HOẠT ĐỘ NƯỚC – BÍ QUYẾT TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MEN VI SINH
17/09/2021
Hoạt độ nước đã được sử dụng như một công cụ quan trọng khi xác định độ ổn định của các sản phẩm men vi sinh trong các chế phẩm dược phẩm. Hai yếu tố chính liên quan đến sự ổn định của các sản phẩm men vi sinh đông khô trong quá trình sản xuất và bảo quản là hoạt độ nước và nhiệt độ. Hoạt độ của nước KHÔNG phải là Độ ẩm. Hoạt độ nước có ý nghĩa hơn vì nó quyết định sự ổn định của men vi sinh trong quá trình bảo quản.
HOẠT ĐỘ NƯỚC LÀ GÌ?
Năm 1953, William James Scott đã chỉ ra rằng sự phát triển của vi sinh vật trong thực phẩm không bị chi phối bởi hàm lượng nước (độ ẩm) như mọi người vẫn nghĩ, mà bởi nước hoạt động (hay hoạt độ nước Aw).
Phân biệt độ ẩm và hoạt độ nước
Hàm ẩm (độ ẩm) đơn giản là tổng lượng nước có trong một sản phẩm, bao gồm lượng nước tự do (không liên kết) và nước liên kết.
Hoạt độ nước (activity water = Aw) là thước đo lượng nước tự do, tức là nước không liên kết, không bị ràng buộc. Do đó vi sinh vật có thể sử dụng để phát triển.
Ví dụ: Để dễ hiểu, 1 miếng thịt bò tươi đông lạnh, bảo quản ở -30oC, có độ ẩm (tổng lượng nước) rất cao, nhưng hầu như toàn bộ nước đông lạnh, liên kết với nhau bằng nối Hydrogen (nước liên kết) nên hoạt độ nước gần như bằng 0 (zero). Miếng thịt có thể bảo quản rất lâu.
Tuy nhiên nếu rã đông, để ở nhiệt độ thường, nước không còn đông lạnh, không còn liên kết với nhau nên sẽ mau hư thối (nước không liên kết = nước tự do = hoạt độ nước) rất cao.
Cách tính hoạt độ nước
Hoạt độ nước xác định nước tự do trong sản phẩm liên quan đến quá trình trao đổi chất của vi sinh vật.
Hoạt độ nước (Aw) là tỷ số giữa áp suất hơi của nước trong sản phẩm (P) và áp suất hơi của nước (Po) nguyên chất ở cùng nhiệt độ.
Aw = P/ Po
Aw bằng số 1/100 độ ẩm tương đối (RH) do sản phẩm tạo ra trong một hệ thống khép kín. RH có thể được tính toán từ các phép đo trực tiếp áp suất hơi riêng phần hoặc điểm sương hoặc phép đo gián tiếp bằng các cảm biến có đặc tính vật lý hoặc điện bị thay đổi bởi RH mà chúng tiếp xúc.
HOẠT ĐỘ NƯỚC ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT NHƯ THẾ NÀO?
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật
Các vi sinh vật phát triển phụ thuộc vào các yếu tố: thức ăn, độ axit, thời gian, nhiệt độ, oxy, độ ẩm.
Trong khi nhiệt độ, độ pH, lượng oxy và một số yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến việc liệu một sinh vật có phát triển trong sản phẩm hay không và ở tốc độ nào thì hoạt độ nước thường là yếu tố quan trọng nhất. Hoạt độ nước cũng đóng một vai trò nhất định đối với các tính chất hóa học và vật lý.
Các vi sinh vật bị ảnh hưởng bởi hoạt độ nước chứ không phải độ ẩm, chúng sẽ không phát triển dưới một mức hoạt độ nước nhất định. Ví dụ: Aw < 0,90% đối với hầu hết các vi khuẩn gây bệnh; Aw < 0,70% đối với nấm mốc và Aw < 0,60% đối với tất cả các vi sinh vật.
Giống như tất cả các sinh vật, vi sinh vật dựa vào nước có sẵn trong thực phẩm để phát triển. Chúng hấp thụ nước bằng cách di chuyển nó qua màng tế bào. Cơ chế di chuyển của nước này phụ thuộc vào độ dốc hoạt độ nước — khi nước di chuyển từ môi trường hoạt độ nước cao bên ngoài tế bào sang môi trường hoạt độ nước thấp hơn bên trong tế bào. Khi hoạt động của nước bên ngoài tế bào trở nên đủ thấp, nó gây ra áp lực thẩm thấu: tế bào không thể lấy nước và trở nên không hoạt động. Các vi sinh vật không bị loại bỏ, chúng không thể phát triển đủ để gây nhiễm trùng. Các sinh vật khác nhau đối phó với áp lực thẩm thấu theo những cách khác nhau. Đó là lý do tại sao có những giới hạn sinh trưởng khác nhau đối với mỗi sinh vật. Một số loại nấm mốc và men đã thích nghi để chịu được mức hoạt độ nước rất thấp.
TẠI SAO KIỂM SOÁT HOẠT ĐỘ NƯỚC LẠI QUAN TRỌNG?
Xác định dữ liệu hoạt độ nước trong quá trình tính toán, sản xuất và bảo quản là một cách tuyệt vời để tăng hàm lượng tế bào sống suốt thời gian nằm trong hạn sử dụng. Phép đo Hoạt độ nước có thể hỗ trợ dự đoán tỷ lệ chết của các tế bào sống sót trong một khoảng thời gian và nếu có bất kỳ vấn đề nào xảy ra trong quá trình sản xuất.
Kiểm soát hoạt độ nước ở mức thấp giúp ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật như nấm men, nấm mốc, vi khuẩn gây bệnh. Hầu hết các vi khuẩn không phát triển ở phạm vi hoạt động nước dưới 0,91% và hầu hết các loại nấm mốc ngừng phát triển ở hoạt động nước dưới 0,70%.
VAI TRÒ CỦA KIỂM SOÁT HOẠT ĐỘ NƯỚC TRONG SẢN XUẤT MEN VI SINH
Hoạt độ nước, sau đó là nhiệt độ bảo quản, là yếu tố chính ảnh hưởng đến sự ổn định của men vi sinh (probiotic).
Trong các sản phẩm men vi sinh, hoạt độ nước thấp tạo ra một môi trường ổn định cho các men vi sinh, là yếu tố quan trọng trong việc duy trì khả năng tồn tại của chúng trong sản phẩm. Kiểm soát hoạt độ nước ở mức thấp giúp sản phẩm có thời hạn sử dụng lâu hơn và ổn định hơn trong quá trình bảo quản, giúp kéo dài tuổi thọ của sản phẩm.
CẦN PHẢI KIỂM SOÁT HOẠT ĐỘ NƯỚC Ở MỨC BAO NHIÊU?
Để tính thời gian sử dụng của men vi sinh, người ta dựa trên dữ liệu nghiên cứu độ ổn định theo thời gian thực.
Để đảm bảo thời gian sử dụng của các thực phẩm chức năng là 24 tháng ở nhiệt độ phòng thì hoạt độ nước của bất kỳ men vi sinh chứa vi khuẩn sinh axit lactic nào nên ít hơn 0,2% hoặc theo nhà cung cấp.
LÀM SAO ĐỂ ĐẢM BẢO HOẠT ĐỘ NƯỚC ≤ 0,2% TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT MEN VI SINH?
Đây là một công nghệ mới, chỉ áp dụng ở các nhà máy hiện đại, chuyên sản xuất men vi sinh. Công nghệ này là một sự phối hợp một dây chuyền thiết bị chuyên dụng và quy trình đặc hiệu để giảm hoạt độ nước trong môi trường, thiết bị sản xuất, xử lý nguyên liệu.
Khoảng hoạt độ nước tối ưu (Aw) được thiết lập thông qua các nghiên cứu về độ ổn định và trình độ quy trình. Aw của hỗn hợp có thể thay đổi tùy thuộc vào độ ổn định của các chủng lợi khuẩn, cách đóng gói cuối cùng được chọn, tá dược, các hoạt chất khác,…
Từ việc chọn nguyên liệu đến quá trình sản xuất ra thành phẩm cuối cùng cần được thực hiện trong các điều kiện nhiệt độ và độ ẩm được kiểm soát nghiêm ngặt.
Việc tạo ra một sản phẩm có hoạt độ nước thấp bắt đầu bằng việc tìm nguồn cung cấp và xử lý chất mang đặc hiệu, tá dược và các hoạt chất phù hợp để pha trộn với probiotic sao cho hoạt độ nước duy trì dưới 0,2% hoặc lý tưởng là cho thời hạn sử dụng dài nên dưới 0,15%.
Khi sản phẩm men vi sinh có hoạt độ nước thấp đã được sản xuất, cần phải duy trì được hoạt độ nước thấp trong quá trình bảo quản bằng cách chọn bao bì có khả năng truyền hơi ẩm thích hợp, khả năng truyền hơi ẩm càng thấp thì độ ẩm xâm nhập càng chậm. Ngăn chặn sự xâm nhập của độ ẩm giúp duy trì số lượng tế bào probiotic còn tồn tại trong thời hạn sử dụng của sản phẩm.
AustrapharmVN
Tài liệu tham khảo:
(2) https://www.metergroup.com/food/articles/microbial-growth/
(3) https://www.slideshare.net/METERGroup/water-activity-102-microbial-growth
(4) The Production and Delivery of Probiotics: A Review of a Practical Approach Kurt Fenster 1 , Barbara Freeburg 1 , Chris Hollard 1 , Connie Wong 1 , Rune Rønhave Laursen 2 and Arthur C. Ouwehand 3,
Bài viết liên quan
