Vậy kỹ thuật trường xung điện (PEF) là gì nó được sử dụng như thế nào trong ngành công nghệ thực phẩm những ưu điểm trong kỹ thuật này là gì

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, quy trình chế biến thực phẩm đòi hỏi phải đạt nhu cầu người tiêu dùng nhiều mặt như: thực phẩm có chất lượng cao đạt vệ sinh an toàn, khả cung cấp dinh dưỡng tốt, có giá trị cảm quan tốt, sử dụng phụ gia, tổn thất cảm quan dinh dưỡng trình xử lý Do đó, quy trình xử lý thực phẩm khơng sử dụng nhiệt xử lý trường xung điện (Pulsed Electric Fields- PEF), xử lý áp suất cao (High Hydrostatic Pressure- HHP), xử lý sóng siêu âm (Ultrasound), xử lý phương pháp hóa học, … quan tâm nghiên cứu nhiều nhằm mục đích ứng dụng cho quy mơ cơng nghiệp Đầu vào nhiệt để bảo quản thực phẩm nói chung chiếm ưu ngành công nghiệp chế biến thực phẩm Tuy nhiên, việc xử lý dẫn đến số thay đổi không mong muốn thuộc tính chất lượng giá trị dinh dưỡng thực phẩm Ngược lại, phương pháp bảo quản khơng dùng nhiệt có tác động tối thiểu đến chất lượng cảm quan tình trạng dinh dưỡng thực phẩm Một số kỹ thuật không sử dụng nhiệt sử dụng bảo quản thực phẩm với mục tiêu trì đặc tính dinh dưỡng đặc tính hóa lý sản phẩm thực phẩm Trong kỹ thuật trường xung điện quan tâm nhiều, ưu điểm kỹ thuật hoàn toàn phù hợp với xu hướng thị trường người tiêu dùng thực phẩm Trường xung điện cung cấp lựa chọn thay cho sản phẩm thực phẩm khác nhau, đặc biệt thực phẩm lỏng, để bảo quản trì khía cạnh chất lượng giống tươi thực phẩm tốt Tương ứng, hồi ký nêu bật tiềm công nghệ điện trường xung công cụ hữu hiệu để bảo quản loại thực phẩm khác với đề cập đặc biệt đến việc khử hoạt tính vi sinh vật Ngồi ra, ngun tắc, cách tiếp cận học liên quan, ảnh hưởng việc xử lý chất lượng thực Vậy kỹ thuật trường xung điện (PEF) gì? Nó sử dụng Ngành công nghệ thực phẩm? Những ưu điểm kỹ thuật gì? Liệu người dùng có hưởng lợi từ kỹ thuật hay không? Để giải đáp tất câu hỏi chúng em trải qua thời gian nghiên cứu tìm hiểu Bài tiểu luận kết cuối Tuy nhiên thời gian, lượng kiến thức trình độ chun mơn cịn hạn chế nên cịn nhiều thiếu sót, nhóm sinh viên chúng em mong nhận góp ý từ cô bạn đọc MỤC LỤC PHẦN NỘI DUNG I Trường xung điện: Tổng quan kĩ thuật trường xung điện: 1.1 Định nghĩa: (4) Xử lý điện trường xung (PEF) kỹ thuật chế biến thực phẩm không dùng nhiệt hiệu cách sử dụng xung điện áp cao, ngắn Các xung tạo hoạt động tế bào thực vật, động vật vi sinh vật, dẫn đến phân hủy tế bào làm bất hoạt vi sinh vật PEF sản phẩm tức thì, có mục tiêu, linh hoạt, tiết kiệm lượng nhiệt giảm thiểu nên sản phẩm có thời hạn sử dụng lâu đồng thời trì giá trị dinh dưỡng tốt so với kỹ thuật chế biến thực phẩm truyền thống PEF cải thiện tỷ lệ chiết xuất nước trái cây, đường, chất tạo màu chất hoạt tính khác kéo dài đáng kể thời hạn sử dụng Quá trình khuếch tán, loại bỏ nước khỏi mô thực vật động vật hấp thụ nước ướp, gia vị chất phụ trợ đẩy nhanh, tiết kiệm thời gian q báu q trình sản xuất 1.2 Mơ tả trường xung điện: 1.2.1 Hình thức: (3) Trường xung điện (PEF) áp dụng hình thức theo cấp số nhân phân rã, sóng vng, lưỡng cực, xung dao động Một sóng điện áp theo cấp số nhân phân rã điện áp chiều mà tăng lên nhanh chóng đến giá trị tối đa phân từ từ giá trị khơng Các mạch hình sử dụng để tạo dạng sóng phân rã theo hàm mũ Một nguồn điện DC nạp cho tụ điện cho tụ điện nối tiếp với điện trở sạc (Rs) Khi tín hiệu kích hoạt áp dụng, điện lưu trữ tụ điện chạy vào thức ăn buồng chế biến Hình Mạch điện để sản xuất phân rã theo hàm mũ dạng sóng Những dạng sóng xung lực hình vng gây tử vong hiệu lượng nhiều so với xung lực phân rã theo hàm mũ Một dạng sóng vng thu cách sử dụng mạng lưới hình thành xung lực (PFN) bao gồm mọt loạt tụ điện cuộn cảm thiết bị chuyển mạch trạng thái rắn Hình Dạng sóng xung thường sử dụng công nghệ PEF (a) Xung đơn cực giảm dần theo cấp số nhân, (b) Xung đơn cực vuông, (c) Xung lưỡng cực giảm dần theo cấp số nhân, (d) Xung vuông lưỡng cực.( Phỏng theo vẽ lại từ Barbosa-Canovas Sepulveda (2005)) Các xung lực phụ tải tức đảo ngược đặc trưng phần electron (+) phần electron (-) với độ rộng khác độ cao đỉnh Hình Một mạch điện áp (v) xung lực nghịch đảo tức thời a chu kỳ xung (s), b độ rộng xung (µs), c thời gian (s) tăng xung động để đạt e (kV), e điện áp đỉnh (kV) f điện áp tăng giảm đột biến (kV) 1.2.2 Các thành phần hệ thống: (2) Hệ thống xử lý Điện trường xung bao gồm nguồn điện cao áp, dãy tụ lưu trữ lượng, điện trở hạn chế dịng sạc, cơng tắc để xả lượng từ tụ điện qua thực phẩm buồng xử lý Máy sóng sử dụng để quan sát dạng sóng xung Nguồn điện, máy phát điện chiều điện áp cao, chuyển đổi điện áp từ đường dây điện (110V) thành điện áp cao AC, sau chỉnh lưu thành điện áp cao chiều Năng lượng từ nguồn điện lưu trữ tụ điện phóng qua buồng xử lý để tạo điện trường nguyên liệu thực phẩm Hiệu điện cực đại tụ điện hiệu điện máy phát Bộ tụ điện sạc nguồn điện chiều thu từ nguồn dịng điện thay thường xuyên khuếch đại chỉnh lưu Một công tắc điện sử dụng để xả lượng (tức thời phần triệu giây) lưu trữ lưu trữ tụ điện qua thực phẩm giữ buồng xử lý Ngoài thành phần đó, số phận phụ trợ cần thiết Trong trường hợp hệ thống liên tục, máy bơm sử dụng để chuyển thực phẩm qua buồng xử lý Hệ thống làm mát buồng sử dụng để giảm hiệu ứng làm nóng ohmic kiểm sốt nhiệt độ thực phẩm q trình xử lý Đầu dò điện áp cao dòng điện cao sử dụng để đo điện áp dòng điện đưa đến buồng Hình Các thành phần hệ thống xử lý trường xung điện Hệ thống xử lý điện trường xung cường độ cao hệ thống điện đơn giản bao gồm nguồn điện áp cao, tủ tụ điện, công tắc buồng xử lý Việc tạo điện trường xung địi hỏi phóng điện nhanh khoảng thời gian ngắn Điều thực nhờ mạng tạo xung (PFN), mạch điện bao gồm nhiều nguồn điện có khả sạc điện áp (lên đến 60 kV), công tắc (ignitron, thyratron, tetrode, khe hở tia lửa, chất bán dẫn), tụ điện (0,1-10 µF), điện trở (2Ω-1O MΩ) buồng xử lý Hệ thống xử lý PEF bao gồm tạo xung lặp lại điện áp cao, (các) buồng xử lý, (các) hệ thống làm mát, thiết bị đo dòng điện điện áp, điều khiển hệ thống thu thập liệu Nguồn điện xung sử dụng để thu điện áp cao từ điện áp mức tiện ích thấp nguồn điện trước sử dụng để sạc khối tụ điện chuyển sang phóng lượng từ tụ điện qua thực phẩm buồng xử lý Các buồng xử lý thiết kế để chứa thực phẩm trình chế biến PEF chứa điện cực phóng điện Sau chế biến, sản phẩm làm lạnh, cần, đóng gói vơ trùng, sau bảo quản nhiệt độ môi trường tủ lạnh tùy thuộc vào loại thực phẩm a Nguồn cấp: Xung điện áp cao cung cấp cho hệ thống thông qua tạo xung điện áp cao cường độ, hình dạng thời lượng yêu cầu Nguồn cung cấp điện áp cao cho hệ thống nguồn điện chiều (D) thông thường nguồn điện sạc tụ điện với đầu vào AC tần số cao cung cấp điện tích lệnh với tốc độ lặp lại cao so với nguồn điện chiều Xung điện áp cao cung cấp cho hệ thống PEF thông qua tạo điện áp cao cường độ điện trường, dạng sóng xung độ rộng xung yêu cầu Nói chung, nguồn điện cao áp sử dụng để sạc tụ điện tích trữ lượng cho tủ tụ điện Thực phẩm lỏng chế biến buồng xử lý tĩnh buồng xử lý liên tục thông qua máy bơm Đối với nghiên cứu quy mơ phịng thí nghiệm sơ bộ, buồng xử lý tĩnh sử dụng, (các) buồng xử lý liên tục mong muốn cho nhà máy thí điểm hoạt động quy mô công nghiệp Để tránh hiệu ứng nhiệt không mong muốn, nước lạnh hệ thống làm mát tuần hoàn lại qua điện cực để tiêu tán nhiệt sinh dòng điện qua thực phẩm b Tụ điện công suất cao: Các thành phần nguồn cơng suất cao tụ lưu trữ công tắc bật tắt Do tiêu thụ công suất ohmic tương đối cao, cuộn cảm so với tụ điện đóng vai trị nhỏ Năng lượng lưu trữ tụ điện sử dụng để tạo điện trường từ trường Điện trường sử dụng để tăng tốc hạt mang điện, dẫn đến hiệu ứng nhiệt, hóa học, học, sóng điện từ cố Điện từ trường truyền lượng dạng sóng điện từ xray, vi sóng tạo tia laze ví dụ điển hình Từ trường tạo điều kiện tạo áp suất cực cao, từ 0,1 GPa đến nhiều GPa Những hiệu ứng áp dụng để sửa đổi phân tử để sửa lại, nén, hàn, phân đoạn, phân mảnh phá hủy vật liệu; để sửa đổi bề mặt phận hạt hữu vô c Cơng tắc: Cơng tắc xả đóng vai trò quan trọng hiệu hệ thống PEF Loại công tắc sử dụng xác định tốc độ hoạt động cường độ dịng điện điện áp mà chịu Để tăng tuổi thọ, công tắc phù hợp cho hệ thống PEF bao gồm: ignitron, khoảng trống tia lửa, trigatron, thyratron chất bán dẫn Chuyển mạch bán dẫn thể rắn chuyên gia coi tương lai chuyển mạch cơng suất cao Hình Các dạng sóng xung thường sử dụng mạch điện chung (a)Các mạch phân rã theo cấp số nhân đơn cực dạng sóng có; (b) Mạch vng đơn cực dạng sóng có Sau thiết bị lưu trữ lượng, công tắc yếu tố quan trọng máy phát xung công suất lớn Hệ thống chuyển mạch công suất cao phần tử kết nối thiết bị lưu trữ tải Thời gian tăng, hình dạng biên độ xung đầu máy phát phụ thuộc nhiều vào đặc tính cơng tắc phần tử tạo xung Máy phát điện có thiết bị lưu trữ điện dung cần cơng tắc đóng, máy phát điện có thiết bị lưu trữ cảm ứng u cầu cơng tắc mở Có hai nhóm cơng tắc nay: công tắc BẬT công tắc BẬT / TẮT Công tắc BẬT cung cấp khả xả toàn tụ điện tắt q trình xả hồn tất Cơng tắc BẬT xử lý điện áp cao với chi phí tương đối thấp so với công tắc BẬT / TẮT, nhiên, tuổi thọ ngắn tỷ lệ lặp lại thấp số nhược điểm cần xem xét lựa chọn Ignitron, Gas Spark Gap, Trigatron Thyratron số ví dụ từ nhóm Cơng tắc loại BẬT / TẮT phát triển năm gần cung cấp khả kiểm sốt q trình tạo xung với phóng điện phần hồn tồn tụ điện Những cải tiến thiết bị chuyển mạch, chủ yếu phù thủy bán dẫn trạng thái rắn, dẫn đến tuổi thọ dài hiệu suất tốt d Máy phát xung điện áp cao: Bộ tạo xung điện áp cao cung cấp xung điện có điện áp, hình dạng thời lượng mong muốn cách sử dụng mạng tạo xung phức tạp phức tạp (PFN) Chi tiết hơn, PFN mạch điện bao gồm số thành phần: nhiều nguồn DC, điện trở sạc, khối tụ điện tạo thành hai nhiều khối kết nối song song, nhiều công tắc cuộn cảm tạo xung điện trở Nguồn điện chiều sạc tụ điện đến điện áp mong muốn Sử dụng thiết bị này, điện xoay chiều từ đường dây tiện ích (50-60Hz) chuyển đổi thành nguồn điện xoay chiều (A) điện áp cao sau chỉnh lưu thành điện chiều điện áp cao Hệ thống PEF lượng thấp, bao gồm máy phát xung điện áp cao sử dụng để xử lý mẫu nước ép nho bị hỏng Các chi tiết đưa Ho Mittal (2000) Hệ thống bao gồm máy phát xung điện áp cao chiều 30 kV, buồng xử lý hình trịn, thiết bị để bơm ghi Điện áp xoay chiều 110V nâng lên thông qua máy biến áp cao áp, sau chỉnh lưu Sau đó, nguồn điện cao áp chiều tích điện cho tụ điện 0,12 uF mắc nối tiếp với điện trở MΩ (hằng số thời gian = 0,72 s) Bộ tạo xung phát đoàn xung 5V mạch kích hoạt dùng để chuyển đổi xung thành xung 500V cách sử dụng chỉnh lưu điều khiển silicon (SCR) Việc tạo xung điện áp cao dựa vào phóng điện tụ điện 0,12 uF qua thyratron Bộ lơ tạo xung thời gian ngắn (độ rộng ms, tần số 0,5Hz) với cường độ điện trường đỉnh-đỉnh lên đến 100 kV / cm e Buồng điều trị: Một thành phần quan trọng phức tạp hệ thống xử lý buồng xử lý Ý tưởng buồng xử lý giữ sản phẩm xử lý bên trong suốt trình tạo xung, tính đồng q trình phụ thuộc nhiều vào thiết kế đặc trưng buồng xử lý Khi cường độ điện trường đặt vào vượt cường độ điện trường sản phẩm thực phẩm xử lý buồng, phân hủy thực phẩm xảy tia lửa Các buồng xử lý chủ yếu nhóm lại với để hoạt động theo đợt liên tục; Hệ thống lô thường tìm thấy thiết kế ban đầu để xử lý khối lượng tĩnh thực phẩm rắn nửa rắn Một số buồng điều trị thiết kế chúng phân loại hai loại: song song đồng trục (Hình 6) buồng song song thường sử dụng chế độ hàng loạt thiết kế đồng trục sử dụng chế độ liên tục mơi chất bơm qua với tốc độ dòng biết xung áp dụng tần số xung biết buồng đồng trục sử dụng hoạt động liên tục phát dẫn đến tỷ lệ khử hoạt tính cao so với hệ thống theo lơ có phân bố điện trường đồng môi trường chảy liên tục (Qin cộng sự, 1998) (Hình 7) trình bày thiết kế buồng khác Hình Các cấu hình điện cực phổ biến buồng xử lý điện trường xung (a) song song, (b) đồng trục 10 1.2.2 Thời gian xử lý: Thời gian xử lý kết số lượng xung thời gian xung, theo gia tăng yếu tố làm tăng khả vơ hoạt hóa vi sinh vật (Sale Hamilton 1967) Như nói trên, chiều rộng xung tăng hay giảm ảnh hưởng đến khả vơ hoạt hóa vi sinh vật cách tác động đến cường độ điện trường Tuy nhiên, việc kéo dài thời gian xung làm tăng nhiệt độ thực phẩm cách không mong muốn Do đó, điều kiện chế biến tối ưu nên thiết lập để thiết bị xung điện trường cho kết làm việc tốt với tác dụng làm nóng thấp Hülsheger cộng (1981) đề xuất mơ hình vơ hoạt hóa liên quan đến phần sống vi sinh vật (S) với thời gian xử lý PEF (t) Qua cho thấy số lượng vi sinh vật ngừng hoạt động tăng lên tương ứng với mức tăng thời gian xử lý Mức độ quan trọng thời gian xử lý phụ thuộc vào cường độ điện trường áp dụng 1.2.3 Hình dạng sóng xung: Trường xung điện áp dụng theo hình thức phân rã, sóng vng, dao động, lưỡng cực Trong đó, hình thức dao động hiệu để vơ hoạt hóa vi sinh vật vá sóng vng có nhiều lượng hiệu làm chết tốt so với xung phân rã Xung lưỡng cực làm chết tốt so với xung cómột cực xung điện trường gây chuyển động phân tử tích điện màng tế bào vi sinh vật đổi chiều theo hướng chiều phân cực điện trường gây thay đổi tương ứng theo hướng phân tử mang điện (theo Ho cộng 1995; Qin cộng 1994) Với xung lưỡng cực, chuyển động phân tử tích điện gây áp lực màng tế bào tăng khả phá vỡ Dùng xung lưỡng cực thuận lợi việc tiết kiệm lượng, giảm lắng đọng chất rắn bề mặt điện cực Các xung đảo ngược tức mơ tả phần mang điện vào trước tức phần khơng mang điện vào sau Đặc tính hình dạng sóng chịu ảnh hưởng độ dẫn điện thực phẩm đem xử lý Những vấn đề thực phẩm Sự khác biệt xung đảo ngược xung lưỡng cực thời gian phục hồi củacác xung Tác dụng vơ hoạt hóa xung đảo ngược liên tục gây áp lực xen kẽ tế bào vi khuẩn nguyên nhân làm cấu trúc chúng yếu Hiệu dạng sóng vơ hoạt hóa vi sinh vật so với phương pháp khác tiết kiệm 1/5 đến 1/6 tổng số lượng chi phí thiết bị Tuy nhiên, nghiên cứu sâu cần thiết để chứng 17 minh tác dụng vơ hoạt hóa vi sinh vật phương pháp Một nghiên cứu tiến hành Zhang cộng (1997) cho thấy ảnh hưởng sóng vng, sóng phân rã xung đảo ngược tức đến thời gian bảo quản nước cam Ba loại dạng xung sử dụng là: Sóng vng với điện trường cao 35 kV / cm, có chiều rộng xung 37,22 μs kéo dài xung thời gian 60 ns Phân rã theo cấp số nhân với sóng điện trường cao 62,5 kV / cm, có chiều rộng xung 0,57 μs xung thời gian 40 ns Xung đảo ngược với điện trường cao điểm 37 kV / cm, có chiều rộng xung 0,96μs, xung thời gian 400 ns Kết nghiên cứu cho thấy sóng vng có hiệu so với hai sóng cịn lại Qin cộng (1994) nghiên cứu khả vô hoạt S.Cerevisiae sử dụng hai dạng sóng hình mũ phân rã sóng vng, điều kiện điện trường cao điểm 12 KV/cm 60J/xung Kết cho thấy hai dạng song cho hiệu vơ hoạt vi sinh vật, với sóng vng cho hiệu tốt 1.2.4 Nhiệt độ xử lý Kết thực nghiệm chứng minh rằng, nhiệt độ xử lý nhiệt độ chế biến có ảnh hưởng đến sống sót phục hồi vi sinh vật Xử lý phương pháp PEF nhiệt độ vừa phải (từ 50-60oC) tiến hành thấy tác dụng nhiệt độ đến vô hoạt hóa vi sinh vật Với cường độ điện trường khơng đổi, mức độ vơ hoạt hóa tăng theo gia tăng nhiệt độ Cường độ điện trường nguyên nhân làm tăng nhiệt độ vài thực phẩm, vậy, việc làm nguội cần thiết để trì nhiệt độ thực phẩm xuống thấp thực phẩm tạo trùng Ảnh hưởng nhiệt độ quan sát thấy E coli giảm từ 1-6,5 lần chu kỳ tương ứng với thay đổi nhiệt độ từ 32-55oC (Vega-Mercado cộng sự, năm1996) 1.2 Các yếu tố thành phần: (4) 1.2.1 Tính dẫn điện, pH, lực ion: Các tính dẫn điện trung bình (đơn vị σ, Siems / m) định nghĩa khả dẫn điện hành, biến quan trọng PEF Dẫn điện nghịch đảo điện trở suất, định nghĩa tính hiệu r đo ohm-mét 18 (W.m) Thực phẩm có tính dẫn điện cao gây điểm điện nhỏ buồng xử lý, khơng thích hợp để xử lý PEF (Barbosa-Cánovas cộng sự,1999) Khi vơ hoạt hóa Lactobacillusbrevis PEF cho thấy tính dẫn chất lỏng tăng lên, khả chống ăn mòn buồng xử lý giảm Do đó, làm giảm độ rộng xung giảm khả vơ hoạt vi sinh vật Bởi tính dẫn điện tăng dẫn đến kết lực liên kết ion chất lỏng tăng Hơn nữa, gia tăng độ chênh lệch độ dẫn điện tế bào vi sinh vật làm suy yếu cấu trúc màng tế bào chất làm tăng lượng ion qua màng tế bào Vega-Mercado cộng (1996) nghiên cứu tác động pH lực ion môitrường xử lý PEF Tỷ lệ vi sinh vật bị vơ hoạt hóa tăng nhận biết từ chu kỳ 2,5 lực ion điều chỉnh từ 168-28mm Dunne cộng (1996) báo cáo rằng, tùy thuộc vào loại vi sinh vật, độ pH mà làm tăng khả vô hoạt hóa vi sinh vật 1.2.2 Hạt thực phẩm: Khử hoạt tính vi sinh vật hệ thống hạt chất lỏng nghiên cứu Dunne cộng (1996) Theo đó, E.coli, L.innocua, aureus Staphyloccocus, Lactobacillus acidophilus bị vô hoạt trong hệ thống hạt alginate có đường.Những vấn đề thực phẩmkính 2mm ảnh hưởng biến khác phương pháp thử nghiệm 1.2.3 Kết hợp yếu tố: Nhìn chung, kết hợp yếu tố (chướng ngại) pH, độ ion hợp chất kháng sinh điều trị PEF phương tiện hiệu để hỗ trợ việc vơ hoạt hóa vi sinh vật với PEF 1.3 Các yếu tố vi sinh vật: (4) 1.3.1 Loại vi sinh vật: Trong số vi khuẩn, vi khuẩn gram dương có khả kháng PEF cao so với vi khuẩn gram âm Nhìn chung, nấm men dễ bị tác động so với vi sinh vật chúng có kích thước lớn hơn, cường độ điện thấp, chúng tránh nhiều so với tế bào vi khuẩn gram âm (Sale and Hamilton1967; Qin and others 1995a) Một so sánh vơ hoạt hai loại nấm men có kích thước khác cho thấy cường độ điện trường cần thiết để chúng ngừng hoạtđộng tỷ lệ nghịch với kích thước tế bào Những kết hợp lý không phù hợp với kết Hülsheger cộng (1983) Vì nghiên cứu lĩnh vực 19 cần tiếp tục để hiểu rõ ảnh hưởng loại vi sinh vật đến kết phương pháp PEF 1.3.2 Số lượng vi sinh vật: Số lượng vi sinh vật có thực phẩm ảnh hưởng đến vơ hoạt hóa chúng phưong pháp PEF Barbosa-Cánovas cộng (1999) báo cáo mức độ vơ hoạt hóa E.coli hệ thống thực phẩm dạng sữa ultrafiltrate(SMUF) không bị ảnh hưởng nồng độ vi sinh vật thay đổi từ 103-108cfu/ml sau phải chịu đến 70 KV/cm, 16 xung chiều rộng xung μs.Còn nước táo, điều kiện 25 kV / cm, xung, độ rộng xung 25 μs, tăng số lượng S.Cerevisiae khả vơ hoạt hóa giảm Ảnh hưởng nồng độ vi sinh vật đến mức độ vơ hoạt hóa liên quan tới hình thành nhóm tế bào nấm men vi sinh vật giấu khu vực có điện trường thấp 1.3.3 Giai đoạn trưởng thành vi sinh vật: Nhìn chung, tế bào giai đoạn tăng trưởng mạnh nhạy cảm so với tế bào giai đoạn tăng trưởng chậm suy thoái Vi sinh vật giai đoạn tăng trưởng mạnh đặc trưng trình phân chia tế bào liên tục Trong đó, màng tế bào nhạy cảm với điện trường áp dụng Hülsheger cộng (1983) kết luận tế bào từ giai đoạn tăng trưởng mạnh nhạy cảm với PEF giai đoạn tăng trưởng chậm suy thoái Nghiên cứu với E.Coli cho kết tương tự.Gaskova cộng (1996) báo cáo hiệu làm chết PEF giai đoạn tăng trưởng mạnh 30% lớn giai đoạn chậm ngừng tăng trưởng Cơ chế hoạt động: (1-2) Nguyên lý công nghệ PEF ứng dụng xung ngắn điện trường cao với thời gian từ micro giây micro đến mili giây cường độ theo thứ tự 10-80 kV / cm Thời gian xử lý tính cách nhân số lần xung với thời gian xung hiệu dụng Q trình dựa dịng điện xung chuyển đến sản phẩm đặt điện cực; Khoảng cách điện cực gọi khoảng cách điều trị buồng PEF Điện áp cao đặt vào dẫn đến điện trường làm bất hoạt vi sinh vật Điện trường áp dụng dạng xung phân rã theo cấp số nhân, sóng vng, lưỡng cực dao động nhiệt độ môi trường xung quanh, nhiệt độ môi trường phụ cao chút Sau xử lý, thực phẩm đóng gói vơ trùng bảo quản tủ lạnh áp dụng cho sản phẩm thực phẩm giữ hai điện cực bên buồng, thường nhiệt độ phịng Thực phẩm có khả truyền điện diện số ion, làm cho sản phẩm đề cập có độ dẫn điện định Vì vậy, điện 20 trường áp dụng, dòng điện chạy vào thức ăn lỏng chuyển đến điểm chất lỏng có phân tử tích điện (Zhang cộng sự, 1995) Một số công nghệ chế biến không nhiệt đề xuất sở nguyên tắc giữ thực phẩm nhiệt độ thấp nhiệt độ thường sử dụng chế biến nhiệt Điều giữ chất lượng dinh dưỡng thực phẩm bao gồm vitamin, khoáng chất hương vị thiết yếu tiêu thụ lượng so với chế biến nhiệt Áp suất thủy tĩnh cao, từ trường dao động, xung ánh sáng cường độ cao, chiếu xạ, sử dụng hóa chất hóa sinh, điện trường xung cường độ cao khái niệm rào cản công nhận công nghệ phi nhiệt đới năm gần (BarbosaCánovas cộng sự, 1999) Kết phá hủy màng vĩnh viễn này, vi sinh vật bị bất hoạt Một số ứng dụng công nghệ PEF công nghệ sinh học kỹ thuật di truyền để kết hợp điện lai tế bào (Chang cộng sự, 1992) Hình 11 Cơ chế tiêu diệt vi sinh vật Một số công nghệ chế biến không nhiệt đề xuất sở nguyên tắc giữ thực phẩm nhiệt độ thấp nhiệt độ thường sử dụng chế biến nhiệt Điều giữ chất lượng dinh dưỡng thực phẩm bao gồm vitamin, khoáng chất hương vị thiết yếu tiêu thụ lượng so 21 với chế biến nhiệt Áp suất thủy tĩnh cao, từ trường dao động, xung ánh sáng cường độ cao, chiếu xạ, sử dụng hóa chất hóa sinh, điện trường xung cường độ cao khái niệm rào cản công nhận công nghệ phi nhiệt đới năm gần (Barbosa-Cánovas cộng sự, 1999 ) Cơ sở cho dự đoán PEF có khả bất hoạt vi sinh vật thực phẩm, giảm hoạt tính enzym kéo dài thời hạn sử dụng với thay đổi không đáng kể chất lượng sản phẩm cuối so với sản phẩm ban đầu Theo cường độ cường độ trường, kết hợp điện thuận nghịch (phóng điện qua màng tế bào) khơng thể đảo ngược (phá vỡ ly giải màng tế bào), hiệu ứng kiểm sốt tùy thuộc vào ứng dụng (Ho Mittal, 1996) (Zimmermann Benz, 1980) đề cập rằng, công nghệ PEF dựa lượng phát xung truyền đến sản phẩm đặt tập hợp điện cực giới hạn khe hở điều trị buồng PEF Thiết bị bao gồm máy phát xung điện áp cao buồng xử lý với hệ thống xử lý chất lỏng phù hợp thiết bị giám sát điều khiển cần thiết (Hình 1) Sản phẩm thực phẩm đặt buồng xử lý, theo thiết kế tĩnh liên tục, nơi hai điện cực kết nối với vật liệu khơng dẫn điện để tránh dịng điện từ sang Các xung điện có điện áp cao tạo đưa vào điện cực, sau dẫn xung điện cường độ cao tới sản phẩm đặt hai điện cực Sản phẩm thực phẩm chịu lực đơn vị điện tích, gọi điện trường, chịu trách nhiệm cho phá vỡ màng tế bào đảo ngược vi sinh vật Điều dẫn đến phân hủy điện môi màng tế bào vi sinh vật tương tác với phân tử tích điện thực phẩm (Fernandez-Díaz cộng sự, 2000; Zimmermann, 1986) Do đó, cơng nghệ PEF đề xuất để trùng loại thực phẩm nước trái cây, sữa, sữa chua, súp trứng lỏng (Vega-Mercado et al., 1997; Bendicho., 2003; Puértolas et al., 2004 22 Hình 12 Sơ đồ quy trình hệ thống chế biến thực phẩm PEF với thành phần Ưu nhược điểm xung điện trường: (3-9) Ưu điểm sử dụng kỹ thuật trường xung điện: Tiêu tốn nguyên liệu, giảm giá thành sản phẩm Không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, thực phẩm giữ nguyên giá trị dinh dưỡng làm giảm đáng kể thay đổi bất lợi tính chất cảm quan vật lí thực phẩm: màu sắc hương vị Kĩ thuật trường xung điện sử dụng điện để hoạt động, đảm bảo an tồn khơng gây nhiễm mơi trường Thời gian xử lí ngắn Kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm Diệt tế bào sinh dưỡng; khơng có chứng độc tính; thời gian điều trị tương đối ngắn; tan băng cấp tốc; khử nhiễm nhiệt thức ăn nhạy cảm; thích hợp cho thức ăn lỏng; tiệt trùng nước trái cây, súp, trứng lỏngvà sữa; khơng có nguy mơi trường Bên cạnh ưu điểm cịn tồn hạn chế trình sử dụng PEF để sản xuất thực phẩm như: Chi phí đầu tư cao, giá thành đắt đỏ Trường xung điện có hiệu vi sinh vật Các vi sinh vật bị phá hủy bảo tử tế bào gây bệnh bị nước có lớp bảo vệ cứng sống sót Cần bảo quản thực phẩm lạnh để sử dụng Công nghệ trường xung điện giới hạn thực phẩm khơng có bọt khí độ dẫn điện thấp nên diện bong bóng, dẫn đến việc xử lý khơng thống vấn đề vận hành an toàn Đây phương pháp chế biến liên tục, khơng phù hợp với sản phẩm rắn có khả bơm 23 sản phẩm trình điện phân ảnh hưởng xấu đến thực phẩm; hiệu sử dụng lượng chưa chắn; sẵn có đơn vị thương mại; giới hạn ứng dụng, hạn chế sản phẩm thực phẩm chịu điện trường cao; kích thước hạt thực phẩm lỏng hai chế độ xử lý tĩnh xử lý dòng chảy Giá trị lớn kích thước hạt chất lỏng phải nhỏ khe hở vùng xử lý buồng để trì hoạt động xử lý thích hợp III Ứng dụng công nghệ trường xung điện công nghệ thực phẩm: Ứng dụng chế biến nước cam: (7-8) Trong thập kỷ qua, chế biến điện trường xung (PEF) nhận quan tâm đáng kể tiềm để nâng cao sản phẩm thực phẩm tạo lựa chọn thay cho phương pháp thông thường chế biến thực phẩm Người ta thường thừa nhận trình chế biến PEF cung cấp nước trái an toàn ổn định với độ lạnh với đặc tính dinh dưỡng cảm quan giống tươi Nhiệt độ xử lý tương đối thấp thời gian cư trú ngắn đạt hiệu cao việc khử hoạt tính vi sinh vật mà giữ chất lượng sản phẩm Một ứng dụng thương mại PEF để bảo quản nước trái đưa vào năm 2006 Hoa Kỳ Kể từ đó, thiết bị chế biến quy mô công nghiệp cho sản phẩm lỏng rắn phát triển Châu Âu vào năm 2009, dây chuyền bảo quản nước trái công nghiệp lắp đặt sử dụng xung 20 kV / cm 40 đến 50 ° C để kéo dài độ ổn định lạnh nước trái cây, bao gồm nước ép cam quýt sinh tố Hình 13 Ứng dụng cơng nghệ trường xung điện vào chế biến 24 Các tác động phương pháp xử lý điện trường xung (PEF) việc khử vi sinh vật, thành phần dễ bay đặc điểm cảm quan nước cam nghiên cứu Các phương pháp xử lý nhiệt nhẹ chuyên sâu áp dụng để so sánh Một hệ thống PEF quy mơ thí điểm, với tốc độ dịng chảy 30 L / h cường độ trường tối đa 20 kV / cm, sử dụng Xử lý PEF lượng cụ thể 150 kJ / L Các phương pháp xử lý PEF bảo tồn hợp chất đặc trưng liên quan đến hương vị tươi (ví dụ: dl-limonene, β-myrcene, α-pinen valencene) hiệu so với phương pháp xử lý nhiệt chuyên sâu Điều xác minh cách phân tích mơ tả đánh giá cảm quan Dựa phân tích thành phần (PCAs) phân tích hồi quy phần bình phương nhỏ (PLS), nước cam xử lý PEF cho thấy độ tương đồng cao so với nước cam không xử lý Kết PEF kỹ thuật chế biến thay giữ hương vị mùi vị tươi nước cam vắt Ứng dụng chế biến khoai tây: (5) Trong chế biến khoai tây, hệ thống PEF giải pháp thay tuyệt vời cho lị sơ chế truyền thống Cơng nghệ PEF không mang lại chất lượng cắt vượt trội giảm gãy, vỡ cá chiên kiểu Pháp mà cải thiện hiệu sấy khô Điện trường xung tạo lỗ nhỏ thành tế bào khoai tây, gọi trình thẩm thấu tế bào, tạo điều kiện thuận lợi cho trình cắt, chần, sấy chiên - Dây dẫn xuất sắc: Khoai tây coi chất dẫn điện tuyệt vời chúng rắn chắc, chứa khoảng 80% nước giàu kali Bằng cách thẩm thấu màng tế bào, PEF cho phép làm mềm mô tăng cường vận chuyển khối lượng, dẫn đến cải thiện việc cắt khoai tây, chất lượng sản phẩm cao tăng cơng suất quy trình Áp suất thẩm thấu áp suất turgor tế bào (độ đục) giảm cách làm bền màng tế bào Khoai tây trở nên đồng với trình xử lý điện trường xung, cải thiện cấu trúc dẫn đến giảm biến đổi theo mùa Tùy thuộc vào giống khoai tây, cường độ trường thích hợp nằm khoảng từ 0,8 đến 1,5 kV / cm lượng cung cấp từ 0,2 đến 1,5 kJ / kg - Cải thiện cắt: Kết việc cắt khoai tây phương pháp xử lý PEF cải thiện, với bề mặt nhẵn, cạnh sắc lực cắt khoảng 40% khoai tây nguyên củ kết Công nghệ PEF cho phép cắt kết cấu sản phẩm tối ưu Cắt khoai tây 25 chiên kiểu Pháp kết cấu sản phẩm tối ưu giúp bị gãy vỡ hơn, tạo khoai tây chiên mỏng dài Cải thiện khả cắt khoai tây chiên giịn giúp bề mặt mịn màu Việc hấp thụ dầu giữ nước giảm sau dẫn đến khoai tây chiên giòn Nguồn: potatopro.com - Khoai tây nghiền: Trong sản xuất khoai tây nghiền, xử lý điện trường xung giúp loại bỏ biến thể cấu trúc khoai tây, dẫn đến giảm đáng kể số lượng kích thước cục nghiền mịn để có miếng ăn ngon Ứng dụng chế biến nước sốt (sốt cà chua, sốt thịt, sốt salad): (5) Mục tiêu xử lý PEF: Bất hoạt vi sinh vật, tăng thời hạn sử dụng Chế biến PEF kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm thực phẩm lỏng Trong độ ổn định vi sinh vật nước sốt, nước xốt nước xốt cải thiện, giá trị dinh dưỡng chúng giữ lại tốt phương pháp trùng lạnh trùng nhiệt Việc giữ lại vitamin, chất chống oxy hóa sắc tố mang lại loại nước sốt nước sốt lành mạnh, tươi ngon ngon miệng Thời hạn sử dụng so sánh với thời hạn sử dụng thực phẩm trùng nhiệt Cường độ trường yêu cầu nằm khoảng từ 10 đến 20 kV / cm lượng cung cấp 50 đến 120 kJ / kg 26 Khử nhiễm có mục tiêu kiểm sốt kích hoạt cách thấm qua màng tế bào vi sinh vật Hiệu quy trình cao nhờ giảm lượng, lao động chi phí vận hành Các vitamin, khống chất, sắc tố, chất chống oxy hóa hương vị giữ lại để tạo sản phẩm cuối lành mạnh hơn, tươi ngon ngon miệng Protein không bị ảnh hưởng Thời hạn sử dụng kéo dài dẫn đến linh hoạt cho việc lập kế hoạch sản xuất Quy trình liên tục kỹ thuật nhanh chóng Dấu chân thiết bị nhỏ q trình bắt đầu nhanh chóng, u cầu lượng thấp Ứng dụng xử lý trái cây: (6) Ví dụ sản phẩm: Nước ép trái cây, trái xay nhuyễn, trái cắt sẵn Mục tiêu xử lý PEF: Bất hoạt vi sinh vật để tăng thời hạn sử dụng, phân hủy tế bào thay đổi cấu trúc để nâng cao hiệu chiết xuất tinh chế - Chiết xuất trái lạnh: PEF áp dụng cho trái nguyên rắn làm mềm mô trái cách thấm qua màng tế bào Việc làm mềm mô giúp tăng cường trình chiết xuất trái nhiệt độ môi trường để sản xuất nước xay nhuyễn chế phẩm từ trái xoài, mơ, đào táo, để sản xuất nước trái Quy trình chiết xuất nâng cao dẫn đến suất tinh chế cao giảm chi phí Q trình tinh chế lạnh thuận lợi mặt chất lượng sản phẩm giữ lại vitamin, hợp chất hương vị, chất chống oxy hóa, chất màu độ tươi nói chung Các cường độ trường cần thiết để tăng cường vận chuyển khối lượng lớn giải phóng nước trái từ 1,0 đến 3,0 kV / cm, tương ứng với phân phối lượng từ đến 10 kJ / kg - Sửa đổi cấu trúc dâu tây: Được áp dụng để xử lý PEF dâu tây dẫn đến làm mềm mô áp suất turgor Cường độ trường yêu cầu 0,5 - 1,0 kV / cm; lượng cung cấp 0,5 - 5,0 kJ / kg - Tăng thời hạn sử dụng: Việc tăng thời hạn sử dụng sản phẩm trái dạng lỏng nước ép, nước trái sinh tố đòi hỏi cường độ trường lượng đầu vào cao xử lý PEF, cụ thể 10 - 20 kV / cm 50 - 120 kJ / kg - Tiệt trùng sản phẩm axit thấp: 27 Tiệt trùng nhiệt kết hợp xử lý PEF sử dụng sản phẩm axit thấp chuối kiwi xay nhuyễn để tránh thay đổi màu sắc vơ hiệu hóa bào tử enzym Ví dụ, xử lý nhiệt tiêu chuẩn loại tinh khiết 130-135 ° C (266-275 F); nhiệt độ này, màu nhuyễn chuyển sang màu hồng chuối chuyển sang màu nâu kiwi 90-95 ° C (194-203 F) Sản phẩm quy trình cải thiện cách sử dụng nhiệt độ thấp sau xử lý PEF vịng chưa đầy giây 28 KẾT LUẬN Trong sống đại ngày này, nhu cầu người đòi hỏi nguồn thực phẩm lớn cấp thiết Một số việc áp dụng cơng nghệ trường xung điện (PEF) vào chế biến thực phẩm điều kiện cần thiết chủ yếu hay Nghiên cứu công nghệ điện trường xung tiến hành khắp giới Hầu hết nghiên cứu thực phịng thí nghiệm quy mơ nhà máy thí điểm, cho thấy kết đầy hứa hẹn Mục tiêu công nghệ bảo quản thực phẩm ngành công nghiệp thực phẩm sử dụng kiểm soát vi sinh vật chúng làm ô nhiễm thực phẩm Các công nghệ bảo quản thực phẩm dựa việc ngăn chặn phát triển vi sinh vật bất hoạt vi sinh vật Nhìn chung Điện trường xung (PEF) kỹ thuật bảo quản thực phẩm khơng dùng nhiệt có tiềm thay chế biến nhiệt thông thường Khi tiếp xúc với xung điện trường cao, màng tế bào phát triển lỗ chân lông cách mở rộng lỗ chân lông có cách tạo lỗ chân lơng Các lỗ chân lơng tồn vĩnh viễn tạm thời, tùy thuộc vào tình trạng điều trị Hệ thống xử lý điện xung cấu tạo bao gồm máy phát xung công suất cao, tế bào xử lý, thiết bị đo điện áp dịng điện Một xử lý truyền thống bao gồm hai điện cực giữ song song vật liệu cách nhiệt tạo thành vỏ bọc chứa thực phẩm cần xử lý Ứng dụng điện trường xung cường độ cao bao gồm việc tạo xung thời gian ngắn điện trường hai điện cực song song bao quanh vật liệu điện môi Công nghệ điện trường xung ứng dụng xung ngắn (micro - đến mili giây), cường độ điện trường từ 10-80 kV / cm, áp dụng cho sản phẩm thực phẩm giữ hai điện cực bên buồng, thường nhiệt độ phịng Cơ sở cho dự đốn PEF có khả vơ hiệu hóa vi sinh vật thực phẩm, giảm hoạt tính enzym kéo dài thời hạn sử dụng với thay đổi không đáng kể chất lượng sản phẩm cuối so với sản phẩm ban đầu Theo cường độ cường độ trường, kết hợp điện thuận nghịch (phóng điện qua màng tế bào) Trên mà nhóm em nghiên cứu ứng dụng công nghệ trường xung điện vào chế biến thực phẩm nhằm cung cấp số thông tin cần thiết đến tất người nhấn mạnh tầm quan trọng chế biến thực phẩm ngày 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ayman H Amer Eissa(2012), Structure and Function of Food Engineering, Egypt Maged E.A Mohamed and Ayman H Amer Eissa (2011), Pulsed Electric Fields for Food Processing Technology,17/9/2022, https://www.intechopen.com/chapters/38363 Mark de Boevere(2017),PEF Pulsemaster, 20/9/2022, https://www.pulsemaster.us/pefpulsemaster/faq?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=vi&_x_tr_hl=vi&_x_tr_pto=wapp Nhóm Sinh viên (2011), ứng dụng kỹ thuật trường xung điện ngành thực phẩm,20/9/2022, https://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-ung-dung-cua-ky-thuat-truong-xungdien-trong-nganh-thuc-pham-10890/ Pulsemaster-potato products,6/10/2022, https://www.pulsemaster.us/pefproducts/potato-products Pulsemaster-Fruit products,7/10/2022, https://www.pulsemaster.us/pef-products/fruitproducts Pulsemaster- Sauces, dressings and marinades,7/10/2022, https://www.pulsemaster.us/pef-products/sauces-dressings-and-marinades S Min, Z.T Jin, S.K Min, H Yeom, Q.H Zhang (2013),Pulsed Electric Field Processing of Orange Juice: A Review on Microbial, Enzymatic, Nutritional, and Sensory Quality and Stability,5/10/2022, https://ift.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/15414337.12026 Yashwant Kumar*, Krishna Kumar Patel** and Vivek Kumar***(2015), Pulsed Electric Field Processing in Food Technology,5/10/2022, https://oaji.net/articles/2015/1742-1426149471.pdf 30 ... NỘI DUNG I Trường xung điện: Tổng quan kĩ thuật trường xung điện: 1.1 Định nghĩa: (4) Xử lý điện trường xung (PEF) kỹ thuật chế biến thực phẩm không dùng nhiệt hiệu cách sử dụng xung điện áp cao,... số ứng dụng công nghệ PEF công nghệ sinh học kỹ thuật di truyền để điện hóa lai tạo tế bào Trường xung điện công nghệ thực phẩm: (2-4) Điện trường xung PEF phương pháp bảo quản thực phẩm không... trình hệ thống chế biến thực phẩm PEF với thành phần Ưu như? ??c điểm xung điện trường: (3-9) Ưu điểm sử dụng kỹ thuật trường xung điện: Tiêu tốn nguyên liệu, giảm giá thành sản phẩm Không ảnh hưởng