Coliform là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và phân loại Coliform

Coliform là một nhóm vi khuẩn hình que, Gram âm, không sinh bào tử, có khả năng lên men lactose tạo axit và khí trong vòng 24 đến 48 giờ ở 35–37°C. Nhóm này được sử dụng rộng rãi như một chỉ thị vi sinh đối với ô nhiễm nước và thực phẩm vì sự hiện diện của chúng thường liên quan đến nguy cơ có mặt các vi khuẩn gây bệnh đường ruột. Coliform không phải là một phân loại chính xác trong hệ thống vi khuẩn học mà là nhóm chỉ thị dựa trên tính chất sinh hóa chung.

Coliform có nguồn gốc từ nhiều môi trường khác nhau, bao gồm đất, hệ rễ thực vật, chất hữu cơ phân hủy và phân của động vật máu nóng. Đặc điểm lên men lactose kèm sinh khí khiến nhóm này dễ được phát hiện bằng các kỹ thuật nuôi cấy chuẩn hóa. Một số chi phổ biến thuộc nhóm coliform gồm Enterobacter, Klebsiella, Citrobacter và Escherichia.

Một số phân nhóm chính trong hệ coliform thường được sử dụng:

• Coliform tổng số: tất cả vi khuẩn thuộc nhóm có khả năng lên men lactose ở 35–37°C.
• Coliform phân: các chủng có nguồn gốc từ đường ruột, phát triển ở nhiệt độ cao hơn 44–45°C.
• Escherichia coli: nhóm đại diện quan trọng, phản ánh trực tiếp ô nhiễm phân.

Đặc điểm sinh học của Coliform

Coliform có cấu trúc đơn giản đặc trưng của vi khuẩn Gram âm với lớp màng ngoài chứa lipopolysaccharide, lớp màng tế bào và không có vách bào tử. Điều này khiến coliform nhạy cảm hơn với các điều kiện khử trùng như nhiệt, clo và bức xạ UV. Kích thước của coliform thường từ 0.5 đến 2 micromet, hình dạng que thẳng hoặc hơi cong. Chúng có thể có hoặc không có tiên mao, tùy từng loài trong nhóm.

Về dinh dưỡng, coliform phát triển tốt trong môi trường giàu carbohydrate, có thể sử dụng lactose làm nguồn carbon thông qua quá trình lên men. Quá trình này tạo thành axit và khí CO₂, đặc trưng cho nhóm. Khả năng tồn tại trong môi trường nước và đất ẩm giúp coliform trở thành chỉ thị hiệu quả cho sự xâm nhập của vi khuẩn đường ruột.

Một số đặc tính sinh học tiêu biểu của coliform có thể được hệ thống hóa:

Đặc tính	Mô tả
Gram	Gram âm, không sinh bào tử
Hình dạng	Hình que, kích thước 0.5–2 μm
Điều kiện sinh trưởng	Hiếu khí hoặc kỵ khí tùy tiện
Đặc điểm sinh hóa	Lên men lactose sinh khí

Phân biệt Coliform tổng và Coliform phân

Coliform tổng số bao gồm tất cả các vi khuẩn có khả năng lên men lactose ở điều kiện 35–37°C. Các loài trong nhóm này có thể xuất hiện tự nhiên trong đất, thực vật, nước mặt và môi trường ẩm. Vì không phải tất cả coliform tổng đều có nguồn gốc từ phân, việc phát hiện nhóm này cho thấy sự suy giảm chất lượng nước nhưng không khẳng định chắc chắn ô nhiễm phân.

Coliform phân, đặc biệt là E. coli, phát triển ở nhiệt độ cao hơn 44–45°C và có nguồn gốc rõ ràng từ đường ruột động vật máu nóng. Sự hiện diện của chúng là dấu hiệu mạnh cho thấy ô nhiễm phân tươi và nguy cơ nhiễm các vi khuẩn gây bệnh như Salmonella, Shigella, Campylobacter. Coliform phân có khả năng tồn tại kém hơn trong môi trường so với coliform tổng, do đó phản ánh ô nhiễm gần thời điểm quan sát.

Bảng so sánh hai nhóm giúp minh họa rõ sự khác biệt:

Tiêu chí	Coliform tổng	Coliform phân
Nguồn gốc	Đất, cây, nước mặt, phân	Ruột người và động vật
Nhiệt độ phát hiện	35–37°C	44–45°C
Độ đặc hiệu về ô nhiễm phân	Thấp	Cao
Đại diện phổ biến	Enterobacter, Klebsiella	Escherichia coli

Coliform trong giám sát chất lượng nước

Coliform được sử dụng như chỉ thị đặc hiệu trong giám sát nước sinh hoạt, nước uống, nước hồ chứa và nước ngầm. Sự hiện diện của coliform tổng làm giảm giá trị an toàn của nguồn nước, còn coliform phân phản ánh nguy cơ trực tiếp của ô nhiễm phân. Theo khuyến cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), mẫu nước uống đạt chuẩn không được chứa bất kỳ coliform phân nào trong 100 mL mẫu thử.

Việc xét nghiệm coliform mang lại nhiều lợi ích do chúng dễ nuôi cấy, tỉ lệ phát hiện cao và chi phí thấp. Coliform cũng tương quan tốt với sự xuất hiện của các tác nhân gây bệnh đường ruột như virus, vi khuẩn và ký sinh trùng, giúp cơ quan quản lý đưa ra các biện pháp khử trùng kịp thời.

Một số thông số thường được dùng để giám sát chất lượng nước:

• Coliform tổng: chỉ báo suy giảm vệ sinh môi trường
• Coliform phân: chỉ báo ô nhiễm phân tươi
• E. coli: chỉ thị chính xác nhất về phân người

Các phương pháp phát hiện Coliform

Việc phát hiện coliform là bước quan trọng trong giám sát vệ sinh nguồn nước và thực phẩm. Các phương pháp được sử dụng cần đảm bảo tính nhạy, độ đặc hiệu, khả năng định lượng và chi phí phù hợp với quy mô ứng dụng. Các kỹ thuật truyền thống vẫn được duy trì bên cạnh các công nghệ phát hiện nhanh hiện đại.

Một số phương pháp phổ biến gồm:

• Phương pháp ống nhiều lớp (Multiple-Tube Fermentation – MTF): Dựa trên lên men lactose sinh khí, cho kết quả MPN (Most Probable Number), thường mất 48 giờ.
• Lọc màng (Membrane Filtration – MF): Nước được lọc qua màng 0.45 μm, sau đó ủ trên môi trường chọn lọc để đếm khuẩn lạc đặc trưng.
• Phản ứng enzyme (Colilert/Colisure): Sử dụng cơ chất phát huỳnh quang hoặc chuyển màu khi bị phân hủy bởi β-galactosidase và β-glucuronidase đặc hiệu cho coliform và E. coli.

So sánh ba phương pháp chính:

Phương pháp	Thời gian	Ưu điểm	Hạn chế
Ống nhiều lớp	48 giờ	Chi phí thấp, dễ triển khai	Định lượng gián tiếp, tốn thời gian
Lọc màng	24–48 giờ	Định lượng trực tiếp, độ chính xác cao	Cần thiết bị lọc, không phù hợp nước đục
Enzyme (Colilert)	18–24 giờ	Nhanh, nhạy, xác định đồng thời coliform và E. coli	Chi phí cao hơn, phụ thuộc vào hóa chất đặc hiệu

Các hệ thống như IDEXX Colilert hoặc Quanti-Tray thường được sử dụng tại các trung tâm kiểm nghiệm và nhà máy xử lý nước nhờ khả năng tự động hóa và định lượng MPN chính xác trong thời gian ngắn.

Giới hạn cho phép trong thực phẩm và nước

Giới hạn coliform cho phép được quy định bởi các cơ quan y tế và an toàn thực phẩm nhằm đảm bảo sức khỏe cộng đồng. Mỗi loại sản phẩm và mục đích sử dụng có ngưỡng an toàn riêng, thường tính bằng số khuẩn lạc CFU (Colony Forming Units) hoặc số MPN trên đơn vị thể tích/khối lượng.

Một số mức giới hạn phổ biến:

• Nước uống: Không phát hiện coliform phân trong 100 mL (theo WHO và QCVN 01:2009/BYT – Bộ Y tế Việt Nam)
• Sữa tươi: Dưới 100 CFU/mL (theo CODEX STAN 206-1999)
• Thịt chế biến: Dưới 10² CFU/g (theo EU Regulation 2073/2005)
• Nước giải khát, nước đá: Không có coliform hoặc E. coli trong 100 mL mẫu

Việc vượt quá giới hạn này buộc phải có hành động khắc phục như tái xử lý, thu hồi sản phẩm hoặc truy xuất nguồn gây ô nhiễm vi sinh. Kiểm soát coliform là chỉ tiêu bắt buộc trong đánh giá điều kiện vệ sinh nhà máy chế biến thực phẩm, xử lý nước và y tế công cộng.

Ý nghĩa sức khỏe và nguy cơ liên quan

Coliform không nhất thiết là vi khuẩn gây bệnh, nhưng sự hiện diện của chúng trong nước và thực phẩm cho thấy nguy cơ tồn tại các vi sinh vật gây bệnh khác. Một số chủng E. coli đặc biệt nguy hiểm với người như O157:H7, có thể gây tiêu chảy ra máu, hội chứng urê huyết tán (HUS) và tổn thương thận cấp.

Nguy cơ sức khỏe khi nhiễm coliform phụ thuộc vào liều tiếp xúc, độc lực chủng vi khuẩn, và tình trạng miễn dịch của người nhiễm. Trẻ nhỏ, người cao tuổi và bệnh nhân suy giảm miễn dịch dễ bị ảnh hưởng nhất. Các biểu hiện lâm sàng có thể bao gồm:

• Tiêu chảy, đau bụng, sốt
• Buồn nôn, mất nước
• Nhiễm trùng huyết, viêm đường tiết niệu

Đã có nhiều đợt bùng phát bệnh lý đường tiêu hóa tại các quốc gia phát triển và đang phát triển liên quan trực tiếp đến nước uống và thực phẩm nhiễm E. coli. Việc kiểm soát coliform là bước quan trọng để ngăn ngừa các dịch bệnh truyền nhiễm quy mô lớn.

Biện pháp xử lý và phòng ngừa

Để kiểm soát coliform trong nước, các biện pháp xử lý hiệu quả gồm:

• Khử trùng bằng clo: Duy trì nồng độ clo dư ≥ 0.5 mg/L trong 30 phút
• Chiếu xạ UV: Tia UV phá vỡ DNA vi khuẩn, hiệu quả cao với liều > 40 mJ/cm²
• Lọc màng: UF (ultrafiltration) hoặc RO (reverse osmosis) loại bỏ hầu hết vi khuẩn
• Đun sôi: Nước đun sôi 100°C trong ít nhất 5 phút đảm bảo an toàn sử dụng

Đối với thực phẩm, cần thực hiện đồng thời các biện pháp:

• Tuân thủ quy trình HACCP trong chế biến
• Bảo quản lạnh đúng cách (< 4°C với thực phẩm tươi sống)
• Khử trùng bề mặt, dụng cụ và nguồn nước chế biến
• Đào tạo an toàn vệ sinh thực phẩm cho nhân viên

Coliform trong bối cảnh môi trường và đô thị hóa

Sự hiện diện của coliform trong môi trường là kết quả của hoạt động sinh hoạt, chăn nuôi và công nghiệp không được xử lý đúng quy cách. Nguồn thải sinh học từ nước thải chưa qua xử lý có thể làm ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm và đất canh tác. Quá trình đô thị hóa nhanh làm tăng tải lượng coliform vào hệ sinh thái tự nhiên.

Tại các đô thị và vùng ven đô, nhiều nghiên cứu ghi nhận nồng độ coliform trong các kênh, mương và hồ chứa vượt mức cho phép hàng chục đến hàng trăm lần. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về đầu tư hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, kiểm soát chất lượng nước tưới tiêu và cải thiện hành vi vệ sinh cộng đồng.

Việc quản lý coliform hiệu quả cần sự phối hợp liên ngành giữa y tế, môi trường, nông nghiệp và giáo dục. Giải pháp dài hạn bao gồm:

• Xây dựng hạ tầng cấp thoát nước đồng bộ
• Áp dụng quy trình xử lý sinh học tại hộ gia đình
• Thực hiện giám sát vi sinh định kỳ tại các cơ sở có nguy cơ cao

Tài liệu tham khảo

1. WHO – Guidelines for Drinking-water Quality
2. U.S. EPA – Total Coliform Rule and E. coli
3. CDC – Water Disinfection and Bacterial Testing
4. IDEXX – Colilert System for Detection of Coliforms
5. FDA – Bacteriological Analytical Manual (BAM)