Bài giảng Kỹ thuật bao gói

11/4/2009 1 SHELF-LIFE VÀ SỰ THÔI NHIỄM 1 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 1. Giới thiệu chung y Theo viện khoa học và công nghệ thực phẩm Mỹ (IFST) tuổi thọ sản phẩm (shelf-life) là thời gian mà trong đó sản phẩm thực hẩ ẫ d ì đ ò ủ ả hẩ d ì đ á 2 p m v n uy tr ược sự an t an c a s n p m; uy tr ược c c yêu cầu về mặt cảm quan, hóa học, vật lý và vi sinh của thực phẩm và đảm bảo giữ được mọi chỉ tiêu dinh dưỡng được công bố trên nhãn sản phẩm. y Chú ý: Nếu sản phẩm vẫn an tòan nhưng những tính chất cảm quan, hóa học, vật lý và vi sinh không được duy trì thì vẫn không thể chấp nhận được. 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ y Shelf-life của sản phẩm là một phần rất quan trọng trong qui trình phát triển một sản phẩm. Đứng trên quan điểm của công nghệ bao gói thì shelf-life càng quan trọng vì trong nhiều trường hợp bao bì và kỹ thuật bao gói là giới hạn của shelf-life của sản phẩm. y Trong nghiên cứu phát triển sản phẩm người ta cần phải cân nhắc đến việc chọn lựa bao bì và kỹ thuật bao gói ngay từ rất sớm. y Shelf-life của sản phẩm được kiểm tra bằng cách giữ các mẫu sản phẩm cuối cùng trong điều kiện mô phỏng như trường hợp sản phẩm sẽ phải trãi qua trong quá trình phân phối từ nhà sản xuất đến tay người tiêu dùng cuối cùng. Sau quá trình bảo quản, các sản phẩm sẽ được đánh giá dựa vào các chỉ tiêu vi sinh, hóa học, vật lý và cảm quan. y Trong trường hợp sản phẩm có shelf-life dài, cần phải có những phương pháp gián tiếp hay phương pháp dự báo để xác định shelf-life. Có một số phương pháp được sử dụng để kiểm tra độ ổn định của sản phẩm và xác định shelf-life như: bảo quản trong điều kiện nhiệt độ cao, phương pháp ẩ ắ 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 3 tăng m và l c hoặc phương pháp đưa ra ánh sáng. Các phương pháp này được gọi là phương pháp gia tốc. y Ngòai ra, người ta cũng sử dụng phương pháp mô phỏng tóan học để dự đóan shelf-life của sản phẩm. 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng và shelf-life 4 y Đối với nhiều sản phẩm thực phẩm thì shelf-life bị giới hạn bởi một số yếu tố nào đó và có thể dự đoán ngay trong lúc phát triển sản phẩm. Các yếu tố đó có thể được xác định bằng kinh nghiệm đối với những sản phẩm tương tự hay từ sự phân tích dựa vào các yếu tố: { Bản chất của sản phẩm (yếu tố do bản thân thực phẩm) { Ảnh hưởng của môi trường mà sản phẩm sẽ trãi qua (yếu tố bên 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ ngoài). { Sự tương tác qua lại giữa hai yếi tố bên trong và bên ngòai sản phẩm làm ảnh hưởng đến sản phẩm. 11/4/2009 2 y Các yếu tố bản chất của thực phẩm bao gồm: { Họat độ nước aw { pH, độ acid tổng, dạng acid có trong thực phẩm { Các vi sinh vật tự nhiên của thực phẩm và số lượng vi sinh vật ô ả hẩ ối ùs ng trong s n p m cu c ng { Mức độ oxy trong sản phẩm { Thế oxy hóa khử của sản phẩm { Các thành phần hóa học, hóa sinh tự nhiên sản phẩm { Các chất bảo quản đã thêm vào (Vd: muối, gia vị, chất chống 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 5 oxy hóa …) { Công thức sản phẩm { Các tương tác của sản phẩm với bao bì (sự thôi nhiễm…) y Các yếu tố bên ngoài là kết quả tác động của môi trường mà sản phẩm trãi qua trong suốt thời gian bảo quản, phân phối, bao gồm: { Điều kiện nhiệt độ trong quá trình chế biến { Nhiệt độ kiểm sóat trong suốt quá trình lưu kho và phân phối Độ ẩ ôi ờ{ m m trư ng { Điều kiện chiếu sáng (tia UV và IR) { Thành phần khí quyển bên trong bao bì { Các tác động do người tiêu dùng gây ra khi sử dụng y Các yếu tố bên trong thì phụ thuộc vào nguyên liệu, dạng sản phẩm 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 6 và công nghệ chế biến và hầu như rất khó tác động. Riêng về các yếu tố bên ngoài do môi trường gây ra luôn tác động vào shelf-life của sản phẩm và nhiệm vụ của bao bì và công nghệ bao gói là làm giảm tác động của các yếu tố môi trường nhằm tăng shelf-life. 3. Sự thôi nhiễm từ bao bì vào thực phẩm 7 y Sự thôi nhiễm được mô tả là hiện tượng khuếch tán của các phân tử và ion từ bao bì vào thực phẩm. Vì vậy, sự tiếp xúc trực tiếp của vật liệu bao gói và thực phẩm là điều kiện tiềm ẩn cho quá trình thôi nhiễm diễn ra. y Ngày nay, sự thôi nhiễm có thể được sử dụng như một yếu tố tích cực đối với thực phẩm trong trường hợp bao gói bằng bao bì hoạt tính (active packaging) và bao bì thông minh (intelligent packaging). Tuy nhiên, trên thực tế thì sự thôi nhiễm không mong muốn từ vật liệu bao bì vào thực phẩm luôn tiềm ẩn những mối 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ nguy đối với an tòan thực phẩm, chất lượng sản phẩm hay ảnh hưởng đến shelf-life của sản phẩm. y Khi nói đến thôi nhiễm thì người ta thường nhắc đến bao bì plastic vì sự thôi nhiễm từ các bao bì khác ít hơn rất nhiều. 3.1. Sự thôi nhiễm từ bao bì plastic 8 y Hiện nay, vấn đề thôi nhiễm từ bao bì plastic rất đựơc quan tâm vì các thực phẩm được bao gói trong bao bì plastic được sử dụng rất rộng rãi. Sự thôi nhiễm sẽ ảnh hưởng đến chất lượng và sự an toàn ẩcủa sản ph m. y Vấn đề thôi nhiễm thường do hai nguyên nhân gây ra: sự sót lại các monomer từ quá trình polymer hóa chưa triệt để và do các chất phụ gia được thêm vào trong quá trình polymer hóa. { Không một quá trình polymer hóa nào có thể triệt để nên vật liệu polymer thì ít nhiều cũng chứa những monomer chưa tham gia phản ứng và tiềm ẩn nguy cơ thôi nhiễm vào thực phẩm 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ . { Phụ gia được bổ sung vào quá trình polymer hóa nhằm thay đổi các tính chất vật lý của các polymer, những chất này cũng tiềm ẩn nguy cơ thôi nhiễm (Vd: chất làm dẻo là tác nhân gây hại cho sức khỏe) 11/4/2009 3 3.2. Tác nhân ảnh hưởng đến sự thôi nhiễm 9 y Mức độ của sự thôi nhiễm từ bao bì vào thực phẩm tiếp xúc với nó phụ thuộc vào số lượng các chất thôi nhiễm trong vật liệu bao bì, mức độ và thời gian thực phẩm tiếp xúc với bao bì trong thời gian bảo quản. { Để giảm sự thôi nhiễm người ta cần phải kiểm soát quá trình sản xuất bao bì để hạn chế tối đa sự tồn tại của các chất thôi nhiễm trong vật liệu bao bì. { Mức độ tiếp xúc giữa thực phẩm và bao bì cũng tác động trực tiếp đến sự thôi nhiễm, trong trường hợp này người ta sử dụng thêm một lớp vật liệu ngăn cách giữa thực phẩm với lớp bao bì có chứa nhiều chất thôi nhiễm. 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ { Thời gian tiếp xúc càng dài thì khả năng thôi nhiễm càng lớn. Đối với các thực phẩm có HSD ngắn từ vài ngày đến vài tuần thì sự ảnh hưởng của thời gian đến sự thôi nhiễm có thể bỏ qua, nhưng đối với các sản phẩm có HSD dài từ vài tháng trở lên thì thời gian tiếp xúc là một yếu tố cần quan tâm. 3.3. Chọn lựa bao bì để tránh sự thôi nhiễm và sự hư hỏng 10 y Trong trường hợp tổng quát thì việc lựa chọn bao bì dựa chủ yếu à iệ đá ứ á ê ầ ủ l ật há t đó đị h áv o v c p ng c c y u c u c a u p p, rong quy n c c vật liệu bao bì phải được kiểm tra để đảm bảo sự thôi nhiễm nằm trong giới hạn an toàn. y Khi lựa chọn vật liệu bao bì cho thực phẩm cần phải cân nhắc các thành phần của thực phẩm và của vật liệu bao bì, cũng như sự tương tác của chúng trên thực phẩm. Thông thường, để lựa chọn ầ 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ vật liệu bao bì người ta c n trả lời 3 câu hỏi: { Câu hỏi 1: Thành phần của vật liệu bao bì? Phải tối thiểu hóa các chất tiềm ẩn nguy cơ thôi nhiễm vào thực phẩm. { Câu hỏi 2: Các khả năng có thể dẫn đến sự thôi nhiễm của các thành phần trong bao bì vào thực phẩm? Các khả năng này phụ thuộc vào thành phần của thực phẩm có ái lực với các chất thôi nhiễm. Đa số các chất thôi nhiễm là những chất kỵ nước nên cần đặc biệt chú ý trong trường hợp thực phẩm có hàm lượng chất béo cao. { Câu hỏi 3: Tác động của các chất thôi nhiễm đến thực phẩm là gì? Các mùi, vị lạ do bao bì ảnh hưởng đến thực phẩm như thế nào? y Vd: sự thôi nhiễm ở cùng mức độ như nhau đối với hai sản phẩm khác nhau, nhưng đối với 1 sản phẩm nó có thể làm giảm chất lượng cảm quan, trong khi ở sản phẩm kia nó lại không bị phát 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 11 hiện. Như vậy, mức độ thôi nhiễm có thể được chấp nhận hay không phụ thuộc vào sự ảnh hưởng của chúng đến tính chất cảm quan của sản phẩm và phải nằm trong giới hạn cho phép của luật định. 3.4. Phương pháp phát hiện sự thôi nhiễm 12 y Để phát hiện sự thôi nhiễm trong thực phẩm người ta thường sử d h i h há là h há ả à h háụng a p ương p p : p ương p p c m quan v p ương p p phân tích sắc ký. { Phương pháp cảm quan có ưu điểm là dễ thực hiện, nhưng khi phát hiện sự thôi nhiễm thì khó xác định đó là chất gì và do thành phần nào gây ra, đồng thời độ nhạy cũng giới hạn. { Phương pháp phân tích sắc ký thường sử dụng là GC/MS, 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ phương pháp này có ưu điểm là phát hiện được sự thôi nhiễm, bản chất chất thôi nhiễm và nguồn thôi nhiễm nhưng phương pháp phức tạp đồng thời chi phí cao. 11/4/2009 4 KỸ THUẬT BAO GÓI HOẠT HÓA ACTIVE PACKAGING 13 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 1. Giới thiệu chung 14 y Bao gói họat hóa là bao bì có sự kết hợp các phụ gia trong thành phần màng bao bì hay bên trong bao bì nhằm mục đích duy trì chất lượng và kéo dài shelf-life sản phẩm. y Bao bì được gọi là họat hóa khi chúng có thể thực hiện thêm một số chức năng trong việc giúp bảo quản thực phẩm ngoài những chức năng của các bao bì thực phẩm thông thường khác. y Các chất phụ gia sử dụng trong kỹ thuật bao gói họat hóa có thể là những phụ gia hay những chất giúp tăng độ tươi của sản phẩm, có thể bao gồm: các chất hấp thu oxy tự do; chất hấp thu CO2, ẩm, ấ ấ ấ 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ ethylene và/hoặc các ch t màu, ch t mùi lạ; hoặc những ch t có khả năng phóng thích ra một số chất như: ethanol, sorbate, chất chống oxy hóa và/hoặc các chất bảo quản khác; giúp duy trì nhiệt độ kiểm soát. y Kỹ thuật bao gói họat hóa đã được áp dụng cho nhiều lọai thực phẩm khác nhau và vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu để áp dụng cho nhiều lọai thực phẩm khác. Tuy nhiên, phải luôn nhớ rằng thực phẩm luôn bị phân hủy tự nhiên và cần phải hiểu rõ bản chất các quá trình này trước khi lựa chọn áp dụng kỹ thuật bao gói họat hóa cho sản phẩm. y Ngòai ra, shelf-life của thực phẩm cũng phụ thuộc nhiều yếu tố khác như: pH, họat độ nước, thành phần dinh dưỡng, các chất chống vi sinh vật, cấu trúc sinh học của thực phẩm… nên khi lựa chọn áp dụng kỹ thuật bao gói họat hóa cũng cần phải cân nhắc 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 15 đầy đủ sự ảnh hưởng của các yếu tố trên đối với thực phẩm. y Các ứng dụng của bao bì họat tính trong thực phẩm có thể tóm tắt như trong bảng sau: 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 16 11/4/2009 5 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 17 2. Chất hấp thu oxy 18 y Oxy trong thực phẩm tham gia vào nhiều quá trình làm ảnh hưởng ế ấ ẩ ấ ấ ểđ n ch t lượng thực ph m. Vì vậy, các ch t h p thu oxy có th lọai bỏ lượng oxy có trong thực phẩm và giúp duy trì chất lượng thực phẩm do các tác động: giảm sự hô hấp; giảm sự oxy hóa các chất màu, viamin; ức chế các phản ứng gây biến màu do enzyme; ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật hiếu khí… y Hiện nay, chất hấp thu oxy được sử dụng trong công nghệ bao gói 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ họat hóa dưới 2 dạng: dạng các gói nhỏ chứa chất hấp thu oxy đặt trong bao bì hoặc có thể kết hợp với các thành phần khác trong vật liệu sản xuất bao bì. { Chất hấp thu oxy dưới dạng gói: trong đó chứa bột sắt và các chất xúc tác phù hợp, các chất này sẽ hút nước tự do trong thực phẩm để tạo thành các hydrate kim lọai họat động có khả năng phản ứng với oxy để tạo thành các oxide kim lọai bền. Các chất hấp thu dạng này có thể làm giảm nồng độ oxy trong thực phẩm xuống dưới 0.01%. Tuy nhiên, các chất hấp thu oxy dạng này không thể áp dụng trong các sản phẩm có họat độ nước cao vì trong môi trường có độ ẩm cao khả năng hấp thu oxy của chúng giảm rất nhanh. { Hiện nay, một số lọai bao bì người ta kết hợp các chất hấp thu oxy trong thành phần vật liệu dưới dạng chai, nắp, nắp khoén để sử dụng cho các lọai nước giải khát. Các chất hấp thu oxy dạng á ó hể là á hấ khử hữ h bi id ối 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 19 n y c t c c c t u cơ n ư: ascor c ac , mu ascorbate hoặc có thể là các chất hấp thu có bản chất enzyme. Do được kết hợp trong vật liệu bao bì nên các dạng bao bì này có thể hấp thu oxy cả ở khoảng không trên sản phẩm hay trong sản phẩm. 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 20 11/4/2009 6 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 21 3. Chất hấp thu và phóng thích khí cacbonic 22 y Một số sản phẩm sau khi bao gói có khả năng phóng thích ra một lượng lớn CO2 trong sản phẩm làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và bao bì. Trong trường hợp này người ta có thể là giảm lượng CO2 bằng hai cách sau: { Một là sử dụng những bao bì chỉ cho thấm khí CO2 từ trong ra ngòai mà không cho những thành phần khác đi từ ngoài vào trong. { Hai là, sử dụng các chất hấp thu CO2 và hấp thu O2 kết hợp. Một trong những chất hấp thu CO2 được sử dụng là calcium oxide kết hợp với than họat tính được chứa trong các gói nhỏ đặt vào trong bao bì thực phẩm 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ . y Trong một số trường hợp người ta cần bổ sung một lượng khí CO2 trong quá trình bảo quản sản phẩm nhằm ức chế họat động của vi sinh vật. Người ta có thể sử dụng các chất phóng thích CO2 như natri bicarbonate hoặc natri ascorbate. 4. Chất hấp thu ethylene 23 y Ethylene là một chất kích thích tăng trưởng ở thực vật, chúng làm tăng nhnah quá trình hô hấp, quá trình già của các lọai nông sản như: rau hoa quả Trong một vài trường hợp người ta cần duy trì, , . hàm lượng ethylene trong bao bì nhằm tạo ra một số tính chất có lợi như: tạo màu cho quả có múi, chuối… nhưng trong hầu hết các trường hợp, người ta cần lọai bỏ ethylene sinh ra trong quá trình bảo quản sản phẩm để kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm. y Các chất hấp thu ethylene thường được sử dụng là KMnO4 cố định trên các chất mang trơ như silicagel. KMnO4 có đặc điểm là khi 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ oxy hóa ethylene thành acetate và ethanol thì chúng chuyển sang màu nâu. y Than họat tính kết hợp với một số xúc tác kim lọai thích hợp cũng là một hỗn hợp có khả năng hấp thu ethylene. y Một số lọai chất hấp thu ethylen đang được bán trên thị trường: 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 24 11/4/2009 7 5. Các chất có khả năng phóng thích ethanol 25 y Ethanol là một chất có khả năng kháng vi sinh vật nên trong một số trường hợp thực phẩm bao gói người ta có thể sử dụng những chất có khả năng phóng thích một lượng ethanol trong quá trình bảo quản. y Ethanol có thể được phun trực tiếp lên sản phẩm trước khi bao gói với dung dịch ethanol 95% sao cho trong sản phẩm có nồng độ khoảng 0.5-1.5%(w/w). Tuy nhiên, trong thực tế người ta thường sử dụng các lọai vật liệu màng có khả năng phóng thích ethanol vì phương pháp này an tòan hơn (ethanol có khả năng tạo thành hỗn 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ hợp nỗ với không khí). y Các vật liệu có khả năng phóng thích ethanol thường là các vật liệu đã được hấp thu ethanol hay ethanol được cố định trên chất mang như silicon dioxide (SiO2). 6. Các bao bì phóng thích chất bảo quản 26 y Hiện nay, một xu hướng đang được các nhà sản xuất quan tâm là sử dụng các bao bì có khả năng phóng thích ra các chất kháng khuẩn hoặc chất chống oxy hóa để bao gói thực phẩm nhằm kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm. y Đã có nhiều lọai màng dạng này được giới thiệu trên thị trường, nhưng phổ biến nhất là lọai màng tổng hợp từ bạc và zeolite, lọai màng này có khả năng phóng thích ra các ion bạc khi tiếp xúc với thực phẩm và các ion bạc là những ion có tính sát khuẩn cao. y Ngòai ra, một số lọai bao bì có khả năng phóng thích ra những chất 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ khác nhau như: { Bao bì kết hợp các phụ gia để phóng thích các chất bảo quản như: propionate, benzoate, sorbate, các chất chiết xuất từ thảo dược… { Bao bì phóng thích các enzyme: peroxidase, lysozyme, glucose oxidase… { Bao bì phóng thích các phức chất như: EDTA, các acid vô cơ, SO2, chlorine dioxide (ClO2)… { Bao bì phóng thích các chất chống mốc như: imazalil, benzomyl… { Bao bì phóng thích các chất chống oxy hóa chất béo như: BHA (b t late h dro anisol) BHT (b t late h dro tol ene) 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 27 u y y xy , u y y xy u , vitamin E… 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 28 11/4/2009 8 7. Các chất có khả năng hút ẩm 29 y Các chất hút ẫm thường được sử dụng nhất là silicagel, calcium dioxide hay đất sét họat tính. Cá hấ hú ẩ h ờ đ ử d d ới d á ói hỏ hứy c c t t m t ư ng ược s ụng ư ạng c c g n c a chất hút ẩm đặt trong các bao bì thực phẩm. Tuy nhiên, để phù hợp với nhiều lọai thực phẩm khác nhau, người ta còn sản xuất các lọai bao bì hút ẩm dưới dạng các tấm lót trong thực phẩm hay dạng các màng phủ thực phẩm để sử dụng cho các sản phẩm có độ ẩm cao như thịt tươi, rau quả tươi. y Các bao bì hút ẩm thường gồm 2 lớp màng xốp có thành phần là 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ PE hoặc PP, kẹp giữa chúng là một lớp vật liệu siêu hút ẩm có khả năng hút lượng nước gấp khỏang 500 lần khối lượng của nó. y Vật liệu siêu hút ẩm được tạo thành từ hỗn hợp muối polyacrylate, CMC và các copolymer của tinh bột. 8. Bao bì hấp thu mùi, vị 30 y Trong nước quả có múi (cam, bưởi) thường bị đắng do limonin gây ra, người ta có thể kết hợp cellulose acetate trong thành phần của lớp màng trong của bao bì tiếp xúc trực tiếp với nước quả để chúng có thể hấp thu limonin trong suốt quá trình bảo quản nhằm làm giảm vị đắng trong sản phẩm. KẾT LUẬN: y Kỹ thuật bao gói họat hóa là một lĩnh vực mới và hứa hẹn nhiều tiếm năng ứng dụng trong bao gói thực phẩm nhằm tăng cường khả ẩ 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ năng bảo quản và kéo dài thời gian sử dụng của thực ph m. y Cùng với sự phát triển của kỹ thuật bao gói, khoa học vật liệu, công nghệ sinh học và nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng, kỹ thuật bao gói hứa hẹn sẽ phát triển mạnh trong tương lai. KỸ THUẬT BAO GÓI BẰNG KHÍ QUYỂN ĐIỀU CHỈNH MODIFIED ATMOSPHERE PACKAGING 31 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 1. Mở đầu 32 y Kỹ thuật bao gói bằng khí quyển điều chỉnh (modified atmosphere packaging – MAP) được định nghĩa là kỹ thuật bao gói các sản phẩm dễ hư hỏng trong điều kiện thành phần khí quyển trong bao bì (vi khí quyển) đã được thay đổi khác với thành phần không khí thông thường (N2 78.08%(v/v), O2 20.96% (v/v), CO2 0.03% (v/v), còn lại là hơi nước và các khí khác). Như vậy, thành phần khí quyển trong bao bì thực phẩm có thể khác với không khí bên ngòai và thành phần này cũng có thể bị thay đổi trong suốt thời gian bảo quản do các biến đổi tront thực phẩm gây ra. N ài ò ó kỹ h ậ bả ả bằ khí ể điề khiể 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ y go ra, c n c t u t o qu n ng quy n u n (controlled atmosphere storage – CAS) là kỹ thuật bảo quản trong đó thành phần khí quyển trong kho bảo quản luôn được kiểm sóat chặt chẻ để đảm bảo nồng độ các thành phần khí trong khí quyển đó không thay đổi trong suốt thời gian bảo quản. 11/4/2009 9 y Cần chú ý rằng, kỹ thuật bao gói bằng MAP có thể giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm và giúp tăng tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường, nhưng MAP không thể giúp cải thiện chất lượng của sản phẩm trong quá trình bảo quản. Vì vậy, để kỹ thuật MAP phát huy hiệu quả thì cần phải kết hợp với các điều kiện thực hành sản xuất tốt thực hành vệ sinh tốt và kiểm sóat tốt các điều, kiện sản xuất. y Trong kỹ thuật MAP, các chất khí thường được sử dụng nhất là oxy, nitơ và carbonic. Ngoài ra, còn một số lọai khí khác như carbon monoxide (CO) hay các khí trơ như heli (He), argon (Ar), xenon (Xe) và neon (Ne). y Việc chọn lựa lọai chất khí sử dụng và thành phần khí quyển hoàn 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 33 tòan phụ thuộc vào lọai thực phẩm sẽ bao gói. Ngòai ra, việc sử dụng một lọai khí đơn lẻ hay kết hợp nhiều lọai khí cũng thường dựa vào sự tối ưu hóa của hai yếu tố: thời gian sử dụng sản phẩm và việc duy trì tính chất cảm quan của sản phẩm. 2.Ảnh hưởng của các chất khí lên khả năng họat động của vsv 34 2.1. Ảnh hưởng của oxy: y Về sự ảnh hưởng của oxy lên sự phát triển của vi sinh vật thì rất hiề tài liệ đã iết ề iệ à à t đó i i h ật đ hin u u v v v c n y v rong v s n v ược c a thành những nhóm khác nhau dựa vào khả năng phát triển của chúng trong các nồng độ oxy khác nhau, bao gồm: { Vi sinh vật hiếu khí { Vi sinh vật vi hiếu khí { Vi i h ật ế khí tù tiệ 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ s n v y m y n { Vi sinh vật yếm khí y Tùy theo lọai vi sinh vật phổ biến trong thực phẩm mà người ta quyết định mức độ oxy trong vi khí quyển của sản phẩm. 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 35 2.2. Ảnh hưởng của khí carbonic: y Khí CO2 làm chậm sự thích nghi của vi sinh vật với điều môi trường (kéo dài pha lag), đồng thời nó cũng làm chậm sự sinh sản của vi sinh vật. Đặc biệt, ở điều kiện nhiệt độ thấp thì các tính chất trên càng tăng lên. y Các vi khuẩn gram âm bị ảnh hưởng bởi CO2 nhiều hơn các vi khuẩn gram dương. y Ở nhiệt độ thấp CO2 có khả năng hòa tan trong nước và chất béo nhiều hơn nên nó có khả năng gây ra sự phân hủy của thực phẩm (làm thịt tươi bị chảy nước) do nó làm giảm pH của môi trường. ể ế ẩ ấ ố ồ 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 36 y Đ ức ch sự sinh trưởng của vi khu n và n m m c thì n ng độ CO2 cần sử dụng tối thiểu 20% và nồng độ tối ưu trong khoảng từ 20-30%. Tuy nhiên, một số trường hợp người ta đã sử dụng nồng độ CO2 đến 100% (bao gói thịt gia súc và gia cầm). 11/4/2009 10 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 37 2.3. Ảnh hưởng của khí nitơ: y Nitơ là khí hầu như trơ về mặt hóa học và có thể đơợc sử dụng để lọai bỏ hoàn tòan oxy trong khí quyển nhằm ức chế hay đình chỉ hoàn tòan sự sinh trưởng của vi sinh vật hiếu khí. y Khí nitơ còn được sử dụng để tạo áp suất bên trong bao bì nhằm ngăn cản sự hư hỏng của các sản phẩm có độ ẩm cao và chất béo cao. 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 38 3. Ảnh hưởng của thành phần khí quyển đến các tính chất hóa học, hóa sinh và tính chất vật lý của thực phẩm 39 3.1. Ảnh hưởng của oxy: y Oxy có thể gây oxy hóa chất béo và các chất màu hoặc tham gia á á t ì h để t á hất â biế à biế ùi ảc c qu r n oxy ạo ra c c c g y n m u, n m s n phẩm. { Ảnh hưởng lên chất béo: các ảnh hưởng của oxy lên sự oxy hóa chất béo có thể bị ức chế bằng việc thay đổi thành phần oxy trong vi khí quyển bởi nitơ. { Ảnh hưởng lên chất màu: màu đỏ của thịt có thể bị thay đổi bởi 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ sự oxy hóa ion sắt (II) trong nhóm Hem thành sắt (III) làm myoglobin chuyển thành metmyoglobin có màu nâu. { Chlorophyll có thể bị oxy hóa thành pheophytin có màu nâu xám dưới tác động của ánh sáng trong điều kiện có oxy. 3.2. Ảnh hưởng của các chất khí khác: y Nitơ hầu như không ảnh hưởng đến sự biến đổi hóa học và hóa sinh của thực phẩm do nó là chất khí trơ về mặt hóa học. ế ểy CO2 khi hòa tan trong nước có tính acid y u nên có th làm giảm pH của sản phẩm, hiện tượng này có thể gây biến tính protein và làm giảm độ tươi của sản phẩm (nhất là các sản phẩm từ thịt). y Carbon monoxide (CO) có thể kết hợp với myoglobin để tạo thành carboxymyoglobin bền hơn nhưng có màu đỏ sáng giống như oxymyoglobin giúp giữ màu sắc của thịt. Ngoài ra, CO còn có thể 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 40 làm giảm tốc độ quá trình oxy hóa chất béo và sự hình thành metmyoglogbin do nó là một chất khử mạnh và sẽ cạnh tranh oxy với các chất khác. 11/4/2009 11 4. Vật liệu bao gói MAP 41 y Vật liệu plastic là vật liệu phổ biến nhất được sử dụng trong kỹ ẩ ầ ếthuật bao gói thực ph m MAP. H u h t các bao bì plastic được sử dụng đều là màng ghép nhiều lớp (multilayer) bởi vì hầu như không một vật liệu nào có thể đáp ứng được tất cả các yêu cầu của các lọai thực phẩm. y Các vật liệu plastic chính được sử dụng trong sản xuất bao bì cho MAP gồm: polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyamide 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ (nylon), polyethylene terephtalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVdC), ethylene vinyl alcohol (EVOH) và polystyrene (PS). 5. Kỹ thuật và thiết bị bao gói MAP 42 y Kỹ thuật bao gói MAP cơ bản trãi qua các bước sau: { Tạo bao bì hoặc đưa bao bì từ bên ngoài vào { Chiết rót sản phẩm (hoặc đưa bao bì đã chưa thực phẩm vào) { Hút chân không { Nạp khí quyền điều chỉnh { Làm kín { Cắt rìa bao bì 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ { Dán nhãn { Đóng thùng 5.1. Chamber machine: y Thiết bị dạng này có một buồng kín (tương tự máy đóng gói chân không), khi bao bì đã chứa thực phẩm được đưa vào máy, máy được đóng kín lại, bộ phận chân không sẽ hút hết không khí ra khỏi bao bì, sau đó khí quyển điều chỉnh sẽ được bơm vào bao bì, đồng thời bao bì được làm kín bằng kỹ thuật làm kín bằng nhiệt. Thiết bị này phù hợp cho các sản phẩm có kích thước tương đối nhỏ. 5.2. Snorkel machine: y Thiết bị này không có buồng kín mà chỉ có ống hút chân không và ống nạp khí q ển điề chỉnh Khi bao bì chứa thực phẩm được lắp 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ 43 uy u . vào máy thì một ống hút sẽ được đưa vào bao bì để hút không khí bên trong ra, sau đó máy sẽ bơm khí quyển điều khiển vào bao bì và hàn kín. Thiết bị dạng này phù hợp cho các sản phẩm có kích thước bao gói lớn. 5.3. Thiết bị đóng khay dạng form-fill-seal: y Thiết bị dạng này thực hiện cả nhiệm vụ định dạng bao bì, chiết rót và làm kín trong cùng một hệ thống, tương tự như trong quá trình bao gói bằng màng plastic. Tuy nhiên, trong kỹ thuật MAP, bao bì sử dụng là dạng khay nên quá trình định hình bao bì là định hình khay có sự khác biệt. Kỹ thuật định hình khay có 3 dạng: { Kỹ thuật thổi khuông âm (negative forming): kỹ thuật này phù hợp với các vật liệu có độ dẻo cao và khay tạo thành có thành phẳng, góc tròn, độ sâu nhỏ. Quá trình bao gồm 2 bước: ÙKhí nén sẽ nén tấm màng plastic từ dưới lên bề mặt kim lọai nóng để làm mềm màng plastic để thuận lợi cho quá trình định 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 44 hình. ÙKhí nén sẽ được thổi qua bề mặt kim lọai nóng để thổi lớp màng đã làm mềm xuống một khuông âm phía dưới để định hình 11/4/2009 12 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 45 { Kỹ thuật thổi khuôn âm có ép trước (negative forming with plug assistance): kỹ thuật này được sử dụng để tạo ra các bao bì có độ sâu lớn và hình dạng phức tạp, nên trong quá trình định hình có một giai đọan kéo ép định hình sơ bộ bằng một đầu ép. Việc ép sơ bộ nhằm đảm bảo rằng các góc cạnh của bao bì đủ độ dày để tránh sinh ra các lỗ nhõ trong quá trình thổi khuôn hay đảm bảo độ bền của bao bì trong quá trình phân phối sản phẩm sau này. Kỹ thuật này bao gồm 3 bước: ÙLớp màng plastic được làm nóng bởi bề mặt nóng nhằm tăng độ mềm dẻo. Quá trình làm nóng có thể gồm 1 hay nhiều giai đoạn. 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 46 ÙĐầu ép đi xuống và kéo dãn lớp màng plastic để định hình sơ bộ bao bì. ÙĐịnh hình bao bì bằng cách thổi khí nóng để ép lớp màng plastic vào khuôn âm phía dưới. 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 47 { Kỹ thuật thổi khuôn dương (possitive forming with plug assistance): kỹ thuật này áp dụng cho các vật liệu cứng nhằm đảm bảo độ dày của đáy và các góc cạnh của bao bì. Quá trình định hình gồm 3 bước: ÙMàng plastic được làm nóng và mềm bằng các bản kim lọai nóng ÙBộ phận chân không sẽ hút dưới đáy khuôn để kéo dãn sơ bộ lớp màng plastic ÙMột đầu ép nổi đẩy từ trên xuống và một dòng khí nén được 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 48 thổi từ dưới lên để ép lớp màng plastic ôm sát vào khuôn nổi trên đầu ép để định hình bao bì. Như vậy, hình dạng của khay sẽ do hình dạng của đầu ép quyết định. 11/4/2009 13 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 49 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 50 5.4. Quá trình bao gói MAP với các khuôn định hình trước: y Trong quá trình này các khay đã được định hình trước sẽ được đưa vào thiết bị chiết rót và đóng gói bằng khí quyển điều chỉnh có thể bằng phương pháp tự động hay thủ công. y Các khuôn định hình trước có ưu điểm là: { Hình dạng và kích thước rất linh đông để có thể đáp ứng được tất cả các yêu cầu trong thiết kế bao bì nhằm thu hút khách hàng { Vật liệu bao bì cũng rất đa dạng { Có thể bao gói được những bao bì có màu sắc khác nhau nhưng cùng hình dạng mà không cầm thay đổi trong quá trình bao gói. Có thể ả ất đ hiề b bì t ớ khi b ói ở ột i 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 51 { s n xu ược n u ao rư c ao g m nơ khác. { Thời gian thay đổi các bộ phận trong máy bao gói ngắn khi thay đổi hình dạng và kích thước bao bì (thay bộ phận ép nhiệt, khuôn đỡ và dao cắt rìa bao bì…) 11/4/2009HỌC KỲ I 2009 – 2010 Ths. Trần Trọng Vũ Page 52