Tổng quan
Khái niệm bao bì chức năng
Bao bì “chức năng” được thiết kế để mang lại giá trị gia tăng cho người tiêu dùng, bằng cách tích hợp các phụ gia vào màng film hoặc bên trong vật chứa, nhằm duy trì và kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.
Vai trò của bao bì chức năng
Bao bì thực phẩm nhằm các vai trò chức năng sau:
Bao bì thực phẩm cần đảm bảo rằng trọng lượng, thể tích, trạng thái, cấu trúc, màu sắc, mùi vị và các thành phần dinh dưỡng của thực phẩm bên trong không bị biến đổi.
Bảo vệ: ngăn ngừa hư hỏng do các rủi ro tiềm ẩn của việc vận chuyển sản phẩm.
Bảo quản: giúp làm giảm hoặc loại bỏ các biến đổi và tác nhân hóa học, sinh hóa và vi sinh gây hư hỏng sản phẩm.
Truyền thông thương hiệu được xây dựng thông qua việc sử dụng kiểu chữ đặc trưng, biểu tượng độc đáo và hình minh họa ấn tượng, như kiểu chữ của Cadbury, biểu tượng của McDonald's và logo nàng tiên cá hai đuôi của Starbucks Những yếu tố này không chỉ tạo ra sự nhận diện tức thì cho sản phẩm mà còn thu hút sự chú ý của người tiêu dùng, góp phần vào hiệu quả của quảng cáo và tác động trực quan.
Cung cấp thông tin về yêu cầu pháp lý, thành phần và cách sử dụng sản phẩm là rất quan trọng Thông tin này giúp truyền tải giá trị của sản phẩm từ nhà sản xuất đến tay người tiêu dùng, đồng thời đảm bảo sự minh bạch và tin cậy trong quá trình tiêu thụ.
Thuận lợi:trong phân phối, lưu kho, vận chuyển, quản lý và tiêu dùng.
Trình bày: thành các hình dạng vật liệu, kích thước, màu sắc, chủng loại, đơn vị trưng hàng hóa đa dạng… [3]
Bao bì chức năng không chỉ mang lại những lợi ích vượt trội so với bao bì thực phẩm truyền thống mà còn tối ưu hóa điều kiện môi trường bên trong sản phẩm, kéo dài tuổi thọ và hạn chế sự phát triển của vi khuẩn gây hại mà vẫn bảo toàn hàm lượng dinh dưỡng Sản phẩm được đóng gói an toàn, tiện lợi và không làm biến đổi nhiều trạng thái ban đầu, đồng thời gia tăng giá trị cho thực phẩm.
Mục đích sử dụng bao bì chức năng
Bao bì chức năng không chỉ nâng cao chất lượng vật liệu đóng gói mà còn đảm bảo an toàn, tiện lợi và dễ sử dụng cho người tiêu dùng Trong cuộc sống bận rộn ngày nay, người tiêu dùng luôn tìm kiếm sản phẩm hiệu quả, an toàn và bền lâu Loại bao bì này không chỉ mang lại giá trị cho nhà sản xuất mà còn cho người tiêu dùng Để sản xuất bao bì chức năng, cần sử dụng nhiều loại vật liệu và linh kiện, miễn là chúng cải thiện cuộc sống của người tiêu dùng Các nhà sản xuất công nghiệp thực phẩm cần hiểu rõ nhu cầu và mong muốn của người tiêu dùng để nâng cao doanh thu và cung cấp sản phẩm thực sự hữu ích.
Phân loại
Bao bì chức năng có thể được thiết kế dưới dạng đơn lớp hoặc đa lớp Trong bao bì đơn lớp, các hợp chất phụ gia hoạt động được tích hợp trực tiếp vào vật liệu bao gói thông qua phương pháp phủ Ngược lại, bao bì đa lớp cho phép bổ sung các hợp chất phụ gia hoạt động giữa các lớp vật liệu, nhằm kiểm soát sự giải phóng của chúng vào bề mặt hoặc bên trong thực phẩm.
Hiện nay, có rất nhiều loại đóng gói bao bì thực phẩm chức năng được phát triển như:
Giải phóng hoặc loại bỏ CO2
Giải phóng các chất bảo quản trong thực phẩm
Bao bì kháng khuẩn/ kháng nấm
Bao bì kháng oxy hóa
Trong ngành thực phẩm, ứng dụng đóng gói bao bì chức năng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo quản sản phẩm Các bao bì này có khả năng thấm hút và loại bỏ các chất như O2, CO, độ ẩm, Ethylen, hương vị, và tia cực tím, giúp duy trì chất lượng và an toàn thực phẩm.
Giải phóng/ làm bốc hơi các hợp chất
Ethanol, CO2, chất chống oxy hóa, chất bảo quản,
SO2, hương vịLoại bỏ các chất Xử lý các thành phần có trong thực phẩm Ví dụ như
Lactose (trong sữa bò), Cholesterol.
Kiểm soát nhiệt độ Vật liệu cách nhiệt, bao bì tự làm nóng và tự làm mát, bao gói nhạy nhiệt.
Kiểm soát vi sinh vật và chất lượng
Vật liệu bao gói chiếu UV và vật liệu bao bì được xử lý bề mặt.
Các ảnh hưởng đến môi trường
Bao bì thực phẩm đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm, bảo vệ sản phẩm khỏi các yếu tố vật lý, hóa học và vi sinh, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân phối và giảm thiểu tổn thất do rơi vãi hoặc biến đổi trạng thái Nó không chỉ mang lại sự tiện lợi cho người tiêu dùng mà còn cung cấp thông tin về nội dung, thời hạn sử dụng và điều kiện bảo quản Hơn nữa, bao bì thực phẩm góp phần vào tính bền vững bằng cách giảm lãng phí thực phẩm và tối ưu hóa quy trình phân phối Đặc biệt, nhu cầu về bao bì bền vững ngày càng tăng, nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường từ sản xuất, sử dụng và thải bỏ bao bì.
Bao bì chức năng không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm mà còn gây ra tác động tiêu cực đến môi trường thông qua việc đóng gói không phù hợp, dẫn đến thất thoát và lãng phí thực phẩm Thất thoát thực phẩm xảy ra trong quá trình sản xuất và chế biến, trong khi lãng phí thực phẩm thường xảy ra ở giai đoạn bán lẻ và tiêu thụ cuối cùng Một số nguyên nhân liên quan đến bao bì thực phẩm, chẳng hạn như bao bì không bảo vệ hiệu quả chống lại oxy, độ ẩm và vi khuẩn, có thể khiến thực phẩm nhanh chóng biến chất Ngoài ra, các lỗi trong quá trình đóng gói cũng có thể làm hỏng sản phẩm trong quá trình phân phối và vận chuyển.
Dư thừa thức ăn có thể làm giảm khả năng tái chế bao bì, ảnh hưởng đến quy trình sản xuất bền vững Bao bì phân hủy và bao bì tái chế không chỉ thể hiện đặc tính phục hồi và bảo quản sản phẩm mà còn đóng góp quan trọng vào việc bảo vệ môi trường.
Ảnh hưởng của bao bì đến môi trường chủ yếu phụ thuộc vào loại vật liệu và các chất phụ gia trong màng film Bao bì không phân hủy sinh học có thể gây hại cho môi trường và các sinh vật trên Trái Đất Ngược lại, bao bì phân hủy sinh học với các chất phụ gia hóa học có thể làm giảm khả năng phân hủy Trong khi đó, bao bì thân thiện với môi trường, khi được bổ sung các chất phụ gia tự nhiên, sẽ phân hủy dễ dàng trong môi trường tự nhiên mà ít gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường.
Bao bì chức năng không chỉ giúp kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm mà còn giảm thiểu lượng rác thải bao bì ra môi trường hàng năm Do đó, loại bao bì này đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và giảm thiểu tác động tiêu cực từ chất thải.
Vật liệu bao gói có bổ sung các thành phần chức năng kháng vi sinh vật
Khái niệm
Quá trình chế biến thực phẩm không đạt yêu cầu hoặc bao bì bị rách, không kín có thể dẫn đến sự xâm nhập của vi sinh vật vào thực phẩm Sự nhiễm bẩn này làm thay đổi tính chất hóa lý của sản phẩm, gây ra biến đổi do sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Khi vi sinh vật xâm nhập vào thực phẩm như thịt, cá, rau củ quả, chúng sẽ hình thành các acid amin hữu cơ và sinh sôi nảy nở mạnh mẽ.
Bao bì kháng khuẩn là loại bao bì được bổ sung các chất kháng khuẩn và kháng nấm nhằm ức chế hoặc làm chậm sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh và hư hỏng trên bề mặt thực phẩm.
Bao bì thực phẩm kháng khuẩn là một giải pháp mới nhằm kiểm soát sự tạp nhiễm vi sinh vật, nâng cao tính an toàn và kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm Xu hướng tiêu dùng hiện nay đang nghiêng về các sản phẩm hoàn toàn tự nhiên, điều này cho thấy tiềm năng thay thế các chất phụ gia hóa học bằng các hợp chất tự nhiên an toàn hơn Nghiên cứu gần đây chủ yếu tập trung vào việc ứng dụng các chất kháng khuẩn tự nhiên trong bao bì thực phẩm, với các hợp chất sinh học như vi khuẩn, chiết xuất từ thực vật và enzyme.
Hệ thống đóng gói kháng khuẩn bao gồm các polyme sinh học và chất kháng khuẩn được kết hợp vào vật liệu đóng gói thông qua các phương pháp hấp thụ, giải phóng hoặc cố định.
Vai trò
Bao bì kháng vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự tạp nhiễm mầm bệnh, từ đó kéo dài thời gian sử dụng và nâng cao độ an toàn cho thực phẩm Với tiềm năng cải thiện chất lượng và bảo đảm an toàn thực phẩm, loại bao bì này đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu và phát triển Ứng dụng chính của bao bì kháng vi sinh vật nằm trong lĩnh vực thực phẩm, đặc biệt là các sản phẩm dễ nhiễm khuẩn như bánh mì, sản phẩm từ sữa, trái cây, rau củ, thịt, cá và gia cầm Các hợp chất kháng vi sinh vật như chất diệt khuẩn và chất diệt nấm có thể được tích hợp vào lớp màng bao gói để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật Tuy nhiên, việc áp dụng bao bì này vẫn chưa phổ biến trong ngành công nghệ thực phẩm.
Các hợp chất kháng vi sinh vật trong thực phẩm chỉ có thể tác động đến một hoặc nhiều nhóm vi sinh vật nhất định, nhưng khi kết hợp với các vật liệu khác, chúng có thể mở rộng khả năng ngăn ngừa và tiêu diệt vi sinh vật gây hư hỏng Những chất này có thể được bổ sung vào giữa các bề mặt vật liệu đóng gói hoặc phủ trực tiếp lên bao bì Phương pháp sử dụng sẽ phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể, bắt đầu từ việc xác định mầm bệnh có khả năng tồn tại và sau đó là các vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm.
Bao bì kháng khuẩn cho các sản phẩm thịt
Hình 2:Bao bì cho sản phẩm thịt
Thịt là một trong những thực phẩm dễ hư hỏng nhất trong số các loại thực phẩm thương mại, với thời hạn sử dụng bị ảnh hưởng bởi sự phát triển của vi sinh vật, hoạt động của enzyme và quá trình oxy hóa lipid Các yếu tố này còn liên quan đến loại bao bì và môi trường bảo quản, chủ yếu tại điểm bán sản phẩm Do đó, các nhà sản xuất trong ngành công nghiệp thịt rất chú trọng đến các phương pháp chế biến và đóng gói nhằm kéo dài thời gian sử dụng của sản phẩm.
Bao bì kháng vi sinh vật cho sản phẩm thịt giúp ngăn ngừa hư hỏng và sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh, bảo quản độ tươi ngon và kéo dài tuổi thọ sản phẩm Hiệu quả của bao bì này được đo bằng cách theo dõi số lượng vi sinh vật và các chỉ số chất lượng liên quan Hầu hết các ứng dụng bao bì kháng vi sinh vật dựa vào sự di chuyển của các hợp chất kháng vi sinh vật từ vật liệu bao bì vào thực phẩm, do đó, động học di chuyển là yếu tố quan trọng trong việc kiểm soát sự ức chế vi sinh vật Để tối ưu hóa sản xuất bao bì, cần xác định mục tiêu hư hỏng hoặc vi sinh vật gây bệnh cụ thể phù hợp với động học di chuyển Mặc dù có nhiều loại bao bì kháng vi sinh vật từ polyme tổng hợp và sinh học đã được chứng minh hiệu quả trong việc kéo dài thời hạn sử dụng và đảm bảo an toàn thực phẩm, nhưng hiện nay số lượng bao bì thương mại hóa còn hạn chế Việc kết hợp công nghệ đóng gói mới với bao bì kháng vi sinh vật có thể cải thiện khả năng bảo quản sản phẩm thịt.
Bao bì kháng khuẩn cho trái cây và rau tươi
Trái cây và rau quả tươi dễ hư hỏng và thay đổi sinh lý sau thu hoạch, có nguy cơ nhiễm vi sinh vật trong quá trình vận chuyển, chế biến và bảo quản Sự thâm đen nhanh chóng của chúng không chỉ làm giảm giá trị cảm quan mà còn ảnh hưởng đến chất lượng dinh dưỡng Để khắc phục tình trạng này, hệ thống bao bì kháng vi sinh vật đã được nghiên cứu và ứng dụng thương mại, bao gồm các chất kháng khuẩn trong vật liệu đóng gói, lớp phủ chống vi sinh vật ăn được và điều chỉnh môi trường khí quyển bên trong bao bì nhằm bảo vệ thực phẩm hiệu quả hơn.
Bao bì kháng khuẩn cho gia cầm
Ngành công nghiệp gia cầm, mặc dù thành công trong lĩnh vực thực phẩm, đang đối mặt với thách thức lớn về an toàn vi sinh thực phẩm do sự lây lan của nhiều dịch bệnh Các sản phẩm gia cầm thường xuyên được kiểm soát để đảm bảo an toàn, nhưng các biện pháp hiện tại chưa đủ hiệu quả để ngăn ngừa rủi ro lây nhiễm qua thực phẩm Với nhu cầu tiêu thụ gia cầm cao do giá thành rẻ và phổ biến, việc đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và xây dựng hệ thống phân phối hiện đại là vô cùng cần thiết Do đó, việc phát triển bao bì kháng vi sinh vật trở thành ưu tiên hàng đầu trong ngành này.
Bao bì kháng khuẩn cho thủy hải sản là cần thiết để kéo dài thời gian sử dụng và duy trì chất lượng sản phẩm Việc phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả, như bao bì và lớp phủ kháng vi sinh vật, đã được đề xuất để đáp ứng nhu cầu này Đặc biệt, các nhà sản xuất sản phẩm thủy hải sản chú trọng đến việc ức chế vi khuẩn Listeria monocytogenes Sự tương tác giữa chất tạo màng sinh học và chất kháng vi sinh vật có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả kháng vi sinh vật trong thực phẩm này.
Bao bì kháng khuẩn cho đồ uống
Hình 3:Bao bì thủy tinh cho đồ uống
Các ứng dụng của nano polyme tổng hợp và polyme sinh học trong vật liệu đóng gói giúp bảo vệ sản phẩm đồ uống khỏi hư hỏng từ bên ngoài, trong khi các vật liệu micro/nano dựa trên kim loại ngày càng được sử dụng như chất kháng vi sinh vật Một số loại bao bì này có thể gây ra sự thay đổi vật lý cho đồ uống Bên cạnh đó, các công nghệ chế biến thực phẩm đồ uống mới như chế biến áp suất cao, trường xung điện và chiếu xạ đang được ứng dụng và thương mại hóa rộng rãi.
Các sản phẩm đồ uống có thành phần ổn định và thành phần dễ phân hủy, ảnh hưởng đến chất lượng và hương vị Ví dụ, sữa chua uống bổ sung men vi sinh sống cần bảo quản lạnh, nhưng thời hạn sử dụng chỉ tính bằng tuần hoặc tháng Điều này làm tăng chi phí sản xuất và vận chuyển Nhiều sản phẩm đồ uống đã được tiệt trùng, cho phép bảo quản ở nhiệt độ phòng mà không cần làm lạnh, kéo dài hạn sử dụng từ vài ngày đến nhiều tháng Tuy nhiên, nhiệt độ cao có thể làm giảm chức năng và dinh dưỡng của protein, trong khi quá trình gia nhiệt thấp có thể không đủ tiêu chuẩn tiệt trùng, dẫn đến việc bổ sung chất phụ gia hóa học để bảo quản.
Ưu và nhược điểm
Bao bì kháng vi sinh vật là giải pháp đáng tin cậy thay thế bao bì truyền thống, giúp bảo quản thực phẩm hiệu quả bằng cách tích hợp các chất kháng vi sinh vật vào vật liệu đóng gói Việc sử dụng loại bao bì này không chỉ cải thiện đáng kể các đặc tính cảm quan của sản phẩm mà còn kéo dài tuổi thọ sản phẩm, góp phần thúc đẩy tiêu dùng bền vững và giảm lượng rác thải ra môi trường So với bao bì truyền thống, bao bì kháng vi sinh vật giúp giảm thiểu việc sử dụng chất bảo quản trong thực phẩm.
Bao bì kháng vi sinh không chỉ mang lại lợi ích kháng khuẩn và kháng nấm mà còn có khả năng di chuyển các hợp chất hóa học không mong muốn vào thực phẩm Do đó, các nhà sản xuất cần nắm vững nguyên tắc và cơ chế phản ứng để tối ưu hóa việc sử dụng chất kháng vi sinh vật, nhằm xây dựng hệ thống hiệu quả.
Vật liệu đóng gói bao bì kháng vi sinh vật
Vật liệu bao gói thực phẩm bao gồm polyme, thủy tinh, kim loại và giấy, mỗi loại có ứng dụng khác nhau dựa trên tính chất vật lý và hóa học của chúng Các vật liệu này có nhiều hình dạng và chức năng riêng biệt, nhưng cần đạt được sự cân bằng giữa hình dạng và chức năng Mục đích chính của bao bì là bảo quản, chứa đựng và bảo vệ thực phẩm, do đó, vật liệu đóng gói có thể có cấu trúc cứng, mềm hoặc bán mềm.
Các loại bao gói cứng:ví dụ như chai, lon hay lọ,…
Bao bì kháng vi sinh vật được tạo ra bằng cách kết hợp nhiều loại vật liệu như giấy, kim loại và thủy tinh Những túi này có các đặc tính cần thiết để bảo vệ sản phẩm thực phẩm khỏi vi sinh vật, giúp duy trì chất lượng và an toàn thực phẩm.
Các loại bao gói bán bán mềm:ví dụ như hộp và gói tetra,…
Các loại bao bì thực phẩm được phân loại dựa trên trọng lượng, kích thước, độ bền và tính chất của sản phẩm Việc lựa chọn vật liệu đóng gói phù hợp cho mỗi loại thực phẩm phụ thuộc vào các chức năng cần thiết, bao gồm ngăn ngừa tác động của độ ẩm, nhiệt độ, oxy, ánh sáng và vi sinh vật Bên cạnh đó, khả năng bảo vệ thực phẩm khỏi hư hỏng, tính thấm, nhận dạng sản phẩm cùng các đặc tính hóa học và quang học cũng rất quan trọng trong việc chọn lựa vật liệu.
Các loại bao gói mềm:ví dụ như túi snack, túi lọc trà,…
Các loại vật liệu được sử dụng chính trong công nghệ bao bì kháng vi sinh vật: 4.1 Kim loại
Bao bì thực phẩm bằng kim loại bao gồm nhiều dạng như lon, ống, hộp đựng, màng và nắp Lon thường được làm từ nhôm hoặc thép, là loại bao bì kim loại phổ biến nhất trong ngành thực phẩm và đồ uống Chúng có khả năng tái chế cao và thường được phủ một lớp vật liệu hữu cơ để ngăn chặn sự tương tác giữa thực phẩm và kim loại.
Bao bì nhôm được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các lon nước giải khát, giấy bạc, ống, khay và túi nhờ vào khả năng chịu nhiệt tốt và tính năng bảo vệ khí hiệu quả, giúp kéo dài tuổi thọ thực phẩm Ngoài ra, nhôm dễ uốn, định hình tốt, nhẹ và tương đối vô hại, đồng thời có thể tái chế vô hạn, góp phần vào việc bảo vệ môi trường.
Các nguyên tố hợp kim như Mg và Mn thường được bổ sung vào vật liệu nhôm nhằm nâng cao khả năng bảo vệ thực phẩm Việc này giúp duy trì độ tươi, bảo quản mùi vị, và bảo vệ sản phẩm khỏi tia bức xạ, oxy, độ ẩm, lipid hóa, cũng như vi sinh vật gây ô nhiễm.
Bao bì thép, bao gồm lon, thùng chứa và nắp đóng, được sản xuất từ vật liệu thép và yêu cầu phủ lớp hữu cơ để chống ăn mòn Chúng thường được chế tạo từ sắt tây (thép tráng thiếc) hoặc thép phủ crom điện phân (thép không chứa thiếc) Thép là một vật liệu bền vững, có khả năng tái chế công khai mà vẫn giữ nguyên chất lượng.
Thiếc là vật liệu bao bì hiệu quả, ngăn ngừa không khí, độ ẩm, ánh sáng và mùi vị, lý tưởng cho sản phẩm thực phẩm thanh/tiệt trùng Với độ dẻo và khả năng định hình tốt, thiếc có thể chịu được quá trình xử lý nhiệt và hàn kín So với các vật liệu bao bì khác, thiếc nhẹ và có độ bền cơ học cao, nên được ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm thực phẩm như đồ uống, thực phẩm chế biến và thực phẩm dạng bột.
Thép phủ crom điện phân nổi bật với độ bền và khả năng định hình tốt, đồng thời có giá thành thấp hơn so với thép tấm Lớp phủ crom hoặc oxit crom giúp tăng cường độ bám dính cho các lớp phủ khác như sơn mài Với khả năng chịu nhiệt tốt và không bị sulfide hóa, thép này rất thuận tiện cho việc đóng gói sản phẩm đồ hộp cá Các ứng dụng phổ biến của thép không chứa thiếc bao gồm đồ hộp thực phẩm, khay, nắp chai, đầu lon và nắp đậy.
Bao bì giấy, một trong những loại vật liệu bao bì lâu đời nhất, đã xuất hiện từ thế kỷ XVII như một giải pháp thay thế cho đá, gỗ, vỏ cây và da thú Với chi phí thấp, trọng lượng nhẹ và khả năng in ấn dễ dàng, bao bì giấy trở thành lựa chọn phổ biến Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm như khả năng chịu nhiệt kém và độ thấm cao Để khắc phục, các vật liệu này đã được bổ sung lớp phủ chống thấm như sáp, nhựa và sơn mài, mở rộng ứng dụng trong việc đóng gói thực phẩm ướt và béo Bao bì giấy thường được sử dụng trong các sản phẩm như hộp sóng, hộp sữa, hộp gấp, đĩa, cốc giấy, túi và bao tải.
Giấy bìa cứng được phát minh bởi người Trung Quốc vào thế kỷ XVI, và từ đó, công nghệ sản xuất giấy đã không ngừng phát triển Vào giữa thế kỷ 19, giấy bìa carton gợn sóng ra đời, đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong ngành bao bì Với độ bền cao, giấy bìa carton gợn sóng bảo vệ sản phẩm bên trong khỏi các tác động cơ học, đồng thời nhờ vào trọng lượng nhẹ, nó rất thuận tiện cho việc vận chuyển và phân phối Đặc biệt, giấy bìa carton gợn sóng còn có khả năng tái chế, giúp tiết kiệm nguyên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Tùy thuộc vào phương pháp sản xuất và mục đích đóng gói, các loại vật liệu giấy như giấy Kraft, giấy sulfite, giấy thấm dầu mỡ, Glassine và giấy da đã được sử dụng phổ biến.
Giấy kraft, còn được biết đến với tên gọi giấy xi măng, là loại giấy có độ bền cao nhờ vào đặc tính thô và dai của nó Vì vậy, giấy kraft thường được sử dụng để bao gói các sản phẩm như bột mì, đường và trái cây sấy khô.
Giấy sulfidethì tương đối yếu và nhẹ hơn so với giấy kraft nên được dùng để bọc bánh quy và kẹo.
Giấy thấm dầu và glassine là lựa chọn lý tưởng cho việc đóng gói đồ ăn nhẹ, bánh quy, thức ăn nhanh và thực phẩm nhiều dầu mỡ Chúng được làm từ sợi cellulose dày đặc, với glassine được bổ sung thêm nước để khắc phục nhược điểm thấm dầu của giấy, giúp bảo quản thực phẩm hiệu quả hơn.
Giấy da là loại giấy được xử lý bằng acid, giúp nó chống thấm nước nhưng không ngăn được khí và độ ẩm Do đó, giấy da thường được sử dụng để bao gói các sản phẩm như bơ và mỡ lợn.
Chất kháng vi sinh vật
5.1 Chất kháng vi sinh vật tự nhiên
Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của xã hội và công nghệ, ngành công nghệ thực phẩm ngày càng khẳng định vị trí quan trọng trong thị trường Nhu cầu tiêu dùng thực phẩm luôn thiết yếu và có vai trò quan trọng trong cuộc sống Do đó, ngành công nghệ thực phẩm cần đáp ứng yêu cầu về chất lượng dinh dưỡng, giá thành hợp lý, bao bì hấp dẫn và khả năng bảo quản lâu dài Những yếu tố này đang thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của mảng bao bì thực phẩm.
Các nhà khoa học đang nghiên cứu để phát triển bao bì thực phẩm thân thiện với môi trường, vừa bảo quản thực phẩm lâu dài, vừa an toàn cho sức khỏe Việc tồn tại của vi sinh vật trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm gây ra hư hỏng, vì vậy cần có biện pháp hạn chế sự phát triển của chúng Một giải pháp là chế tạo bao bì tích hợp chất chống vi sinh vật tự nhiên nhằm kiểm soát nhiễm khuẩn và nâng cao an toàn thực phẩm Nhu cầu tiêu dùng ngày càng tăng đối với các thành phần tự nhiên, khiến các hợp chất kháng khuẩn tự nhiên trở nên phổ biến, thay thế cho các chất phụ gia hóa học Các hợp chất sinh học như vi khuẩn, hóa chất thực vật, enzyme có thể được sử dụng trong bao bì thực phẩm như hoạt chất kháng vi sinh vật Mặc dù quy trình chiết xuất các chất kháng khuẩn tự nhiên phức tạp và có thể tốn kém, nhưng chúng vẫn là lựa chọn hàng đầu của người tiêu dùng.
Tinh dầu đã được sử dụng từ lâu để bảo quản thực phẩm nhờ vào những lợi ích tuyệt vời mà nó mang lại Là dạng chất lỏng chứa các hợp chất thơm dễ bay hơi, tinh dầu được chiết xuất từ nhiều phần của thực vật như lá, hoa, và rễ thông qua các phương pháp như chưng cất hơi nước và ép lạnh Tinh dầu có thể là tự nhiên hoàn toàn hoặc tổng hợp, với tinh dầu nguyên chất chứa 100% thành phần thiên nhiên Từ xa xưa, tinh dầu đã được quý tộc ưa chuộng và coi như dược liệu quý giá, mang lại cảm giác thư giãn và được xem là phương pháp trị liệu tự nhiên hiệu quả Hiện nay, tinh dầu còn được ứng dụng trong ngành thực phẩm để tạo ra bao bì đóng gói có khả năng kháng khuẩn, giúp kéo dài thời gian sử dụng của thực phẩm.
Tinh dầu, hay còn gọi là EO, là các loại dầu phức tạp được sản xuất tự nhiên từ nguyên liệu thực vật dưới dạng chất chuyển hóa thứ cấp Chúng là hỗn hợp các cấu tử hóa học phức tạp, bao gồm monoterpen, diterpenes, triterpenes, và các hợp chất phenolic, chịu trách nhiệm cho đặc tính kháng khuẩn của tinh dầu Ngoài khả năng kháng khuẩn, tinh dầu còn có đặc tính kháng nấm, chống oxy hóa, kháng virus, giúp giảm co thắt, kháng độc tố, chống lại ký sinh trùng và khử trùng hiệu quả Tinh dầu không chỉ mang lại hương thơm thư giãn mà còn có ứng dụng trong bao gói thực phẩm nhờ vào khả năng kháng khuẩn tuyệt vời Hiện nay, nhiều loại tinh dầu như bạch đàn, khuynh diệp, trà, hoa trà, tràm trà, oải hương, sả, cam thảo, húng tây, bạc hà cỏ xạ hương và hương thảo đã được nghiên cứu và chứng minh khả năng kháng khuẩn.
Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy tinh dầu như Mentha piperita EO (MPO), Bunium percicum EO (BPO) và nanocellulose (NC) có khả năng kháng khuẩn hiệu quả Khi bổ sung ba loại tinh dầu này vào màng PLA với tỉ lệ 1% PLA, 0,5% MPO và 1% NC, màng kháng khuẩn đạt đặc tính tốt nhất Trong thí nghiệm bảo quản thịt bò xay ở 4°C trong 12 ngày, MPO và BPO cho thấy hoạt tính kháng khuẩn mạnh mẽ chống lại Staphylococcus aureus, Enterobacteriaceae và Pseudomonas Ngoài ra, dầu Copaiba cũng chứng tỏ khả năng chống lại trực khuẩn Subtilis khi kết hợp với giấy và màng PLA, đặc biệt hiệu quả khi hàm lượng tinh dầu đạt 20% Llana-Ruiz-Cabello và cộng sự đã nghiên cứu tinh dầu Origanum vulgare L virens (OEO) trong màng PLA, cho thấy nồng độ 5%-10% có đặc tính kháng khuẩn mạnh với nấm men và nấm mốc, nhưng ở tỉ lệ 0,1% không hiệu quả với Salmonella typhimurium và Pseudomonas aeruginosa, trong khi vẫn ức chế mạnh mẽ sự phát triển của S aureus và E coli.
Bacteriocin là peptide kháng khuẩn được tổng hợp bởi vi khuẩn Gram âm và Gram dương nhằm ức chế sự phát triển của các chủng vi khuẩn khác Chúng có hoạt tính kháng các vi sinh vật cạnh tranh, được mã hóa bởi gen và tổng hợp qua ribosome Bacteriocins có nhiều cấu trúc và hình dạng khác nhau, tạo ra hợp chất với đặc tính kháng khuẩn mạnh mẽ, thường được sản xuất khi vi khuẩn gặp điều kiện bất lợi như cạnh tranh về dinh dưỡng và không gian sống Chúng hoạt động hiệu quả ở nồng độ thấp và trong môi trường pH thấp, bền vững ở nhiệt độ cao và ít bị ảnh hưởng bởi dung môi hữu cơ Bacteriocins kết hợp với các yếu tố kháng khuẩn khác như lysozyme và protein động vật, giúp ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn gây hại như Listeria monocytogenes Chúng đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm, đặc biệt trong bảo quản sinh học và kiểm soát vi sinh vật trong quá trình lên men, với nisin và pediocin PA-1/AcH là những hoạt chất được phép sử dụng làm chất bảo quản sinh học.
Bacteriocin, với bản chất protein, được phân giải nhanh chóng bởi các enzyme protease và lipase trong hệ tiêu hóa, do đó không gây ra tác dụng phụ hay phản ứng dị ứng ở con người Nhờ vào những đặc tính ưu việt này, bacteriocin đã nhanh chóng được thương mại hóa Các nguồn nguyên liệu như váng sữa, đường mía và chất thải từ chế biến thực phẩm đang được nghiên cứu để sản xuất bacteriocin, phục vụ cho ứng dụng trong công nghệ thực phẩm.
Lysozyme, còn gọi là muramidase hoặc N-acetylmuramide glycanhydrolase, là một loại enzyme kháng khuẩn thuộc nhóm protein, có mặt rộng rãi trong cơ thể con người, động vật, thực vật và một số vi sinh vật Nó tập trung chủ yếu trong các mô và dịch tiết, cũng như trong hạt tế bào chất của đại thực bào và bạch cầu trung tính Lysozyme đặc biệt được tìm thấy trong lòng trắng trứng gà và có khả năng phá hủy thành tế bào của vi khuẩn Gram dương Với hoạt tính tiêu diệt mạnh mẽ, lysozyme không chỉ được sử dụng trong bảo quản thực phẩm mà còn trong các chế phẩm protein lysozyme kết tinh, giúp kéo dài thời gian sử dụng và giữ lại chất dinh dưỡng Nhờ vào những đặc tính nổi bật, lysozyme có nhiều ứng dụng trong bảo quản thực phẩm, dược phẩm và hóa chất hàng ngày.
Lysozyme hoạt động như một chất xúc tác, thủy phân liên kết 1,4-beta giữa axit N-acetylmuramic và N-acetyl-D-glucosamine trong peptidoglycan, thành phần chính của thành tế bào vi khuẩn gram dương Nhờ khả năng này, Lysozyme có thể tiêu diệt vi khuẩn gram dương trong thực phẩm, ức chế sự phát triển của chúng và kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng Lysozyme có hoạt tính kháng khuẩn mạnh mẽ, có khả năng chống lại các vi khuẩn như B subtilis và Lactobacillus plantarum.
Lysozyme đã được nghiên cứu và công nhận về tác dụng bảo quản thực phẩm, giúp kéo dài thời gian sử dụng và duy trì trạng thái cân bằng ban đầu Chất này ức chế sự phát triển của vi sinh vật gây hại, giữ cho thực phẩm luôn an toàn Lysozyme có tính ổn định cao và dễ thích nghi trong nhiều môi trường, được ứng dụng rộng rãi trong bảo quản trái cây, rau tươi, đậu phụ, hải sản, thịt, xúc xích, salad, nước tương, và các loại pho mát như Edam và Gouda Ngoài ra, nó còn được bổ sung vào sữa công thức cho trẻ sơ sinh, vừa an toàn vừa hỗ trợ tiêu hóa Lysozyme cũng ngày càng được ứng dụng trong y dược, điều trị viêm nha chu, trong kẹo cao su và ngăn ngừa sâu răng.
Axit hữu cơ là chất kháng khuẩn và chống oxy hóa, được sử dụng rộng rãi trong bảo quản thực phẩm và sản xuất bao bì thực phẩm để ngăn ngừa hư hỏng Chúng tồn tại tự nhiên trong trái cây và có thể được tổng hợp qua quá trình hóa học Một số axit hữu cơ quan trọng bao gồm axit cinnamic, sorbic, citric, lactic, benzoic, và succinic Các axit như axit propionic, lactic, malic, sorbic và tartaric thường được dùng làm phụ gia thực phẩm Natri benzoat và kali sorbat giúp ức chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm men, trong khi natri citrat ngăn ngừa sự sinh sản của vi khuẩn Listeria và Escherichia coli Nghiên cứu cho thấy axit sorbic và kali sorbate có hiệu quả chống lại nhiều loại vi khuẩn và nấm mốc trên thực phẩm, đặc biệt hiệu quả ở pH từ 6,0–6,5.
Nghiên cứu cho thấy mức độ pH của axit hữu cơ ảnh hưởng đến khả năng kháng khuẩn, nhưng không xác định được nồng độ axit cụ thể cần thiết để đạt hiệu quả tốt, gây khó khăn trong việc đánh giá kết quả Việc so sánh hoạt động của các axit khác nhau cũng gặp khó khăn do ảnh hưởng từ tính chất hóa học, điều kiện sinh trưởng và giai đoạn phát triển của vi sinh vật Liu và cộng sự đã nghiên cứu màng EVOH kháng khuẩn với vi nang sorbic acid-chitosan (S-MPs) cho sản phẩm philê cá, cho thấy màng này ngăn chặn sự phát triển của E coli, S Enteritidis và L monocytogenes, kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm Thêm vào đó, các loại màng kết hợp với axit hữu cơ cũng cho thấy khả năng chống lại B subtilis và E coli.
Chitosan là một polysacarit mạch thẳng được hình thành từ D-glucosamine và N-acetyl-D-glucosamine, có mặt chủ yếu trong vỏ của các sinh vật biển như cua, tôm, và nấm Chitosan có cấu trúc xốp, nhẹ, màu trắng hoặc vàng nhạt, không tan trong nước nhưng có khả năng hòa tan trong dung dịch axit loãng Với khả năng tạo màng tốt, Chitosan được ưa chuộng trong ngành bao bì thực phẩm và được coi là vật liệu xanh, thân thiện với môi trường Chất này có đặc tính kháng khuẩn mạnh mẽ, được ứng dụng rộng rãi trong y sinh, bảo quản thực phẩm và bảo vệ môi trường Trong nông nghiệp, Chitosan giúp bảo vệ hạt giống khỏi vi sinh vật và được sử dụng như thuốc sinh học phòng ngừa sâu bệnh Ngoài ra, Chitosan còn được dùng trong sản xuất đồ uống, như rượu vang, để kéo dài thời gian bảo quản, và trong công nghiệp chế tạo sơn tự làm liền vết trầy xước Trong y học, Chitosan được sử dụng trong băng gạc y tế để giảm chảy máu và chống nhiễm khuẩn Chitosan ngày càng trở nên phổ biến trong nhiều lĩnh vực của đời sống.
Chitosan có cơ chế kháng khuẩn dựa trên sự chênh lệch điện tích giữa các chuỗi Chitosan tích điện dương và màng tế bào vi khuẩn tích điện âm, dẫn đến sự hấp thụ Chitosan vào tế bào vi khuẩn Quá trình này làm phá vỡ các thành phần nội bào, gây mất cân bằng và tiêu diệt vi khuẩn Ngoài ra, sự tích tụ Chitosan còn ức chế sự sinh trưởng của các vi sinh vật khác Nghiên cứu của Rezaei và cộng sự cho thấy màng phân hủy sinh học có hiệu suất cao không chỉ có hoạt động kháng khuẩn mạnh mẽ mà còn có ái lực thấp với nước và đặc tính chống oxy hóa tốt, đặc biệt là đối với các chủng vi sinh vật như S aureus và Bacillus cereus.
5.1.6 Chất chiết xuất, dịch chiết có chiết xuất polyphenol
Chiết xuất hạt nho (GFSE)
Chiết xuất hạt nho (GFSE) là hợp chất tự nhiên từ hạt nho, giàu các hợp chất phenolic như catechin, epicatechin, axit gallic và procyanidins GFSE được công nhận là chất kháng khuẩn tự nhiên, có khả năng ức chế sự phát triển của cả vi khuẩn Gram dương và Gram âm Qua quy trình công nghệ hiện đại, chiết xuất hạt nho chứa nhiều chất chống oxy hóa như flavonoid, axit phenolic, anthocyanin và oligomeric proanthocyanidin (OPC) Ngoài ra, chiết xuất này còn có đặc tính khử trùng, diệt khuẩn, kháng nấm và kháng vi-rút mạnh mẽ Nghiên cứu cho thấy, khi bổ sung chiết xuất hạt nho vào bánh mì, sản phẩm có khả năng kháng oxy hóa tốt hơn và thời gian bảo quản lâu hơn so với bánh mì không có chiết xuất này.
Các phương pháp sản xuất bao bì kháng vi sinh vật
Việc kết hợp các hoạt chất kháng vi sinh vật trong bao bì thực phẩm thường được thực hiện qua nhiều phương pháp, như thêm gói/miếng thấm chứa hoạt chất chống vi khuẩn vào bao bì, kết hợp trực tiếp các chất kháng khuẩn vào lớp polyme, hoặc ứng dụng lớp phủ chống vi khuẩn lên bề mặt polyme Các hoạt chất này có thể được cố định lên màng bao bì bằng liên kết ion hoặc cộng hóa trị, hoặc sử dụng polyme kháng khuẩn có tính năng tạo màng Để tạo ra màng thực phẩm, người ta áp dụng phương pháp ép nén hoặc ép đùn ở nhiệt độ và áp suất cao, tuy nhiên chỉ những hoạt chất bền nhiệt mới phù hợp với phương pháp này, do đó nisin và tinh dầu không khả thi Để bảo vệ các hoạt chất nhạy cảm với nhiệt độ, màng kháng khuẩn có thể được tạo ra bằng kỹ thuật phủ bề mặt trong phòng thí nghiệm, nơi các chất kháng khuẩn được áp dụng trực tiếp lên bề mặt màng Các màng này có thể là màng đơn được phủ hoặc màng nhiều lớp chứa nhiều lớp phủ chống vi khuẩn, với ba thành phần cơ bản bao gồm chất nền, chất kháng khuẩn và phương pháp phủ phù hợp Các phương pháp phủ có thể kể đến như phủ dao, phủ thanh, phủ phun và phủ từng lớp.
Lớp phủ dao, hay còn gọi là phủ trải hoặc phủ lưỡi, là một kỹ thuật đơn giản dùng lưỡi dao hoặc máy rải để phủ vật liệu lên bề mặt Kỹ thuật này giúp tạo ra lớp phủ đồng đều và hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Lớp phủ thanh sử dụng kỹ thuật tương tự như lớp phủ dao, mang lại sự đơn giản và dễ thực hiện Trong quá trình thực hiện, nếu có sự dư thừa vật liệu phủ, chúng sẽ được dàn trải trên bề mặt phim bằng các công cụ như thanh hoặc que Lượng vật liệu phủ được xác định dựa trên khoảng cách giữa dây của thanh hoặc que và lớp màng.
Lớp phủ phun là một kỹ thuật phổ biến dùng để lắng đọng dung dịch hoặc huyền phù lên bề mặt Quá trình này diễn ra bằng cách nguyên tử hóa chất lỏng, tạo ra các giọt nhỏ, sau đó các giọt này lắng đọng trên bề mặt để hình thành lớp phủ.
Kỹ thuật lớp phủ từng lớp (LBL) là một phương pháp sơn phủ đơn giản và tiết kiệm chi phí, cho phép tạo ra các lớp phủ nhiều lớp trên bề mặt nền Trong quá trình này, các lớp xen kẽ có thể được lắng đọng với nhau thông qua nhiều loại tương tác yếu như tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, tương tác kỵ nước, tương tác truyền điện tích, và các tương tác cation-lưỡng cực khác.
Lớp phủ nhúng là một kỹ thuật phổ biến nhằm tạo ra các lớp phủ mỏng trên bề mặt Quá trình thực hiện bắt đầu bằng việc nhúng nền phim vào bể chứa vật liệu phủ Sau một thời gian, nền phim được kéo ra khỏi bể dung dịch, hình thành lớp mỏng vật liệu phủ trên bề mặt Cuối cùng, các chất lỏng dư thừa sẽ được loại bỏ và dung môi sẽ bay hơi, giúp làm khô lớp màng vừa được phủ.
6.2 Phương pháp cố định bề mặt
Phương pháp cố định bề mặt là một kỹ thuật quan trọng trong việc gắn kết các hoạt chất kháng khuẩn lên bề mặt chất nền màng phim, tạo ra các liên kết cộng hóa trị giữa các phân tử kháng khuẩn và bề mặt màng Kỹ thuật này giúp lớp phủ tương tác mạnh mẽ với chất nền, tăng cường độ bền và duy trì khả năng kháng khuẩn Hơn nữa, phương pháp này còn giảm thiểu ảnh hưởng của vật liệu phủ đến thực phẩm bên trong bao bì, bảo đảm chất lượng và hương vị sản phẩm Tuy nhiên, để đạt hiệu quả tốt nhất, vật liệu phủ và lớp màng làm chất nền cần có tính chất tương thích với nhau Một số loại màng phủ kháng khuẩn tiêu biểu từ phương pháp cố định bề mặt bao gồm màng PLA phủ lactoferrin, màng chitosan/PET phủ AgNPs và màng PP tráng chitosan.
6.3 Phương pháp mở rộng điện quay/ phun điện
Phương pháp điện quay và phun điện là kỹ thuật sử dụng tiềm năng điện để tạo ra các sợi vật liệu phủ siêu mịn với đường kính từ micro đến nano Trong kỹ thuật điện quay, dung dịch polyme chứa hoạt chất kháng khuẩn được bơm qua bộ phận spinneret, tạo ra dòng chảy liên tục khi đi qua một bộ thu nối đất Nguồn điện cao áp giữa thiết bị bơm và bộ thu tạo phản lực, giúp phủ lớp sợi lên nền Ngược lại, phương pháp phun điện đồng trục cũng sử dụng dung dịch polyme tương tự, nhưng phun ra dưới dạng giọt nhỏ, phủ đều lên bề mặt màng phim Các kỹ thuật này mang lại lớp phủ mỏng, kích thước nhỏ và ổn định hơn so với các phương pháp khác, với phương pháp đồng trục dễ xử lý và phổ biến hơn.
Hình 9:Phương pháp điện quay trục đơn và phương pháp phun điện đồng trục
6.4 Phương pháp lớp phủ cuộn ống đồng
Phương pháp phủ cuộn ống đồng sử dụng con lăn, bao gồm con lăn ống đồng và hai con lăn cho lớp màng phim Có ba kỹ thuật phổ biến: phủ cuộn ống đồng trực tiếp, ngược và microgravure Kỹ thuật microgravure sử dụng con lăn ống đồng nhỏ hơn, được khắc hoa văn để loại bỏ lớp chất phủ dư thừa, đảm bảo dung dịch phủ được trải đều trên bề mặt màng phim Dao kỹ thuật giúp loại bỏ dung dịch dư thừa, sau đó vật liệu được đưa vào buồng sấy với không khí nóng để bay hơi dung môi Ưu điểm của phương pháp này là tạo ra lớp phủ mỏng, mịn và đều hơn nhờ vào kích thước con lăn nhỏ, giúp tăng diện tích tiếp xúc.
Ứng dụng
Thực phẩm dễ bị hư hỏng do nhiễm khuẩn vi sinh vật trong quá trình chế biến, phân phối và bảo quản Các phương pháp bảo quản truyền thống như chiên xào không đảm bảo tiêu diệt hoàn toàn bào tử vi khuẩn mà vẫn giữ được hương vị và giá trị dinh dưỡng Để khắc phục, nghiên cứu đã phát triển bao bì thực phẩm tích hợp chất kháng khuẩn, giúp bảo vệ thực phẩm khỏi tác động môi trường và ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn gây hại như Campylobacter, Salmonella, và Escherichia coli Bao bì này không chỉ kéo dài thời gian sử dụng mà còn duy trì cấu trúc, mùi vị và dinh dưỡng của thực phẩm Việc ứng dụng rộng rãi các phương pháp tích hợp kháng khuẩn trong sản xuất bao bì mang lại lợi ích lớn, tối ưu hóa quá trình bảo quản thực phẩm và tạo sự tiện lợi cho người tiêu dùng.
III Vật liệu bao gói có bổ sung các thành phần chức năng kháng oxy hóa
Bao bì kháng oxy hóa là công nghệ bổ sung chất kháng oxy vào vật liệu bao gói, giúp kiểm soát sự giải phóng các chất chống oxy hóa nhằm làm chậm quá trình oxy hóa lipid Loại bao bì này kéo dài thời gian sử dụng ổn định bằng cách duy trì hiệu quả của các hợp chất hoạt tính mà không ảnh hưởng đến thực phẩm Việc liên tục bổ sung chất ức chế giúp ngăn ngừa hư hỏng thực phẩm, nâng cao chất lượng và an toàn.
Bao bì kháng oxy hóa đóng vai trò quan trọng trong việc kéo dài thời gian sử dụng và giảm thiểu lãng phí thực phẩm Hiện nay, sự an toàn cho sức khỏe và môi trường đang được xem xét kỹ lưỡng, dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống bao bì dựa trên polyme sinh học Để ngăn chặn các phản ứng oxy hóa, ngành công nghiệp thực phẩm sử dụng các chất chống oxy hóa, thường là các hợp chất tổng hợp, được bổ sung trực tiếp vào thực phẩm hoặc vào bao bì Việc tích hợp chất chống oxy hóa với tính năng kháng khuẩn có thể ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật, giảm thiểu các phản ứng hư hỏng không mong muốn và bảo vệ chất lượng thực phẩm.
Công nghệ bổ sung chất kháng oxy hóa vào bao bì thực phẩm đã được áp dụng và thương mại hóa trên thị trường Hiện nay, công nghệ này đang được sử dụng trong nhiều sản phẩm như bia, mì tươi, cà phê, thịt đông lạnh, đồ uống và bánh nướng, mang lại nhiều lợi ích cho bao bì thực phẩm.
Thời hạn sử dụng sản phẩm được kéo dài đáng kể
Ngăn ngừa mầm bệnh hiếu khí và sinh vật hư hỏng.
Giảm nguy cơ oxy hóa vitamin (tức là Vitamin A, C và E).
Ngăn chặn sự phát triển của côn trùng và sự nở của trứng côn trùng (ví dụ như mọt, bọ cánh cứng, v.v.).
Màu sắc, hương vị và độ tươi tổng thể của sản phẩm được duy trì.
Không có chất phụ gia vào thực phẩm.
Thị trường có thể được mở rộng để phân phối toàn cầu do thời hạn sử dụng kéo dài -> Nâng cao chất lượng sản phẩm.
Tiết kiệm chi phí có thể đạt được bằng cách giảm thiểu lãng phí do hàng hóa hết hạn sử dụng, từ đó giảm nhu cầu thay thế hàng tồn kho.
Mặc dù việc sử dụng chất kháng oxy trong bao gói thực phẩm mang lại nhiều lợi ích cho an toàn và chất lượng sản phẩm, nhưng cần xem xét một số thực tế quan trọng khi xác định ứng dụng của chúng, vì một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm.
Một yếu tố quan trọng mà mọi người thường bỏ qua là sự phát triển của vi sinh vật yếm khí, đặc biệt là các mầm bệnh như Clostridium botulinum loại E, có khả năng sống sót trong môi trường thiếu oxy Điều này tạo ra rủi ro thực sự khi các sinh vật hư hỏng hiếu khí bình thường hoạt động trong bao bì không đủ oxy Người tiêu dùng có thể vô tình tiêu thụ sản phẩm chứa mầm bệnh, dẫn đến những ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe.
Một rủi ro khi áp dụng phương pháp này là một số gói yêu cầu độ ẩm nhất định để kích hoạt phản ứng hấp thụ oxy Nếu thiếu độ ẩm, bao bì kháng oxy sẽ không hoạt động hiệu quả, dẫn đến nguy cơ giảm chất lượng sản phẩm.
5 Vật liệu đóng gói bao bì kháng oxy hóa
Oxy là yếu tố cần thiết cho sự sống, nhưng trong thực phẩm, nó có thể gây ra phản ứng oxy hóa, dẫn đến mùi ôi và các hợp chất độc hại Do đó, bao bì thực phẩm và quy trình sản xuất ngày càng được cải tiến để kéo dài thời hạn sử dụng, ngăn chặn phản ứng oxy hóa và sự phát triển của vi sinh vật Việc kiểm soát hàm lượng oxy đặc biệt quan trọng đối với thực phẩm có hoạt độ nước cao (aw), như sản phẩm tươi sống và thịt, vì chúng dễ hư hỏng hơn so với các loại thực phẩm khác.
Một trong những phương pháp quản lý oxy hiệu quả trong quy trình đóng gói là sử dụng bao bì tích cực, hệ thống đóng gói có khả năng phản ứng với sự thay đổi của môi trường xung quanh Các nguyên vật liệu thường được sử dụng trong bao bì kháng oxy hóa này bao gồm những thành phần đặc biệt giúp duy trì chất lượng sản phẩm.
Túi hút oxy là các gói có kích cỡ đa dạng, được sử dụng trong thực phẩm để hấp thụ oxy, chủ yếu phổ biến ở châu Á nhưng đang dần được chấp nhận tại Hoa Kỳ, chiếm hơn 70% doanh số bán hàng Chúng có hiệu quả cao trong việc kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm, giúp giảm nồng độ oxy trong gói xuống chỉ còn 100 ppm.
Hình 11:Sản phẩm AGELESS của Mitsubishi Gas Chemical hấp thụ oxy trong hộp kín, giảm nồng độ của nó xuống 0.1%, loại bỏ oxy khỏi thực phẩm.
Chất thu hồi oxy là bất kỳ chất nào phản ứng với oxy, nhưng trong xử lý thực phẩm, túi hút oxy cần đảm bảo an toàn, dễ xử lý, kích thước nhỏ gọn và không tạo ra chất độc hại hoặc mùi khó chịu Chúng phải có khả năng hấp thụ oxy lớn, tốc độ hấp thụ phù hợp và giá thành kinh tế Bột sắt và axit ascorbic là hai chất phổ biến nhất được sử dụng trong gói hút oxy Một ví dụ về phản ứng oxy hóa là phản ứng của oxit sắt.
Túi hút oxy rất nhạy cảm và bắt đầu phản ứng ngay khi tiếp xúc với không khí, do đó cần được xử lý và đóng gói cẩn thận để hạn chế tối đa sự tiếp xúc với môi trường Thời gian phản ứng của túi phụ thuộc vào hoạt độ sản phẩm, nhiệt độ lưu trữ và lượng oxy ban đầu có mặt Việc chọn túi hút oxy phù hợp còn dựa vào các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ và độ pH của sản phẩm Chẳng hạn, thực phẩm ẩm dễ phát sinh vi khuẩn hoặc nấm mốc thường sử dụng túi hấp thụ oxy nhanh, trong khi thực phẩm khô có thể sử dụng túi hấp thụ chậm hơn Ngoài ra, túi hút oxy cũng thường được kết hợp với các gói khác như chất hấp thụ độ ẩm và carbon dioxide để nâng cao chất lượng sản phẩm, đặc biệt là trong cà phê rang.
Chất khử oxy trong vật liệu đóng gói
Ngoài túi hút oxy, có các hợp chất khử oxy có thể kết hợp trực tiếp vào vật liệu đóng gói như màng dẻo, chất dẻo cứng và lớp lót trong Cơ chế hấp thụ oxy tương tự như túi hút oxy, với các thành phần như kim loại dễ oxy hóa, chất xúc tiến oxy hóa và chất độn được thêm vào lớp màng trong, tất cả đều an toàn cho thực phẩm Các thành phần này có thể được thêm trực tiếp vào nhựa hoặc dưới dạng lớp riêng biệt Cơ chế hút oxy thường được kích hoạt bởi độ ẩm, trong khi đối với thực phẩm khô, cần sử dụng chất khác do hoạt độ nước thấp Thuốc nhuộm photon có thể được thêm vào lớp màng, giúp tăng cường phản ứng của oxy với các hợp chất sắt, từ đó giảm quá trình oxy hóa và kéo dài thời gian sử dụng Nếu bao bì được chiếu sáng bằng tia UV, các phân tử thuốc nhuộm photon sẽ kích thích, làm oxy khuếch tán vào bao bì và chuyển sang trạng thái đơn.
Một giải pháp thay thế cho bao bì thu hồi oxy dựa trên kim loại là sử dụng polyme có khả năng hấp thụ oxy trong không gian bao gói, nhờ vào tính chất phản ứng với oxy phân tử Nghiên cứu đã chỉ ra rằng cả màng gói polyme và màng lọc oxy đều hiệu quả trong việc giảm mức oxy, góp phần làm giảm sự suy giảm màu sắc của thịt đã qua xử lý Đặc biệt, việc giảm mức oxy dưới 0,1% giúp làm chậm sự phát triển của nấm mốc và nấm men trong mì ống tươi Công nghệ này cũng có thể áp dụng cho nước ép trái cây và các sản phẩm từ cà chua, bảo vệ hương vị, màu sắc và giá trị dinh dưỡng lâu hơn.
Các phương pháp sản xuất bao bì kháng oxy hóa
Bao bì thực phẩm đóng vai trò quan trọng trong công nghệ thực phẩm, giúp bảo quản và kéo dài thời gian sử dụng của sản phẩm, đồng thời giữ gìn giá trị dinh dưỡng và cảm quan Bao bì chức năng, với sự đa dạng về vật liệu và hoạt chất như chất kháng khuẩn, chất chống oxy hóa, góp phần phát triển vật liệu bao gói Các hoạt chất này có thể được chiết xuất từ thiên nhiên hoặc tổng hợp, được thêm vào bao bì để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật và oxy hóa Việc tích hợp nhiều hoạt chất trong bao bì không chỉ nâng cao hiệu quả bảo quản mà còn tạo ra sản phẩm thân thiện với môi trường, như màng phức hợp nano từ khoai lang kết hợp tinh dầu cỏ xạ hương, đã cho thấy hiệu quả tích cực trong bảo quản thực phẩm Các phương pháp hiện đại được sử dụng để bổ sung và kết hợp các hoạt chất vào vật liệu bao gói ngày càng đa dạng, tối ưu hóa khả năng bảo quản thực phẩm.
