Tổng quan nghiên cứu

Nem chua là một sản phẩm thực phẩm truyền thống của Việt Nam, được lên men tự nhiên từ thịt heo và các nguyên liệu gia vị đặc trưng. Quá trình lên men chủ yếu dựa vào hoạt động của vi khuẩn lactic (LAB), đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hương vị, cấu trúc và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Theo ước tính, trong quá trình lên men truyền thống kéo dài khoảng 4 ngày, LAB phát triển nhanh chóng và chiếm ưu thế trong quần thể vi sinh vật, góp phần ức chế sự phát triển của các vi sinh vật gây hại như Escherichia coli, Staphylococcus aureus và Salmonella spp. Tuy nhiên, việc lên men tự nhiên cũng tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm vi sinh vật không mong muốn, ảnh hưởng đến chất lượng và an toàn sản phẩm.

Mục tiêu nghiên cứu là phân lập và xác định các chủng vi khuẩn lactic từ nem chua có khả năng làm chủng khởi động, cải thiện quá trình lên men và nâng cao an toàn vệ sinh thực phẩm. Nghiên cứu được thực hiện tại Thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2019, tập trung khảo sát sự phát triển của LAB trong nem chua lên men truyền thống, phân lập các chủng LAB có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, khả năng tạo acid lactic và giảm pH hiệu quả. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng các chủng LAB làm men khởi động, góp phần nâng cao chất lượng, rút ngắn thời gian lên men và đảm bảo an toàn cho sản phẩm nem chua, đồng thời hỗ trợ phát triển công nghiệp thực phẩm lên men tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết vi sinh vật lên men lactic (LAB): LAB là nhóm vi khuẩn gram dương, không sinh catalase, có khả năng lên men carbohydrate tạo ra acid lactic, góp phần giảm pH và ức chế vi sinh vật gây hại trong thực phẩm lên men. LAB bao gồm các chi phổ biến như Lactobacillus, Lactococcus, Pediococcus và Leuconostoc.

  • Mô hình lên men truyền thống của nem chua: Quá trình lên men tự nhiên dựa vào sự phát triển của LAB có sẵn trong nguyên liệu và môi trường, tạo ra acid lactic, giảm pH, đồng thời sản sinh các hợp chất kháng khuẩn như bacteriocin, hydrogen peroxide, ethanol và diacetyl.

  • Khái niệm chủng khởi động (starter culture): Chủng LAB được lựa chọn dựa trên các tiêu chí như khả năng sinh acid nhanh, hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, ổn định trong quá trình lên men, giúp kiểm soát quá trình lên men, nâng cao chất lượng và an toàn sản phẩm.

  • Các chỉ tiêu an toàn vệ sinh thực phẩm: Bao gồm sự kiểm soát vi sinh vật gây bệnh như E. coli, S. aureus, Salmonella spp., nấm mốc, cũng như các chỉ số pH, hàm lượng acid lactic và sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng mẫu nem chua truyền thống thu thập tại Thành phố Hồ Chí Minh, được lên men trong điều kiện phòng thí nghiệm ở nhiệt độ 30±2°C trong 4 ngày. Các chủng LAB được phân lập từ mẫu nem chua trong các ngày lên men 0, 1, 2, 3 và 4.

  • Phương pháp phân tích:

    • Đếm số lượng LAB và tổng vi sinh vật hiếu khí theo tiêu chuẩn ISO 4833-2:2003.
    • Phân lập LAB trên môi trường MRS agar có bổ sung CaCO3, xác định đặc điểm hình thái khuẩn lạc, nhuộm Gram, phản ứng catalase và oxidase.
    • Xác định kiểu lên men homofermentative hoặc heterofermentative bằng thử nghiệm sản sinh khí CO2.
    • Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của các chủng LAB đối với các vi khuẩn gây bệnh (E. coli ATCC 25922, Salmonella typhimurium ATCC 14028, S. aureus ATCC 6538) bằng phương pháp khuếch tán agar (agar spot test, well diffusion assay).
    • Xác định hoạt tính kháng nấm đối với Aspergillus niger ATCC 16888 bằng phương pháp nuôi cấy kép (dual culture overlay).
    • Đo khả năng tạo acid lactic và giảm pH trong môi trường MRS broth sau 24 giờ nuôi cấy.
    • Xác định chủng LAB có hoạt tính tốt nhất bằng giải trình tự gen 16S rRNA và so sánh với cơ sở dữ liệu NCBI.
    • Ứng dụng hai chủng LAB được chọn làm men khởi động cho nem chua với tỷ lệ 1:1, nồng độ 10^7 CFU/g, so sánh với nem chua không sử dụng men khởi động về sự phát triển vi sinh vật, pH, hàm lượng acid lactic và sự hiện diện của vi sinh vật gây hại trong 4 ngày lên men.

  • Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2019, bao gồm thu thập mẫu, phân lập và xác định LAB, đánh giá hoạt tính sinh học, ứng dụng men khởi động và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Sự phát triển của LAB trong nem chua lên men truyền thống: Số lượng LAB tăng nhanh từ ngày 0 đến ngày 4, đạt khoảng 8.4 log CFU/g, chiếm 94% tổng vi sinh vật hiếu khí. Điều này chứng tỏ LAB có khả năng thích nghi và chiếm ưu thế trong quá trình lên men.

  2. Phân lập và xác định chủng LAB: Tổng cộng 18 chủng khuẩn được phân lập, trong đó 11 chủng được xác định là LAB dựa trên phản ứng catalase âm tính, nhuộm Gram dương và hình thái tế bào. Các chủng này đều là homofermentative, sản sinh khí CO2 âm tính.

  3. Hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm: Trong 11 chủng LAB, hai chủng A và P thể hiện hoạt tính kháng khuẩn mạnh nhất đối với E. coli, S. aureus, Salmonella spp. và kháng nấm đối với Aspergillus niger. Vòng kháng khuẩn của hai chủng này lớn hơn 15 mm, thể hiện hiệu quả ức chế vi sinh vật gây hại.

  4. Khả năng tạo acid lactic và giảm pH: Hai chủng A và P tạo ra lượng acid lactic cao nhất, làm giảm pH môi trường từ 6 xuống khoảng 4.2 trong 24 giờ, nhanh hơn so với các chủng khác.

  5. Xác định chủng bằng giải trình tự gen 16S rRNA: Hai chủng A và P được xác định là Lactobacillus plantarum, một loài LAB phổ biến trong các sản phẩm lên men truyền thống.

  6. Ứng dụng men khởi động trong sản xuất nem chua: Nem chua sử dụng men khởi động LAB A và P có số lượng LAB cao hơn 1-2 log CFU/g so với nem chua không sử dụng men khởi động sau 4 ngày lên men. Đồng thời, số lượng vi sinh vật gây ô nhiễm như E. coli, S. aureus và nấm mốc giảm đáng kể, thấp hơn khoảng 30-50% so với mẫu đối chứng. pH giảm nhanh hơn và hàm lượng acid lactic tăng cao hơn khoảng 20% so với nem chua không sử dụng men khởi động.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy LAB đóng vai trò chủ đạo trong quá trình lên men nem chua, góp phần tạo môi trường acid, ức chế vi sinh vật gây hại và cải thiện an toàn thực phẩm. Việc phân lập và lựa chọn chủng Lactobacillus plantarum có hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm mạnh giúp kiểm soát quá trình lên men hiệu quả hơn, rút ngắn thời gian lên men và nâng cao chất lượng sản phẩm.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với báo cáo của nhiều nhà khoa học về vai trò của L. plantarum trong các sản phẩm lên men truyền thống như xúc xích, kim chi và nem chua. Việc sử dụng men khởi động LAB giúp hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh, giảm nguy cơ ngộ độc thực phẩm và tăng tính ổn định của sản phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tăng trưởng LAB và vi sinh vật gây hại theo ngày lên men, bảng so sánh vòng kháng khuẩn của các chủng LAB, biểu đồ thay đổi pH và hàm lượng acid lactic giữa nem chua có và không có men khởi động, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của men khởi động trong quá trình lên men.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng chủng Lactobacillus plantarum A và P làm men khởi động trong sản xuất nem chua: Động từ hành động: "Sử dụng", Target metric: tăng số lượng LAB lên 8-9 log CFU/g, giảm vi sinh vật gây hại 30-50%, Timeline: áp dụng trong vòng 6 tháng, Chủ thể thực hiện: các nhà sản xuất nem chua công nghiệp và thủ công.

  2. Xây dựng quy trình lên men chuẩn có kiểm soát men khởi động: Động từ hành động: "Thiết lập", Target metric: rút ngắn thời gian lên men từ 5-7 ngày xuống còn 3-4 ngày, Chủ thể thực hiện: các phòng thí nghiệm nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất.

  3. Đào tạo kỹ thuật cho người sản xuất về sử dụng men khởi động và kiểm soát an toàn vệ sinh: Động từ hành động: "Tổ chức", Target metric: nâng cao nhận thức và kỹ năng cho 80% người sản xuất trong khu vực nghiên cứu, Timeline: 12 tháng, Chủ thể thực hiện: các cơ quan quản lý và viện nghiên cứu.

  4. Theo dõi và đánh giá chất lượng sản phẩm nem chua định kỳ: Động từ hành động: "Thực hiện", Target metric: giảm tỷ lệ sản phẩm không đạt tiêu chuẩn vi sinh xuống dưới 5%, Chủ thể thực hiện: các cơ quan quản lý chất lượng và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà sản xuất nem chua truyền thống và công nghiệp: Nghiên cứu cung cấp kiến thức về lựa chọn và ứng dụng men khởi động LAB giúp cải thiện chất lượng sản phẩm, đảm bảo an toàn vệ sinh và nâng cao giá trị thương mại.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về kỹ thuật phân lập, xác định và đánh giá hoạt tính của vi khuẩn lactic trong thực phẩm lên men.

  3. Cơ quan quản lý an toàn thực phẩm: Thông tin về vai trò của LAB và men khởi động trong kiểm soát vi sinh vật gây hại hỗ trợ xây dựng các tiêu chuẩn và quy định an toàn thực phẩm.

  4. Doanh nghiệp sản xuất men vi sinh và chế phẩm sinh học: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển các sản phẩm men khởi động phù hợp với đặc thù sản phẩm nem chua Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vi khuẩn lactic (LAB) là gì và vai trò của chúng trong nem chua?
    LAB là nhóm vi khuẩn gram dương, lên men carbohydrate tạo acid lactic, giúp giảm pH, tạo hương vị và ức chế vi sinh vật gây hại trong nem chua, đảm bảo an toàn và chất lượng sản phẩm.

  2. Tại sao cần sử dụng men khởi động trong sản xuất nem chua?
    Men khởi động giúp kiểm soát quá trình lên men, tăng tốc độ sinh acid, giảm sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh, nâng cao tính đồng nhất và an toàn của sản phẩm.

  3. Làm thế nào để phân lập và xác định chủng LAB có hoạt tính tốt?
    Phân lập trên môi trường chọn lọc, xác định đặc điểm hình thái, sinh hóa, thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, khả năng tạo acid lactic và giảm pH, cuối cùng xác định bằng giải trình tự gen 16S rRNA.

  4. Men khởi động LAB có ảnh hưởng đến hương vị nem chua không?
    Men khởi động không chỉ đảm bảo an toàn mà còn góp phần tạo hương vị đặc trưng nhờ quá trình lên men acid lactic và các hợp chất phụ tạo mùi thơm tự nhiên.

  5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này cho các sản phẩm lên men khác không?
    Có, Lactobacillus plantarum và các chủng LAB tương tự được ứng dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm lên men như xúc xích, kim chi, sữa chua, giúp cải thiện chất lượng và an toàn thực phẩm.

Kết luận

  • Phân lập thành công 11 chủng LAB từ nem chua truyền thống, trong đó hai chủng Lactobacillus plantarum A và P có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và tạo acid lactic tốt nhất.
  • Men khởi động LAB A và P giúp tăng số lượng LAB, giảm vi sinh vật gây hại, rút ngắn thời gian lên men và nâng cao an toàn vệ sinh thực phẩm cho nem chua.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để ứng dụng men khởi động trong sản xuất nem chua công nghiệp và truyền thống tại Việt Nam.
  • Đề xuất xây dựng quy trình lên men chuẩn, đào tạo kỹ thuật và kiểm soát chất lượng sản phẩm nhằm phát triển bền vững ngành nem chua.
  • Khuyến khích các nhà sản xuất và cơ quan quản lý áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao chất lượng và an toàn thực phẩm, góp phần phát triển ngành công nghiệp thực phẩm lên men.

Hành động tiếp theo: Áp dụng men khởi động LAB trong quy trình sản xuất, triển khai đào tạo kỹ thuật và theo dõi đánh giá chất lượng sản phẩm định kỳ để đảm bảo hiệu quả lâu dài.