Bảo quản sinh học các sản phẩm thủy sản

Thị trường sản phẩm thủy  sản  dạng  nguyên  liệu  (sushi,  sashimi)  có  hoặc  không  có  các  thành  phần  bổ  sung và các sản phẩm bảo quản  nhẹ  như  cá  hun  khói  lạnh,  các  sản phẩm dầm nước sốt (ceviche,  gravad salmon, carpaccio, v.v…),  tôm thịt chín tái, tôm ngâm nước  muối và cá tuyết đã xả muối chế  biến sẵn v.v… đang tăng dần.

Tất  cả  những  sản  phẩm  này  đều  rất dễ hỏng và  là điều kiện  phát triển thuận lợi của nhiều loại vi  sinh không mong muốn như  vi  khuẩn  gây  bệnh  và  gây  thối  rữa. Nguồn gây nhiễm vi sinh có  thể nằm ngay trong nguyên liệu,  nhưng việc tái nhiễm bẩn cũng có  thể xảy ra trong quá trình xử lý,  chế biến và đóng gói sản phẩm.  Việc xử lý thường không loại trừ  được  hoàn  toàn  các  tổ  chức  vi sinh. Do nhiều  sản phẩm  thuộc  loại trên được ăn sống nên phải  hạn chế đến mức thấp nhất sự có  mặt của vi khuẩn gây hại và ức  chế sự phát triển của chúng. Bên  cạnh  việc  duy  trì  các  điều  kiện  chế biến vệ  sinh, vấn đề  cơ bản  là phải đảm bảo chất lượng và an  toàn thực phẩm (ATTP).

Ổn định sản phẩm  thủy sản chế biến tối thiểu

Tính  an  toàn  và  ổn  định  vi  sinh của hầu hết thực phẩm đều  dựa  trên cơ sở áp dụng các yếu  tố  bảo  quản  gọi  là  rào  chắn,  có  tác dụng đặt các tổ chức vi sinh  vào một môi trường bất lợi để ức  chế sự phát triển của chúng hoặc  làm cho chúng chết. Một số  loại  rào  chắn  đã  được  sử  dụng  để  duy trì tính ổn định của thịt, cá,  sữa và rau quả trong nhiều năm.  Cũng có khi việc này lại tạo một  sản phẩm hoàn  toàn khác, có vị  mới  và  các  đặc  tính  riêng.  Các  ví dụ về rào chắn thông thường  trong  thủy  sản  là nhiệt độ  (nấu  chín, ướp lạnh), muối, xông khói,  dùng axit hữu  cơ, đóng gói hút  chân  không  hoặc  trong  không  khí biến tính.

Người ta cũng đã mô tả nhiều  loại rào chắn dùng cho thực phẩm  như bacteriocins, chitosan, nitrade,  lactoperoxidase và nhiều  loại  tinh  dầu cũng như các công nghệ mới  loại  trừ  nhiễm  bẩn  như  cao  áp,  ánh sáng xung lượng, nước muối  điện phân, ozon, v.v... Các  công  nghệ  này  ít  được  áp  dụng  vì  chúng  không  hiệu  quả  lắm  cho  thủy sản và có  thể  làm  thay đổi  các đặc tính của thủy sản. 

Người  tiêu  dùng  ngày  nay  muốn  các  sản  phẩm  tự  nhiên  được xử lý ít nhất với lượng chất  bảo  quản  tối  thiểu,  đồng  thời  ngày càng nhiều người coi trọng  các khía cạnh về dinh dưỡng.

Phương pháp bảo quản  sinh học

Bảo  quản  sinh  học  là  công  nghệ kéo dài  tuổi  thọ sản phẩm  bằng  cách  kiểm  soát  sự  phát  triển  của  các  loại  vi  khuẩn  gây  bệnh nội sinh trong sản phẩm đã  được bảo quản lạnh, bao gồm cả  việc  tiêm  vào  sản  phẩm  những  vi  sinh vật  chọn  lọc  có  tính bảo  vệ do có đặc tính ức chế sự phát  triển  các  tổ  chức  vi  sinh  không  mong muốn. Vi khuẩn axit lactic  (LAB)  thường  được  chọn  trong  ứng dụng này vì chúng sản sinh  ra hàng loạt hợp chất có tính ngăn  chặn như các axit hữu cơ, hyđro  peroxit,  điaxetyl,  bacteriocins,  hoặc  chúng  cạnh  tranh  với  các  tổ  chức  vi  sinh  khác  bằng  cách  làm suy kiệt nguồn dinh dưỡng.  Ngoài  ra,  LAB  gắn  liền  với  các  sản phẩm lên men truyền thống,  nên  bản  thân  nó  đã  đạt  chuẩn  (US FDA) công nhận.

LAB tồn tại trong tự nhiên và  thường  phát  hiện  thấy  ở  nhiều  thực  phẩm  cũng  như  trong  cơ  quan  sinh  dục,  ruột  và  khoang  miệng của con người và động vật.  Theo kinh nghiệm từ hàng nghìn  năm nay, con người đã sử dụng  LAB  nội  sinh  để  lên  men  sữa,  thịt, rau hoa quả để tạo ra những  sản phẩm ổn định mới  sau quá  trình axit hoá. Các loài LAB đang  sử dụng đã được chọn lọc và sản  xuất  thương mại với  các  loại vi  khuẩn  thúc  lên men  dạng  khô,  có thể bổ sung vào thực phẩm và  cho phép kiểm soát  tốt hơn quá  trình lên men.

Trong một thời gian dài, LAB  không được coi  trọng  trong bảo  quản  thủy sản do người  ta nghĩ  chúng không có trong cơ thịt của  thủy sản tươi, vì đặc tính của cơ  thịt thủy sản tươi là ưa vi khuẩn  gam âm trong nước biển. Nhưng từ  những  năm  90,  người  ta  đã  chứng  minh  sự  có  mặt  của  số  lượng  lớn LAB  trong  sản phẩm  thủy  sản  bảo  quản  nhẹ,  và  đã  tích  cực  nghiên  cứu  về  chúng.  Tuy  nhiên,  hiện  nay  vẫn  có  rất  ít ứng dụng trong các sản phẩm  thủy sản.

Rào cản chính  là LAB không  được  phép  làm  thay  đổi  các  phẩm chất cảm quan tinh tế của   sản  phẩm. Nhiều  vi  khuẩn  cho  những kết quả hứa hẹn trong môi  trường chất lỏng lại không có tác  dụng với thủy sản vì chúng phát  triển rất kém trong các điều kiện  môi trường hoặc sinh ra mùi khó  chịu. Gần đây mới có chiến dịch  tuyển chọn các  loại LAB có mặt  tự  nhiên  trong  thủy  sản  để  sử  dụng  cho  thủy  sản  bảo  quản  ở  nhiệt độ ướp lạnh.
Rủi ro của vi sinh 

Thủy  sản  hư  hỏng  chủ  yếu  là do  tác động  của vi  sinh. Tuy  nhiên,  từ  lâu người  ta vẫn chưa  hiểu được  cơ  chế  làm hỏng  sản  phẩm thủy sản đã qua bảo quản  nhẹ  của  vi  sinh.  Thực  tế,  hệ  vi  sinh  của  các  sản  phẩm  này  rất  phức tạp và khác nhau tùy theo  xuất  xứ  của  nguyên  liệu,  các  điều kiện vệ sinh trong nhà máy,  quy  trình  chế  biến  và  các  điều  kiện bảo quản. Ngày nay, người  ta  thừa  nhận  rằng một  số  LAB  như Enterobacteriacea, Brochothrix  thermosphacta  và  các  vi  khuẩn  gam  âm  biển điển  hình  thường  liên can đến hư hỏng có thể tồn  tại và tác động qua lại theo cách  rất phức tạp.

Vi  khuẩn mầm  bệnh  từ  con  người  hoặc  từ  nguồn  gốc  chế biến  (Salmonella,  Escherichia  coli,  Staphylococcus)  đều  có  thể  tìm  thấy  trong  sản  phẩm  và  có  thể  tạo  thành  một  mối  nguy,  ngay  cả  khi  ở mức  tổng  khuẩn  thấp.  Vì  vậy,  cần  có  các  quy  trình  vệ  sinh  tốt  để  không  cho  các  sản  phẩm bị nhiễm bẩn sau chế biến.  Tuy nhiên, vi khuẩn mang mầm  bệnh  vốn  có  mặt  một  cách  tự  nhiên  trong  môi  trường  nước  hay  trong  thủy  sản  cũng  có  thể  gây  ra  các  vấn  đề  (ví  dụ  Vibrio  cholerae,  V  parahaemolyticcus,  Clostridium  botulinum  típ  E,  vi  khuẩn  sinh  histamine,  Listeria  monocytogenes) và điều  cần  thiết  là  ngăn  chặn  triệt  để  sự  tăng  trưởng  của  chúng. Có  thể  kiểm  soát  phần  lớn  trong  số  chúng  bằng cách tôn trọng nghiêm ngặt  việc bảo quản ướp lạnh và có đủ  chất bảo quản (ví dụ muối, xông  khói v,v…).

L monocytogenes  là mối nguy  vi sinh chính liên quan đến thực  phẩm bảo quản nhẹ vì nó có thể phát  triển  ngay  cả  ở  nhiệt  độ  thấp  (00 C), độ pH  thấp  (4,5),  cả  trong  điều  kiện  hiếu  khí  và  kỵ  khí. L monocytogenes  là vi khuẩn  gây  bệnh  listeriosis,  một  loại  bệnh  nhiễm  trùng  xuất  phát  từ  thực  phẩm  thường  gây  tỷ  lệ  tử  vong  cao  (20-40%).    Trong  các  sản  phẩm  thủy  sản  đã  qua  sơ  chế  như  cá  hồi  xông  khói  lạnh  hay  tôm  thịt  chín  ngâm  nước  muối  và  bảo  quản  trong  bao  bì  có khí biến tính L. monocytogenes  phát triển khác nhau nhưng tăng  lên  rất  nhanh.  Lượng  nhiễm  L.  monocytogenes  ban  đầu  thường  dưới  mức  1CFU/g  nhưng  có  thể tăng lên trong quá trình bảo  quản và có khi vượt ngưỡng cho  phép của châu Âu  là 100 CFU/g  (EC1441/2007) vào cuối thời hạn  sử dụng của sản phẩm. Mặc dù,  có  rất  ít  báo  cáo  về  các  trường  hợp  bị  nhiễm  listeriosis  do  ăn  thủy  sản  nhưng  việc  kiểm  soát  sự phát triển và mối nguy của nó  là rất quan trọng.

Kiểm soát an toàn thực  phẩm với việc bảo quản  bằng vi sinh

Đa số bảo quản bằng vi sinh thủy  sản đều nhằm vào L. monocytogenes.  Vì  khó  có  thể  tiến  hành  với  loại  mầm bệnh hạng  2 này, nên nhiều  công trình nghiên cứu đã được thực  hiện với khuẩn đại diện L  innocua  và kết quả hầu như không có giá trị  đối với L monocytogenes. 

Nhiều tác giả đã lựa chọn một  số  chủng  như  Carmobacterium  maltaromaticum,  C.  divergens  và  Lactobacillus  sakei  để  ức  chế  thành công sự tăng trưởng của L  monocytogenes  trong cá hồi xông  khói lạnh bảo quản chân không,  trong  surimi  và  trong  tôm  thịt  chín  bảo  quản  trong  bao  bì  có  khí  biến  tính.  Một  chủng  của  Lactococcus  piscium  cũng  được  chọn  do  có  tác  dụng  đối  với  L.  monocytogenes  và  Staphylococcus  aureus  trong  tôm.  Tác  dụng  này  nhờ  vào  việc  sản  sinh  ra  bacteriocins, nhưng trong một số trường  hợp  việc  cạnh  tranh  lấy  glucoza  là  tác dụng ức chế phát  triển chính. Tuy nhiên, tất cả các  xét nghiệm này rất hiếm khi lặp  lại đối với các chủng khác nhau  của L. monocytogenes và kết quả  của việc bổ sung men bảo vệ đối với  hệ  thống  vi  sinh  cũng  như  các đặc tính cảm quan của thành  phẩm thường ít được xem xét.

Hiện nay, người ta đã đạt được  nhiều  kết  quả  hứa  hẹn  về  tính  năng chống Listeria của ba chủng  C.  maltaromaticum,  C.  divergens  đối với một tập hợp 60 chủng L.  monocytogenes  trong cá hồi xông  khói.  Tất  cả  các  chủng  Listeria  đều  bị  ức  chế  nhưng  3  nhóm  khác nhau  có  thể khác nhau  rất  rõ  rệt về  tính nhạy  cảm đối với  3  chủng  của  Carmobacterium.  Các  blốc  cá  hồi  xông  khói  lạnh  cùng  được  cấy  Carmobacterium  và  hỗn  hợp  của  các  chủng  L.  monocytogenes.  Trong  tất  cả  các  trường hợp đều thu được các kết  quả suất sắc và một trong những  chủng  này  đã  cho  phép  duy  trì  L.  monocytogenes  ở  mức  <50  CFU/g  (nhiễm ban đầu  là 100 L  monocytogenes/g)  trong bốn  tuần  bảo  quản  bằng  đóng  gói  chân   không ở nhiệt độ 4 và 80C, thậm  chí  đối  với  cả  L  monocytogenes  kém  nhạy  cảm.  Thêm  vào  đó,  cần  lưu  ý  rằng  chủng  vi  khuẩn  này không axit hóa sản phẩm và  không làm thay đổi hệ sinh thái  vi sinh của nó (ngoại trừ Listeria).  Đánh  giá  cảm  quan  cũng    xác  nhận  không  có  biến  đổi  so  với  sản phẩm không được cấy.

Kéo dài thời hạn sử dụng

Một  thách  thức  quan  trọng khác  là  cắt  giảm  hao  hụt  thực  phẩm  khi  bảo  quản do  sự  phát  triển của các tổ chức vi sinh phá  hủy. Tuy nhiên, hầu như chưa có  những nỗ  lực mang  tính  thuyết  phục  trong  việc  kiểm  soát  hệ  vi  sinh  bằng  cách  cấy men  bảo  vệ, nguyên nhân  là do  sự phức  tạp  của  hệ  sinh  thái  vi  sinh  xuất  hiện  trong  sản  phẩm  thủy  sản đã qua  sơ  chế. Hầu hết  các  xét  nghiệm  được  thực  hiện  với  Carmobacterium đã chứng tỏ tính  không hiệu quả của chúng trong  việc  làm  chậm  lại  quá  trình  hư  hỏng của sản phẩm thủy sản.

Mới đây, 2 chủng Leuconoostoc  gelidum  và  2  chủng  Lactobasillus  piscium đã cho kết quả hứa hẹn,  làm chậm  lại quá trình hư hỏng  của  tôm nhiệt đới vốn bị nhiễm  từ trong tự nhiên và cá hồi xông  khói  lạnh đóng gói chân không.  Cá biệt, có ba chủng được chấp  nhận  tốt đối với nhiều  thủy sản  và đối với các điều kiện bảo quản  ướp lạnh, các đặc tính này thường  không thấy ở LAB. Tôm hoặc cá  hồi  lát  xông  khói  lạnh  không  được  cấy  vi  khuẩn  đã  bị  hỏng  hoàn  toàn  sau  28  ngày,  ngược  lại,  khi  được  cấy  các  chủng  vi  khuẩn,  chúng vẫn giữ được  các  đặc  tính  về độ  tươi. Tuy  nhiên,  người ta vẫn chưa hiểu được cơ  chế của hoạt động này và kết quả  dường như không  liên quan  tới  các  chủng  vi  khuẩn  và  các  sản  phẩm thủy sản.

Các khía cạnh về ATTP của  vi khuẩn bảo vệ sinh học 

Khi  ứng  dụng  đối  với  thực  phẩm, cần xem xét các khía cạnh  về  tính ATTP  của  vi  khuẩn  bảo vệ  sinh  học. Cần  phải  kiểm  tra  việc sản sinh ra histamine, vì đây  là  thành  phần  dẫn  đến  các  hội  chứng như dị ứng. Về sản phẩm  thủy sản, hiện chưa hề có báo cáo  nào  về  việc  sản  sinh  histamine  liên quan đến C maltaromaticum,  C  divergens,  Leuconostoc  gelidum  và  Lactobasillus  piscium.  Những  loài LAB có triển vọng này được  nghiên  cứu  để  bảo  quản  sản  phẩm  thủy  sản  đã  không  thể  hiện  vấn  đề  kháng  kháng  sinh  hoặc khả năng có độc tố tế bào.

Ngoại trừ những vi sinh đã đề  cập  trong Quy định  thực phẩm  mới  (1997),  các  tổ  chức  vi  sinh  được sử dụng để bảo vệ sinh học  đối  với  thực  phẩm  đều  không  phụ  thuộc vào quy định ở châu  Âu.  Ngày  19/11/2007,  Cơ  quan  phụ trách ATTP châu Âu (EFSA)  đã thông qua hướng dẫn về Giả  định đủ điều kiện an toàn (QPS)  được  coi  là  tương  đương  của  châu Âu đối với chuẩn GRAS của  Mỹ về mặt đánh giá rủi ro. Tuy  nhiên,  chuẩn  GRAS  này  chỉ  áp  dụng đối với thức ăn và vẫn còn  một khoảng cách trong việc kiểm  soát đối với ứng dụng vào  thực  phẩm. Một danh mục các nhóm  vi sinh được đánh giá là phù hợp  với chuẩn QPS đã được xuất bản  trong  Tạp  chí  EFSA  (2008),  bao  gồm 73 loài của các nhóm vi sinh,  trong đó có 47 loài LAB thuộc về  loại Bifdobacterium, Lactobasillus,  Lactococcus,  Streptococcus,  Leuconostoc,  Pediococcus  và  Propionibacterium.  Các  chủng  có  thể  dùng  trong  sản  phẩm  thủy  sản  như  Carmobacterium  sp,  Lactobasillus  sp,  Lactococcus  sp được phát hiện ở mức cao rất phổ  biến  trong  sản  phẩm  hải  sản  nhưng  con  người  không  có hói quen sử dụng chúng để bảo  quản thủy sản. Sự hiện diện của  chúng  trong sản phẩm  thủy sản  và những  lợi  thế  tiềm năng  của  chúng  trong  việc  quản  lý  chất  ượng và ATTP chỉ mới được phát  hiện trong 10-20 năm trở lại đây.

Có  thể dự đoán  trong  tương  ai sẽ phải có hướng dẫn về đánh  giá  rủi  ro  đối  với  các  chủng  vi  khuẩn  C.  maltaromaticum,  C.  divergens, Leuconostoc gelidum và  Lactobasillus  piscium,  là  những  vi khuẩn có tính bảo vệ rất tiềm  năng đối với sản phẩm thủy sản  nhưng không được đưa vào danh  mục QPS. Việc loại trừ đó không  hàm ý một  rủi  ro nào  liên quan  đến việc  sử dụng chúng. Nhiều  nhóm vi  sinh  thường gặp  trong sản xuất thực phẩm không được  xem xét, đơn giản chỉ vì hiện nay  chúng  chưa  phải  là  đối  tượng  của các loại giấy phép khi đưa ra  thị trường, vì vậy cần thông báo  cho EFSA. Danh mục QPS được  cập  nhật  hằng  năm.  Chắc  chắn  nhiều  chủng  vi  khuẩn  bảo  vệ  thủy sản sẽ đạt được chuẩn QPS  nếu thông báo cho EFSA.

Kết luận

Việc  sử dụng vi  sinh để bảo  quản  trong ngành  thủy  sản vẫn  chưa  phổ  biến  như  với  các  sản  phẩm  thịt và sữa, mặc dù đã có  những kết quả hứa hẹn trong việc  giảm  thiểu  L.  monocytogenes  và  kéo dài  tuổi  thọ sản phẩm. Hầu  hết các công ty lớn sản xuất men  thúc vi sinh không bán LAB cho  các ứng dụng đối với thủy sản vì chưa phát hiện đủ các chủng. Tuy  nhiên, tình hình chuyển biến rất  nhanh. Về ATTP, với trên 20 năm  nghiên cứu cơ bản và ứng dụng  về  các  chủng C. maltaromaticum,  C. divergens đã cho phép có được  các  dữ  liệu  phân  loại  học  về  tế  bào  chính  xác,  kiểm  chứng  về  ATTP và bằng chứng thuyết phục  về  hiệu  quả  sinh  lợi  của  chúng  đối với việc kiểm soát rủi ro của  L. monocytogenes  trong  thủy  sản  bảo  quản  nhẹ mà  không  có  bất  cứ tác động tiêu cực nào đối với  đặc tính cảm quan của chúng.  

Cải tiến chất lượng sản phẩm thủy  sản  vẫn  còn  là một  thách thức vì cơ chế làm hỏng của các sản phẩm vẫn  rất khác nhau, vì vậy việc  tuyển chọn các  tổ chức vi sinh bảo vệ phải phù hợp với từng  tập  hợp  và  từng  nhà máy chế  biến.  Tuy  nhiên,  có  nhiều chủng  đã  sẵn  sàng  cho một  số ứng  dụng.  Một  loại  men  thúc đã  được  cấp  bằng  sáng  chế  có tên  LLO  của một  công  ty  Pháp (Bioceane, Nantes, Pháp) đã được thương  mại  hóa  phục  vụ  cho việc bảo quản  riêng đối với  sản phẩm thủy sản như tôm thịt chín.

Số các công trình nghiên cứu ngày  càng  tăng  với  mục  đích khai thác khả năng của LAB biển nhằm  kiểm  soát  chất  lượng  và ATTP  thực phẩm của  sản phẩm hải  sản.  Công  nghệ  này  được dùng  như  một  rào  chắn  ngăn chặn  sự  phát  triển  của  các  tổ chức vi sinh không mong muốn, nhưng  không  thể  thay  thế  cho các quy trình vệ sinh tốt.