Cơ sở các phương pháp bảo quản thực phẩm

CƠ SỞ CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN THỰC PHẨM Hồ Phú Hà Bài giảng cho học viên cao học Ngành công nghệ thực phẩm Viện CN Sinh học và CN Thực phẩm ĐH Bách khoa Hà nội 2011 CƠ SỞ CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN THỰC PHẨM MỞ ĐẦU PHẦN I: CÁC BIẾN ĐỔI CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM THỰC PHẨM TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN PHẦN II: NGUYÊN LÝ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN PHẦN III: QUI TRÌNH ĐẢM BẢO VÔ TRÙNG TRONG CÁC NHÀ MÁY THỰC PHẨM Một số phương pháp bảo quản thực phẩm Nhiệt độ (thanh trùng, lạnh và lạnh đông) Điều chỉnh thành phần khí quyển Giảm hoạt độ nước (sấy, cô đặc, chất làm giảm hoạt độ nước) Bảo quản bằng hóa chất Bảo quản bằng vi sinh vật Các phương pháp vật lý khác (chiếu xạ, siêu âm, xung điện, áp suất thủy tĩnh,…) Google: “chất bảo quản thực phẩm”: tiếng Việt 119.000 kết quả “food preservatives”: 244.000 kết quả Pubmed: 6743 kết quả I. Bảo quản thực phẩm bằng hóa chất Tầm quan trọng của việc sử dụng chất bảo quản Ổn định nguồn nguyên liệu cho nhà máy thưc phẩm Bảo toàn được chất lượng thực phẩm đến khi sử dụng Kéo dài thời gian sử dụng Dễ dàng thao tác trong quá trình sản xuất Giảm hao hụt, phế liệu trong quá trình sản xuất Nguy cơ của việc sử dụng chất bảo quản Nếu không đúng liều lượng, thực phẩm Gây ngộ độc cấp Nguy cơ tích lũy trong cơ thể gây bệnh mãn tính, ung thư,… Ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm (thay đổi chất lượng cảm quan, giảm vitamin,…) Yêu cầu của việc sử dụng chất bảo quản Đúng đối tượng thực phẩm và liều lượng không vượt quá giới hạn an toàn cho phép. Đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, vệ sinh an toàn qui định cho mỗi chất phụ gia Không làm biến đổi bản chất, thuộc tính tự nhiên của thực phẩm Quy định pháp luậtSố: 89/2006/NĐ-CP Nghị định về nhãn mác hàng hóa 1. Lương thực: a) Định lượng; b) Ngày sản xuất; c) Hạn sử dụng. 2. Thực phẩm: a) Định lượng; b) Ngày sản xuất; c) Hạn sử dụng; d) Thành phần hoặc thành phần định lượng; đ) Thông tin, cảnh báo vệ sinh, an toàn; e) Hướng dẫn sử dụng, hướng dẫn bảo quản. 3. Đồ uống (trừ rượu): a) Định lượng; b) Ngày sản xuất; c) Hạn sử dụng; d) Thành phần hoặc thành phần định lượng; đ) Thông tin, cảnh báo vệ sinh, an toàn; e) Hướng dẫn sử dụng, hướng dẫn bảo quản. 4. Rượu: a) Định lượng; b) Hàm lượng etanol; c) Hướng dẫn bảo quản (đối với rượu vang). Một số văn bản pháp quy Thông tư của Bộ Khoa học Công nghệ Số: 09/2007/TT-BKHCN Hướng dẫn thi hành một số điều của Nghị định số 89/2006/NĐ-CP  Quyết định của Bộ y tế Số: 3742/2001/QĐ-BYT "Quy định danh mục các chất phụ giađược phép sử dụng trong thực phẩm" Quyết Định Của Bộ Y Tế Số: 867/1998/QĐ-BYT " Danh mục tiêu chuẩn vệ sinh đối với lương thực, thực phẩm“ Quyết Định Của Bộ Y Tế số 46/2007/QĐ-BYT quy định giới hạn tối đa ô nhiễm sinh học và hóa học trong thực phẩm. Phần 7. danh mục các chất hỗ trợ chế biến được phép sử dụng trong sản xuất và chế biến thực phẩm 867/1998/QĐ-BYT Các phụ gia trong bảo quản thực phẩm Chất chống oxi hóa Chất chống sự hóa nâu Chất kháng vi sinh vật I.1. Các chất chống oxi hóa Hợp chất hóa học có thể làm ngăn cản hoặc làm giảm tốc độ oxi hóa lipid trong hệ thực phẩm. Nếu một chất có thể ức chế sự hình thành gốc alkyl tự do từ ban đầu hoặc làm gián đoạn sự hình thành đó thì có thể làm chậm hoặc giảm tốc độ oxi hóa chất béo. I.1.1. Cơ chế chống oxy hóa Chất chống oxy hóa cho gốc tự do của chất béo –H R + AH  RH + A RO + AH  ROH + A ROO + AH  ROOH + A Tạo phức giữa 2 gốc tự do của chất béo và chất chống oxy hóa R  + A   RA RO  + A   ROA ROO  + A   ROOA Chất chống oxy hóa tác dụng trực tiếp với oxy Chất chống oxy hóa tạo phức với kim loại, ngăn cản kim loại đẩy nhanh quá trình oxy hóa thực phẩm Cơ chế kim loại gia tăng quá trình oxy hóa chất béo Ion kim loại gia tăng quá trình phân hủy hydroperoxide để tạo gốc peroxy hoặc alkoxy Fe3+ + ROOH  Fe2+ + ROO· + H+ Fe2+ + ROOH  Fe3+ + RO· + OH Tạo gốc alkyl tự do bằng cách tác dụng trực tiếp với chất béo Fe3+ + RH  Fe2+ + R· + H+ Hoạt hóa phân tử oxy tạo thành một nguyên tử oxy Fe2+ + O2  Fe3+ + O-2 1O2 Dạng ổn định cộng hưởng của BHA khi sử dụng chông oxy hóa chất béo Oxy hóa trực tiếp tocopherol Phức kim loại với các chất tạo phức (chất tạo càng) I.1.2. Các chất chống oxy hóa Chất chống oxy hóa tự nhiên: 1. Tocopherols (delta>gamma>beta>alpha) (từ E306 đến E309) 2. Nordihydroguaretic Acid (NDGA) 3. Sesamol 4. Gossypol Chất chống ôxy hóa tổng hợp: 1. Butylated Hydroxy Anisole (BHA) E320 2. Butylated Hydroxy Toluene (BHT) E321 3. Propyl Gallate (PG) E310 4. Tertiary Butyl Hydroquinone (TBHQ) E319 Chất tạo càng với kim loại (tạo phức) 1. Axit phosphoric E338 2. Axit Xitric E330 3. Axit Ascorbic E300 4. Ethylene-Diamine-Tetra-Acetate.(EDTA) 386 Natri metabisulfit (223) BHA (320) BHT (321) Propyl galat (310) Terbutylhydroquinone (319) E321: Butylated hydroxy-anisole (BHA) Dẫn xuất từ dầu mỏ, điều chế từ p-methoxyphenol và isobutene Bền nhiệt Dùng cho các sản phẩm chứa dầu mỡ, các loại bánh quy, bánh bông lan, ngũ cốc, mỳ Hàm lượng tối đa cho phép (Việt nam) trong dầu mỡ: 200mg/kg; cá đông lạnh 1g/kg ADI: 0-0,5 Có thể gây dị ứng, tăng hoạt động Có nghi ngờ về khả năng gây ung thư và ảnh hưởng đến estrogen Bị cấm ở Nhật, khuyến cáo cấm ở Anh E321: Butylated hydroxy-toluene (BHT) Dẫn xuất dầu mỏ Điều chế từ p-cresol and isobutylene Rẻ hơn BHA Tuy nhiên kém bền nhiệt hơn BHA Gây phân chia tế bào, nguy cơ gây ung thư Ứng dụng trong sản phẩm bánh quy, từ bột nhào, dầu mỡ,.. E319: Butylhydroxinontert-Butylhydroquinone Nguồn gốc dầu mỏ Có thể gây nôn mửa, chóng mặt, ADI: 0,02 mg/kg thể trọng Liều dùng 5g có thể gây chết người. Được khuyến cáo không nên dùng Ứng dụng trong sp dầu mỡ, các lọa sốt, dầu trộn salat Vitamin E E306: Hỗn hợpTorcopherol E307: alpha- E308: gamma E309: delta I.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả chống oxy hóa Năng lượng hoạt hóa của các chất chống oxy hóa Điện thế oxy hóa khử. Độ bền của các chất này với pH và điều kiện chế biến Độ hòa tan Lựa chọn chất chống oxy hóa Các chất oxy hóa khác nhau thể hiện hiệu quả khác nhau đối với chất béo, dầu mỡ và hệ thực phẩm tùy thuộc cấu trúc phân tử Các yếu tố để lựa chọn: Độ an toàn Hiệu quả chống oxy hóa Mùi lạ Biến màu Dễ dàng bổ sung vào thực phẩm Hiệu quả kéo dài Chịu được pH và các quá trình chế biến Dễ kiếm Giá cả Không hấp phụ I.1.4. Phương thức sử dụng Đối với hệ thực phẩm khác nhau: Tỷ lệ bề mặt/thể tích nhỏ – PG và TBHQ Tỷ lệ bề mặt/thể tích lớn – BHA và BHT Cách bổ sung chất chống oxy hóa Bổ sung trực tiếp vào dầu hoặc mỡ đã chảy Bổ sung vào thực phẩm sau khi đã được hòa tan trong dung môi pha loãng Phun dung dịch chất chống oxy hóa trên TP hoặc nhúng thực phẩm trong dung dịch các chất chống oxy hóa Hướng sử dụng chất chống oxy hóa Nguồn gốc tự nhiên, hạn chế dùng các chất tổng hợp Dùng các chất polymer hơn dùng monomer Gắn các chất chống oxy hóa với bao bì Phát triển những chất mới, không hấp thụ bởi thực phẩm 1.2. Các chất chống nâu hóa do enzym Các chất chống nâu hóa do enzym I.3. Các chất kháng vi sinh vật Các axit hữu cơ và các muối: Sorbic, sorbat, propionic, muối propionat, benzoic, benzoat Sulfit và các hợp chất sinh SO2 Nitrit (muối Na, K) Bacteriocin: Nisin Enzyme: Lysozyme Phổ kháng vi sinh vật của một số chất bảo quản -: Không tác dụng; +: Tác dụng yếu; ++: Tác dụng trung bình; +++: Tác dụng mạnh Erich Lück,Martin Jager,S. F. Laichena. Antimicrobial food additives: characteristics, uses, effects. Xuất bản lần 2. Springer.  , 1997 1.3.1. Cơ chế tác dụng Ảnh hưởng lên ADN Ảnh hưởng lên sự tổng hợp protein Ảnh hưởng lên hoạt động của enzyme Ảnh hưởng lên tính thẩm thấu của màng tế bào Ảnh hưởng lên vách tế bào Ảnh hưởng lên cơ chế trao đổi các chất dinh dưỡng Nguyên tắc kiểm soát pH trong bảo quản thực phẩm pH ảnh hưởng đến cơ chế trao đổi năng lượng của tế bào VSV (gradient H+ qua màng tế bào) pH ảnh hưởng đến hoạt độ enzym và độ ổn định của các đại phân tử của tế bào VSV Cơ chế kiểm soát pH của vi sinh vật Vi sinh vật có thể tồn tại ở pH thấp khi có thể tự điều chỉnh pH trong tế bào ở trạng thái cân bằng (cân bằng pH nội môi, pH homeostasis) Cân bằng pH nội môi thụ động: màng tế bào, tăng khả năng đệm Cân bằng pH nội môi chủ động: tự đào thải các acid Khả năng chịu pH của một số vsv Nhóm 1: Vsv sinh trưởng ở pH dưới 3 (nấm men, nấm mốc) Nhóm 2: pH 3-4 (vi khuẩn acetic, Oenococcus, Lactobacillus) Nhóm 3: Không sinh trưởng được ở pH < 4 (Lactococcus) Nhóm 4: Phần lớn vi khuẩn gây hỏng thực phẩm hoặc gây bệnh, chịu pH 4.5 hoặc 5 Nhóm 5: Các vsv rất nhạy cảm với pH (Shewanella putrefacien), ngừng phát triển ở pH 6 Các axit hữu cơ trong bảo quản thực phẩm Bản chất acid Sự có mặt của các yếu tố ức chế khác (aw, các chất bảo quản,nhiệt độ thấp) Cơ chế tự bảo vệ của các vi sinh vật đối với stress acid để duy trì cân bằng pH nội môi chủ động và thụ động Bảng 3. Giá trị pKa của một số acid thực phẩm Lund & Eklund, 2000 Cơ chế tác dụng của axit hữu cơ Dạng không phân ly của axit hữu cơ thấm qua màng tế bào Axit bị phân ly, anion tích tụ, gây hiệu ứng ức chế sự phát triển của vsv Anion làm giảm tỷ lệ của quá trình sinh tổng hợp các đại phân tử và ngăn cản không cho vận chuyển các phân tử này vào tế bào. Hiệu ứng này gây ra bởi sự giảm pH nội bào 1.3.2. Một số ví dụ về các chất kháng VSV Axit benzoic và Benzoat natri Axit sorbic và các muối Nitrit và nitrat Lysozyme (E1105 ) Axit benzoic và Benzoat natri Acid benzoic có dạng tinh thể hình kim không màu, dễ tan trong rượu và ête, ít tan trong nước Acid benzoic là chất sát trùng mạnh đối với nấm men và nấm mốc và có tác dụng yếu hơn đối với vi khuẩn Axit benzoic được hấp thụ vào trong tế bào, pH giảm dần đến pH5 thì quá trình lên men glucose thông qua phosphofructokinase giảm 95% Axit benzoic và Benzoat natri Tác dụng bảo quản chỉ xảy ra ở môi trường acid pH 2.5-3.5 (nồng độ gây tác dụng là 0.05%) Acid benzoic và muối Na benzoate được FDA công nhận là GRAS (generally recognized as safe) Có khả năng gây phản ứng quá hoạt động ở trẻ em và thiếu niên nhạy cảm, gây mẩn ngứa, ảnh hưởng xấu tới những người bệnh hen suyễn Nồng độ sử dụng tối đa là 0.1-0.12% Đối với nước quả chua 0.05-0.075% Đối với nước quả ít chua 0.075-0.1% Có mùi kim loại dễ bị phát hiện, làm giảm giá trị cảm quan của sản phẩm Axit sorbic và các muối Acid sorbic là chất kết tinh có vị chua nhẹ và mùi nhẹ, khó tan trong nước lạnh (0.16%), dễ tan trong nước nóng (ở 100oC tan 3.9%) Kali sorbate là chất bột trắng kết tinh, dễ tan trong nước Acid sorbic và Kali sorbate có tác dụng sát trùng mạnh đối với nấm men và nấm mốc, tác dụng rất yếu đối với các loại vi khuẩn khác nhau Axit sorbic và các muối Các chất này không độc đối với cơ thể người, được công nhận là GRAS, khi cho vào sản phẩm thực phẩm không gây ra mùi vị lạ hay làm mất mùi tự nhiên của thực phẩm. Được ứng dụng trong chế biến rau quả, rượu vang, đồ hộp sữa và sữa chua, các sản phẩm cá, xúc xích, bánh mìAcid sorbic không có tác dụng đối với vi khuẩn lactic, acetic Liều lượng sử dụng:Các loại sản phẩm rau quả có acid (kết hợp với xử lý nhiệt nhẹ) và các loại bánh: 0.05-0.1%Cá ngâm dấm, patê cá: a.sorbic 0.2% + K.sorbate 0.27%Thức ăn chế biến từ cua, tôm (không thanh trùng): a.sorbic 0.25% + K.sorbate 0.33%Mứt quả: phun lên bề mặt sản phẩm dung dịch K.sorbate 7%, chống mốc được 4 thángThịt gà tươi nhúng vào dung dịch acid sorbic 7.5% (71oC) có thể giữ được 18 ngày Nitrit và nitrat E251: Nitrate natri E252: Nitrate Kali Nitrit và nitrat Muối diêm tiêu, tìm thấy trong tự nhiên Dùng nhiều trong chế biến các sản phẩm từ thịt Ăn qua nhiều sẽ giảm nồng độ oxy trong máu, thở gấp, chóng mặt, đau đầu Nitrit tạo nitrosamine trong dạ dày, (chất gây ung thư) Nitrit Kali có tác dụng ức chế Clostridium butilicum, làm chậm quá trình ôi khét mỡ Thường khoảng 10% nitrat và nitrit cung cấp bởi thịth chế biến, còn lại từ các nguồn thực vật ăn rễ, củ Nhiều nước đã cấm Kali nitrit Lysozyme (E1105 ) Enzyme từ lòng trắng trứng Fleming phát hiện ra từ 1922 Có khả năng phá hủy màng peptidoglycan ở thành tế bào vi khuẩn Tác dụng trên G+ tốt hơn G- Cấu tạo tế bào Gram – và Gram + Lysozyme (E1105 ) Cơ chế enzyme: peptidoglycanase Cơ chế phi enzyme: protein của lysozyme có thể đi vào thành tế bào qua cơ chế protein-phospholipid Protein của lysozyme hoạt hóa một số enzyme tự phân của vi khuẩn Ứng dụng trong sản xuất phomat dưới dạng lòng trắng trứng đồng hóa Thức ăn cho trẻ sơ sinh Các sản phẩm dược phẩm 1.3.2. Phương pháp ứng dụng Phần lớn bổ sung trực tiếp vào sản phẩm Hướng sử dụng các chất bảo quản hiện nay Sử dụng phối hợp các chất bảo quản, phối các chất bảo quản với công nghệ bảo quản khác (Công nghệ rào cản) Sử dụng các chất bảo quản có nguồn gốc tự nhiên, các chất chiết xuất từ động, thực vật Khái niệm công nghệ rào cản Các chất bảo quản có nguồn gốc tự nhiên Nguồn gốc động vật Chitosan Lactoferrin từ sữa Lysozyme Nguồn gốc thực vật: Tinh dầu Chất chiết từ hành tỏi Các loại gia vị Nguồn gốc vi sinh vật: Axit hữu cơ Bacteriocin Một số chất kháng vsv có nguồn gốc tự nhiên Một số chất kháng vsv có nguồn gốc tự nhiên