f1=n-1; f2=k. Nếu G<G2 21,, ffα các ph−ơng sai đ−ợc coi là đồng nhất, không có ph−ơng sai nào v−ợt nhiều so với ph−ơng sai khác. Kết quả đo đạc đảm bảo độ tin cậy. Các số liệu đo đạc thực nghiệm đều đ−ợc gia công theo ph−ơng pháp trên. Ph−ơng pháp nghiên cứu đơn yếu tố giúp ta nghiên cứu ảnh h−ởng của từng yếu tố vào tới các thông số ra, qua đó tìm đ−ợc mức biến thiên, khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu thích hợp của từng yếu tố, làm cơ sở cho ph−ơng pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố. 2.2. 2. Ph−ơng pháp thực nghiệm đo đạc a) Ph−ơng pháp xác định mức tiêu thụ điện năng riêng Mức tiêu thụ điện năng riêng Nr đ−ợc xác định bằng ph−ơng pháp đo điện thông dụng : dùng công tơ điện để đo điện năng trong mỗi lần thí nghiệm. Oát kế để xác định công suất cần thiết, các đồng hồ điện: Vôn kế, Ăm pe kế, Cosϕ kế, để xác định điện áp U và dòng điện I và hệ số cosϕ . Các chỉ số này cho phép kiểm tra điện áp, tính toán công suất và điện năng, kiểm tra đối chiếu với chỉ số của oát kế và công tơ điện. Để tăng độ chính xác trên đĩa công tơ điện chúng tôi chia đĩa của công tơ ra làm 8 khoảng nhỏ, do hệ số đo của công tơ là k = 240 vòng/kwh nên mỗi khoảng có giá trị t−ơng ứng là 240*8 1 (kwh). Nh− vậy sau mỗi thí nghiệm các giá trị trung bình của các mức tiêu thụ điện năng riêng mà chúng tôi đo đ−ợc có sai số rất bé đảm bảo độ tin cậy. Dùng đồng hồ bấm giây để xác định thời gian t (giờ) cho mỗi lần thí 30 nghiệm. ứng với thời gian t đó lấy đ−ợc khối l−ợng sản phẩm q (m3/h) và đếm đ−ợc số vạch trên công tơ. Mức tiêu thụ điện năng riêng: q aN r .1920 103 = (kwh/m3) b) Ph−ơng pháp xác định độ mặn Độ mặn của n−ớc mắm đ−ợc xác định bằng tỷ trọng kế (Boume) và đơn vị tính là Be (1 Be = 12 - 13 gam muối/lít n−ớc mắm).[3] Thả Boume vào thùng n−ớc mắm, đợi cho đến khi mặt n−ớc ổn định ta đọc giá trị trên Boume tại vị trí mặt n−ớc. Độ mặn của n−ớc mắm chính là giá trị t−ơng ứng trên Boume. c) Ph−ơng pháp xác định thời gian bảo quản Thời gian bảo quản τ đ−ợc xác định bằng cách phân tích mẫu. N−ớc mắm sau khi xử lý đ−ợc đ−a đi bảo quản trong một thời gian nhất định. Sau đó đ−ợc đ−a đi kiểm tra l−ợng vi khuẩn có trong 1ml n−ớc mắm và so sánh đối chứng với số vi sinh vật tối đa cho phép theo tiêu chuẩn về an toàn thực phẩm của Bộ Y tế (phụ lục 4). Khi l−ợng vi khuẩn trong sản phẩm > 104 bào tử/ml thì sản phẩm đó không đảm bảo vệ sinh thực phẩm.[11] 31 3. cơ sở lý thuyết của quá trình thanh trùng n−ớc mắm bằng tia cực tím 3.1. Cơ chế huỳnh quang Đèn phát tia cực tím chủ yếu là loại đèn sử dụng bức xạ huỳnh quang. Những chất có khả năng hấp thụ năng l−ợng từ bên ngoài nh− : năng l−ợng ánh sáng, nhiệt năng, điện năng, hoá năng … và biến năng l−ợng đó thành năng l−ợng ánh sáng gọi là chất huỳng quang. Trong thiên nhiên những chất huỳnh quang th−ờng thấy nh− cây mục, rễ tre mục, đom đóm … phát ánh sáng màu xanh vào ban đêm trông rất rõ. Hình 3.1. Sự chuyển mức năng l−ợng điện tử và các quá trình quang lý Phân tử chất huỳnh quang sau khi hấp thụ năng l−ợng chuyển sang trạng thái kích thích: Dù là trạng thái kích thích S2 * hoặc S1 *, cuối cùng đều chuyển về mức năng l−ợng dao động thấp nhất ở trạng thái S0. Tuy nhiên, tr−ớc đó còn có các quá trình chuyển những mức năng l−ợng dao động cao trong mỗi trạng thái điện tử xuống mức dao động thấp nhất thoả m8n quy luật phân bố Bôn-xơ-man ( Boltzman ) ( hình 3.1).[15] S2 * S1 * S0 > 10-12s-1 > 10-12s-1 > 10-12s-1 Di chuyển năng l−ợng sang phân tử khác S/ d vào P/ứ quang hoá > 10-12s-1 > 10-12s-1 1015-1016s-1 106-10-9s-1 32 Các quá trình chuyển mức năng l−ợng nói trên xảy ra rất nhanh trong khoảng từ 10-8 ữ 10-9s, năng l−ợng d− trong các b−ớc chuyển đó sẽ chuyển thành nhiệt làm nóng môi tr−ờng. Từ mức S1 * có thể xảy ra các quá trình quang lý cạnh tranh lẫn nhau và cuối cùng dẫn đến sự khử hoạt tính của phân tử kích thích. * Từ mức S1 * : - Xảy ra b−ớc chuyển bức xạ S1 * S0, năng l−ợng d− chuyển thành nhiệt năng. - Chuyển sang mức kích thích Triplet. - Dẫn truyền năng l−ợng sang các phân tử khác. - Năng l−ợng kích thích đ−ợc sử dụng vào các phản ứng quang hoá. - Xảy ra b−ớc chuyển bức xạ S1 * S0 năng l−ợng d− chuyển thành năng l−ợng d− huỳnh quang. 3.1.1. Hiện t−ợng huỳng quang Hiện t−ợng huỳnh quang ở các vật có nhiệt độ bình th−ờng hoặc thấp, khác với bức xạ nhiệt, muốn vật phát bức xạ nhiệt có cùng b−ớc sóng (λ ) trong vùng trông thấy nh− bức xạ huỳnh quang ta phải đốt nóng vật lên nhiệt độ rất cao ( hàng nghìn độ ), bởi vậy sự huỳnh quang còn gọi là sự phát ánh sáng lạnh. ánh sáng huỳnh quang cũng phân biệt với ánh sáng tán xạ, phản xạ trên cây. Các loại ánh sáng này sẽ tắt ngay khi cắt nguồn kích thích vật. Trái lại ánh sáng huỳnh quang còn kéo dài một khoảng thời gian ít nhất là 10-10s. Trên cơ sở vừa phân tích, Vavilôp đ8 đi đến định nghĩa nh− sau: Huỳnh quang là hiện t−ợng phát bức xạ còn d− so với bức xạ nhiệt của vật trong cùng điều kiện về b−ớc sóng và bức xạ còn d− này có thời gian kéo dài trong khoảng 10-10s hoặc lâu hơn. 33 3.1.2. Phổ huỳnh quang Phân tử có thể tồn tại ở trạng thái kích thích trong khoảng thời gian 10-8 ữ 10-9s, sau đó chuyển sang trạng thái cơ bản đồng thời phát ra một l−ợng tử huỳnh quang: S* = S0 + hν ′ .Vì phổ năng l−ợng của phân tử huỳnh quang ngoài mức điện tử còn có mức dao động nên phổ huỳnh quang th−ờng là phổ đám. Cũng nh− trong tr−ờng hợp phổ hấp thu, ở đây nguyên lý Franck - Kondon đ−ợc áp dụng để nghiên cứu sự phân bố độ phát xạ điện tử ( hình 3.2). Hình 3.2. Hấp thụ huỳnh quang Trên hình 3.2 sự chuyển dời từ mức ν ′ = 0 ( khi đó hạt nhân coi là chất điểm ở vị trí chính giữa của mức ) xuống các mức ν ′′ ở phân phía d−ới tạo thành đám huỳnh quang. Trong đó đám 0 - 2 có xác suất chuyển dời cực đại nên c−ờng độ đám lớn nhất. Các chuyển dời khác từ mức ν ′ = 0 xuống ν ′′ = 1, 3, 4,… xác suất giảm dần do đó c−ờng độ vạch giảm dần. Đ−ờng cong biểu diễn mối quan hệ giữa c−ờng độ bức xạ và b−ớc sóng λ (hay tần số ν ) của bức xạ đó gọi là phổ huỳnh quang. 3.2. Các định luật cơ bản của huỳnh quang 3.2.1. Thời gian sống Sau khi tắt kích thích mẫu nghiên cứu c−ờng độ ánh sáng huỳnh quang của mẫu giảm theo quy luật: I = I0/ τ/te Trong đó: I0 - c−ờng độ ánh sáng huỳnh quang vào lúc tắt kích thích. I - C−ờng độ ánh sáng ở thời điểm t tính từ lúc cắt nguồn kích thích. 0 2 0 S0 1 0 2 1 S* 1λ 2 λ 3λ ′ 1λ ′ 2λ 3′λ ″ 1λ ″ 2λ ″3λ 34 τ - là thời gian sống trung bình, có trị số nằm trong khoảng 10-4 ữ 10-10 s. Căn cứ vào giá trị của τ ng−ời ta phân biệt hiện t−ợng huỳnh quang với lân quang. 3.2.2. Định luật Stock - Lomen Toàn bộ huỳnh quang và cực đại của nó bao giờ cũng dịch về phía b−ớc sóng dài hơn so với toàn bộ phổ hấp thu và cực đại của nó. Phần thoả m8n định luật Stock gọi là phần Stock, phần còn lại gọi là đối Stock. Giải thích định luật: phần tử huỳnh quang hấp thu photon có năng l−ợng hthc λε /0 = . Nh−ng trong hiện t−ợng huỳnh quang nh− đ8 trình bày ở trên, một phần năng l−ợng hấp thu bị tiêu phí thành năng l−ợng dao động của các nguyên tử trong phân tử, phần còn lại phát ra d−ới dạng l−ợng tử huỳnh quang. Do đó năng l−ợng photon phát quang: 0ελε <= hq hc 3.2.3. Định luật Vavilop Phổ huỳnh quang cũng nh− xác suất phát l−ợng tử huỳnh quang không phụ thuộc vào b−ớc sóng kích thích ( ktλ ). Thực vậy, tr−ớc khi phân tử trở về trạng thái cơ bản, điện tử bao giờ cũng đ−ợc sắp xếp lại và chuyển về mức năng l−ợng thấp._.