Pulsed Electric Field in dairy processing microbial inactivation
2013

Võ Phƣơng Vinh | MSSV 61004021
1

PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG KÍCH THÍCH XUNG ĐIỆN TRƯỜNG
PEF (PULSED ELECTRIC FIELD) TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

1. TỔNG QUAN:
1.1. Phƣơng pháp kích thích xung điện (PEF):
Phương pháp PEF (Pulsed Electric Field) là một kỹ thuật dựa trên khả năng làm phá vỡ màng tế
bào vi sinh vật của xung điện trường khi ta kích thích xung điện lên tế bào vi sinh vật.
Dưới tác dụng của xung điện, hiệu ứng “electroporation” sẽ xảy ra và tạo ra những lỗ thủng có
thể hay không thể khôi phục lại trên màng tế bào vi sinh vật, đây là nguyên nhân chính dẫn đến cái chết
của vi sinh vật.
Phương pháp PEF được ứng dụng để vô hoạt vi sinh vật cho các sản phẩm dạng lỏng (như sữa,
nước trái cây…) hay được ứng dụng như một phương pháp tiền xử lý nông sản (trái cây, rau củ…).
Phương pháp này được coi là một kỹ thuật tăng thời gian bảo quản sản phẩm với chế độ xử lý “nhẹ
nhàng” so với các phương pháp xử lý nhiệt khác (như thanh trùng và tiệt trùng).
1.2. Ƣu và nhƣợc điểm của phƣơng pháp PEF:
Phương pháp PEF có ưu điểm là hạn chế được sự tổn thất về giá trị dinh dưỡng, cũng như những
tính chất cảm quan cần thiết cho sản phẩm, trong khi các phương pháp vật lý khác sử dụng nhiệt độ cao
(như thanh trùng và tiệt trùng) lại làm mất đi hai yếu tố chất lượng quan trọng này của sản phẩm thực
phẩm. Bên cạnh đó, phương pháp xử lý này còn tiết kiệm được một lượng năng lượng đáng kể so với các
phương pháp xử lý nhiệt khác.
Tuy nhiên, phương pháp này có một số nhược điểm như:
- Chỉ áp dụng được chủ yếu là cho các sản phẩm dạng lỏng hay các sản phẩm có thể bơm đi được.
- Các sản phẩm thực phẩm có độ nhớt cao, sản phẩm dạng hạt rời thì khó có thể áp dụng phương
pháp này.
- Giá thành thiết bị cao hơn các phương pháp khác.

và cộng sự đã kiểm chứng lại điều đó và nhận định rằng kết luận của Leistner là đúng.
Gần đây, năm 2008, M. Walkling – Ribeiro và cộng sự đã nghiên cứu khả băng bất hoạt vi sinh
vật khi kết hợp hai phương pháp, gia nhiệt sơ bộ và PEF, trên mẫu sữa UHT nghèo béo được cấy vào hệ
vi sinh vật tự nhiên của sữa bò thô.
M. Walkling – Ribeiro và cộng sự đã tiến hành các thí nghiệm: Thí nghiệm 1: xử lý nhiệt (30
o
C,
40
o
C, 50
o
C trong 60s); Thí nghiệm 2: xử lý PEF (40kV/cm trong 50s và 60s, 50kV/cm trong 33s);
Thí nghiệm 3: xử lý kết hợp hai phương pháp nhiệt và PEF (chế độ như hai thí nghiệm trước) và cuối
cùng là thí nghiệm 4: thanh trùng sữa (chế độ 70
o
C trong 26s).

Hình 1. Sơ đồ tiến hành của phương pháp kết hợp tiền xử lý nhiệt và PEF.
Sữa đã được xử lý sau mỗi thí nghiệm, sẽ được giữ trong điều kiện vô trùng để tiếp tục tiến hành
đổ đĩa petri, ủ để đếm số khuẩn lạc tạo thành.
Khi thu nhận được kết quả, M. Walkling – Ribeiro và cộng sự đã nhận thấy rằng, khi kết hợp hai
phương pháp tiền xử lý nhiệt và PEF, tổng số vi sinh vật trong mẫu sữa sẽ giảm đáng kể và cao hơn so
với cả các thí nghiệm còn lại.
Khi kết hợp tiền xử lý nhiệt và PEF, mức độ giảm vi sinh vật thu được cao nhất là 7.0log (ở chế
độ tiền xử lý: 50
o
C kết hợp PEF: 40kV/cm trong 60s), cao hơn cả so với kết quả của thí nghiệm 1 (kết
quả cao nhất thu được: 4.6log ứng với xử lý ở 50
o
C), thí nghiệm 2 thu được giá trị cao nhất là 6.4log

sinh vật và thường được sử dụng kết hợp với các phương pháp khác như xử lý nhiệt, kết hợp với kháng
sinh. Trong nghiên cứu này, nhóm cộng sự và M. Walkling – Ribeiro đã nghiên cứu hiệu quả của sự kết
hợp TS với phương pháp PEF.
Tiến hành 3 thí nghiệm trên mẫu sữa UHT nghèo béo để đánh giá mức độ bất hoạt Listeria
innocua gồm: thí nghiệm 1: sử dụng phương pháp TS; thí nghiệm 2: sử dụng phương pháp PEF và thí
nghiệm 3 tiến hành kết hợp PEF và TS.

Hình 2: Sơ đồ tiến hành a) xử lý kết hợp PEF và TS không tiền gia nhiệt.
b) xử lý PEF và TS có tiền gia nhiệt.
Khi tiến hành thí nghiệm 1 ứng với các công suất 240W, 320W và 400W, nhóm cộng sự M.
Walkling – Ribeiro nhận thấy rằng kết quả bất hoạt Listeria innocua đạt hiệu quả không đáng kể lắm.
Xét trên tổng thể, khi ta tăng công suất và kéo dài thời gian lưu (từ 80s đến 160s) thì kết quả bất hoạt
Listeria innocua sẽ tăng nhưng tăng thật sự chưa đáng kể (kết quả cao nhất là giảm được 1.2log ứng với
công suất 400W).
Pulsed Electric Field in dairy processing microbial inactivation
2013

Võ Phƣơng Vinh | MSSV 61004021
4

Thí nghiệm 3 được tiến hành gồm 3 thí nghiệm nhỏ hơn để khảo sát sự thay đổi các thông số kỹ thuật
của các phương pháp có làm ảnh hưởng đến kết quả bất hoạt vi khuẩn Listeria innocua hay không.
Trong đó bao gồm:
- Thí nghiệm 3.1: thay đổi công suất TS và cường độ xung PEF
- Thí nghiệm 3.2: chế độ có và không có gia nhiệt.
- Thí nghiệm 3.3: thay đổi cường độ xung điện (PEF strength) và mật độ xung điện (PEF density).
Đối với thí nghiệm 3.1, nhóm cộng sự của W. Walkling – Ribeiro, nhận thấy khi tăng công suất của
TS (từ 320W lên 400W) và tăng cường độ xung PEF (từ 30 kV/cm lên 40kV/cm) thì mức độ ức chế
Listeria innocua sẽ tăng lên đáng kể. Ứng với công suất TS 400W và PEF 40kV/cm sẽ cho ra kết quả bất
ngờ là 6.8log trong khi chế độ TS 320W và PEF 30kV/cm lại cho kết quả thấp hơn, chỉ có 1.4log.

2013

Võ Phƣơng Vinh | MSSV 61004021
5

Trong nghiên cứu của mình, Phumin Kirawanich và cộng sự đã sử dụng hệ thống tạo xung điện
nano giây bao gồm 1 nguồn điện một chiều cao áp, 1 bộ tạo xung, 1 công tắt tự động và 1 tải.

Hình 3: Hệ thống tạo xung PEF nano giây.
Các thí nghiệm của Phumin Kirawanich được thực hiện bởi xung điện có tần số 3Hz và 500ns,
ứng với cường độ sử dụng là 15kV/cm trong khoảng thời gian 450s.
Mẫu sau khi được xử lý bằng nsPEF sẽ được trải đỉa petri và ủ ở nhiệt độ 35
o
C trong 24h, rồi sẽ
được tiến hành đếm tổng tế bào vi khuẩn hiếu khí bằng phương pháp Petrifilm để xác định mức độ bất
hoạt vi sinh vật.
Kết quả thí nghiệm trên mẫu sản phẩm lỏng, ta thu được mức độ bất hoạt vi sinh vật là 5.15log.
Kết quả này tương ứng với kết quả của mẫu xử lý bằng PEF thông thường (15kV/cm, 15s/1 xung, thời
gian 75 - 300s). Như vậy, ta có thể coi đây là một phương pháp xử lý thay thế các biện pháp thanh
trùng thông thường hiện nay.
Ngoài kết quả bất hoạt vi sinh vật, phương pháp này còn có thêm một ưu điểm là hạn chế ở mức
thấp nhất sự tăng nhiệt độ trong quá trình xử lý nsPEF. Đây cũng là một ưu điểm đáng được chú ý của
phương pháp này cho các hướng nghiên cứu sau này.
Lưu ý rằng: khi áp dụng phương pháp nsPEF vào trong mẫu sữa, chúng ta cần quan tâm đến một
số yếu tố ảnh hưởng đến kết quả như thành phần của sữa, độ nhớt, pH…
3. KẾT LUẬN:
Kỹ thuật dùng xung điện trường là một kỹ thuật mới, về cơ chế tác động vẫn chưa được tìm hiểu
rõ, do đó, phương pháp này cần phải nghiên cứu sâu hơn và kỹ hơn.Nhưng nhìn chung về khả năng ứng
dụng của phương pháp này, nếu được sử dụng riêng lẻ một mình thì kết quả sẽ không cao bằng việc sử
dụng kết hợp với các phương pháp xử lý khác (như tiền xử lý nhiệt, sóng nhiệt âm TS,…)