Cơm nguội để qua đêm ở nhiệt độ phòng gây nôn ói, nồi thịt hầm nấu kỹ vẫn gây tiêu chảy cho cả bếp ăn, đồ hộp phồng sau vài tháng: thủ phạm chung là những vi khuẩn có khả năng tạo bào tử. Bào tử là dạng sống bền bỉ nhất mà người làm an toàn thực phẩm phải đối mặt, và là lý do nhiều quy trình xử lý nhiệt được thiết kế khắt khe như hiện nay.
Bào tử vi khuẩn là gì?
Bào tử (nội bào tử, endospore) là dạng ngủ, cực kỳ bền vững mà một số vi khuẩn Gram dương tạo ra khi môi trường trở nên bất lợi, chủ yếu là khi cạn kiệt dinh dưỡng. Bào tử không trao đổi chất, không sinh sản, nhưng có thể tồn tại nhiều năm và “thức dậy” khi điều kiện thuận lợi trở lại.
Các chi sinh bào tử quan trọng trong thực phẩm: Bacillus, Clostridium, Geobacillus, Alicyclobacillus, Paenibacillus, Desulfotomaculum. Cần phân biệt với bào tử nấm mốc (bào tử đính), vốn là cơ quan sinh sản và kém chịu nhiệt hơn nhiều.
Vì sao bào tử bền đến vậy?
- Lõi bị khử nước mạnh: hàm lượng nước rất thấp làm protein và enzyme gần như “đóng băng” ở trạng thái bền nhiệt.
- Axit dipicolinic kết hợp canxi: chiếm tỷ lệ lớn trong lõi, góp phần chịu nhiệt.
- Protein bảo vệ DNA (SASP) chống lại nhiệt, tia UV, hóa chất.
- Vỏ (cortex) và áo bào tử nhiều lớp ngăn hóa chất thấm vào.
Kết quả là bào tử chịu được đun sôi, sấy khô, tia UV, nhiều chất khử trùng và cồn ở mức mà tế bào sinh dưỡng chết ngay lập tức. Muốn tiêu diệt bào tử của Clostridium botulinum phải cần nhiệt độ khoảng 121 °C trong nhiều phút.
Nảy mầm: khi bào tử trở lại hoạt động
Bào tử nảy mầm khi nhận được tín hiệu từ môi trường, ví dụ các axit amin như L-alanine, đường, nucleoside. Một cú “sốc nhiệt” vừa phải, như khi nấu, lại có thể kích hoạt bào tử nảy mầm nhanh hơn. Sau khi nảy mầm, bào tử trở thành tế bào sinh dưỡng, phát triển và có thể sinh độc tố nếu thực phẩm được giữ ở nhiệt độ thích hợp.
Đây là nghịch lý quan trọng: nấu chín diệt hết vi khuẩn cạnh tranh nhưng để lại bào tử đã được kích hoạt, nên thực phẩm nấu chín rồi để nguội chậm lại là môi trường lý tưởng cho vi khuẩn sinh bào tử.
Các vi khuẩn sinh bào tử nguy hiểm
- Clostridium botulinum: kỵ khí, sinh độc tố thần kinh botulinum cực mạnh. Nguy cơ cao trong đồ hộp ít axit tiệt trùng không đạt, thực phẩm đóng gói kín tự làm, thực phẩm lên men truyền thống không kiểm soát, cá đóng gói chân không bảo quản không đủ lạnh.
- Clostridium perfringens: gây ngộ độc thường gặp ở bếp ăn tập thể với các món thịt, nước hầm, cà ri nấu số lượng lớn rồi để nguội chậm. Vi khuẩn phát triển rất nhanh ở khoảng 40–45 °C và sinh độc tố trong ruột người.
- Bacillus cereus: có hai dạng ngộ độc. Dạng nôn do độc tố cereulide bền nhiệt hình thành trong thực phẩm, điển hình ở cơm, cơm chiên để lâu ở nhiệt độ phòng; hâm nóng lại không phá hủy được độc tố. Dạng tiêu chảy do độc tố sinh ra trong ruột, liên quan đến thịt, rau, súp, sữa.
- Vi khuẩn gây hư hỏng: Geobacillus stearothermophilus gây chua phẳng đồ hộp; Alicyclobacillus acidoterrestris chịu axit, gây mùi thuốc sát trùng (guaiacol) trong nước ép trái cây; Paenibacillus, Bacillus ưa lạnh làm hỏng sữa thanh trùng.
Kiểm soát bào tử trong sản xuất
- Tiêu diệt: tiệt trùng ở nhiệt độ trên 100 °C dưới áp suất (đồ hộp, UHT) theo khái niệm 12D cho C. botulinum.
- Ngăn nảy mầm và phát triển khi không thể tiêu diệt:
- pH từ 4,6 trở xuống ngăn C. botulinum phát triển.
- Hoạt độ nước thấp (dưới khoảng 0,94 với C. botulinum nhóm phân giải protein).
- Bảo quản lạnh nghiêm ngặt.
- Muối, nitrite (trong thịt chế biến), nisin.
- Làm nguội nhanh thực phẩm đã nấu: hướng dẫn phổ biến như FDA Food Code yêu cầu làm nguội từ 57 °C xuống 21 °C trong vòng 2 giờ và tiếp tục xuống 5 °C trong tổng thời gian không quá 6 giờ. Chia nhỏ khối lượng, dùng khay nông, ngâm đá, tủ làm lạnh nhanh giúp đạt yêu cầu.
- Giữ nóng trên khoảng 60 °C nếu phục vụ trong nhiều giờ.
- Kiểm soát nguyên liệu: gia vị, bột, sữa bột là nguồn mang bào tử phổ biến; chọn nguyên liệu có chỉ tiêu bào tử thấp cho sản phẩm nhạy cảm.
Các công nghệ mới và bào tử
Nhiều công nghệ không dùng nhiệt như xử lý áp suất cao (HPP), xung điện trường, chiếu tia UV có hiệu quả tốt với tế bào sinh dưỡng nhưng hiệu quả hạn chế với bào tử. Vì vậy sản phẩm HPP ít axit vẫn cần bảo quản lạnh. Kết hợp áp suất cao với nhiệt độ cao đang được nghiên cứu để tiêu diệt bào tử mà vẫn giữ chất lượng.
Kiểm nghiệm bào tử
Để đếm bào tử, mẫu được xử lý nhiệt (ví dụ khoảng 80 °C trong 10 phút) để tiêu diệt tế bào sinh dưỡng và kích hoạt bào tử, sau đó cấy lên môi trường phù hợp, ủ ở nhiệt độ ưa ấm hoặc ưa nhiệt, hiếu khí hoặc kỵ khí tùy nhóm cần đếm. Ngành sữa thường kiểm soát bào tử ưa nhiệt trong sữa bột, đặc biệt nguyên liệu cho sữa công thức và sản phẩm UHT.
Câu hỏi thường gặp
Đun sôi có diệt được bào tử không? Đun sôi ở 100 °C không đủ để tiêu diệt bào tử của nhiều loài như C. botulinum, B. cereus. Cần tiệt trùng dưới áp suất hoặc kiểm soát bằng pH, nhiệt độ bảo quản.
Vì sao cơm nguội để lâu có thể gây ngộ độc? Bào tử B. cereus trong gạo sống sót qua nấu, nảy mầm khi cơm nguội dần ở nhiệt độ phòng và sinh độc tố gây nôn chịu nhiệt; hâm nóng lại không phá hủy được độc tố này. Cơm nên được làm nguội nhanh và bảo quản lạnh nếu không dùng ngay.
Thuật ngữ liên quan
- Số có xác suất lớn nhất (Most probable number)
- Pha tiềm phát (Lag phase)
- Coliform (Coliforms)
- Pha lũy thừa (Log phase)
- Đơn vị hình thành khuẩn lạc (Colony forming unit)