BÁO cáo môn BAO bì THỰC PHẨM đề tài vật LIỆU BAO gói có bổ SUNG các THÀNH PHẦN CHỨC NĂNG ( KHÁNG KHUẨN, KHÁNG nấm, KHÁNG OXY hóa,… )

Tổng quan

Khái niệm bao bì chức năng

Bao bì “chức năng” là loại bao bì được thiết kế để cung cấp các lợi ích giá trị gia tăng cho người tiêu dùng, chẳng hạn như kết hợp các loại phụ gia nhất định vào trong màng film của bao bì hoặc bên trong những vật chứa nhằm duy trì và kéo dài thời gian bảo quản…[1]

Vai trò của bao bì chức năng

Bao bì thực phẩm nhằm các vai trò chức năng sau:

Chứa đựng: đảm bảo trọng lượng hay thể tích, trạng thái, cấu trúc, màu sắc, mùi vị và các thành phần dinh dưỡng trong thực phẩm được chứa đựng bên trong bao bì không bị thay đổi [2].

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 tạo ra bằng cách sử dụng kiểu chữ cụ thể ( ví dụ: Cadbury ), biểu tượng ( ví dụ: McDonald's ), hình minh họa ( ví dụ logo một nàng tiên cá hai đuôi của thương hiệu Starbucks ), nhằm đánh mạnh vào quảng cáo, tác động trực quan và khi nó hoạt động, sản phẩm sẽ được nhận diện ra ngay lập tức, thu hút người tiêu dùng.

Cung cấp thông tin: yêu cầu pháp lý, thành phần, cách sử dụng,… Truyền tải thông tin của nhà sản xuất đến người tiêu dùng, góp phần nói lên giá trị của sản phẩm đó.

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]

Ngoài ra, bao bì chức năng còn bổ sung các chức năng khác với bao bì thực phẩm truyền thống Bao bì chức năng có thể tối ưu hóa các điều kiện môi trường bên trong một sản phẩm thực phẩm, kéo dài tuổi thọ của sản phẩm đó Hạn chế sự sinh trưởng và phát triển của các loại vi khuẩn gây hại mà không làm ảnh hưởng đến hàm lượng chất dinh dưỡng An toàn, tiện lợi,không biến đổi nhiều đến các trạng thái ban đầu của thực phẩm, ngược lại còn làm tăng giá trị cho sản phẩm thực phẩm đó.

Mục đích sử dụng bao bì chức năng

Bao bì chức năng chỉ nhằm mục đích nâng cao các vật liệu đóng gói hiện có,nhằm tạo ra sự an toàn, tiện lợi và dễ sử dụng nhất cho người tiêu dùng Cuộc sống ngày càng bộn bề, chính vì thế mà người tiêu dùng luôn muốn sử dụng các sản phẩm hiệu quả đạt an toàn, chất lượng và lâu bền Loại bao bì này mang lại những lợi ích bổ sung, tăng giá trị không chỉ cho nhà sản xuất mà nó còn tăng giá trị cho người tiêu dùng Để sản xuất bao bì chức năng có thể bao gồm rất nhiều loại vật liệu, linh kiện, tuy nhiên miễn là chúng mang lại những ưu điểm giúp cuộc sống của người tiêu dùng tốt hơn Các nhà sản xuất công nghiệp thực phẩm nếu muốn cải thiện tình hình doanh thu và cung cấp cho người tiêu dùng một sản phẩm thực sự hữu ích thì điều quan trọng là phải hiểu họ muốn và cần những gì.

Phân loại

Bao bì chức năng có thể đóng gói từ một hoặc nhiều lớp Trong hệ thống đơn lớp, hợp chất phụ gia hoạt động được kết hợp với vật liệu bao gói, ví dụ có thể bằng phương pháp phủ Còn trong bao bì đa lớp, hợp chất phụ gia hoạt động được bổ sung vào giữa các lớp vật liệu để kiểm soát sự giải phóng của nó vào bề mặt hay 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

Bảng 1: Ví dụ về các ứng dụng đóng gói bao bì chức năng trong ngành thực phẩm. Thấm hút/ loại bỏ các chất O 2 , CO 2 , độ ẩm, Ethylen, hương vị, tia cực tím Giải phóng/ làm bốc hơi các Ethanol, CO 2 , chất chống oxy hóa, chất bảo quản, hợp chất SO 2 , hương vị

Loại 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 Vật liệu bao gói chiếu UV và vật liệu bao bì được chất lượng xử lý bề mặt.

Các ảnh hưởng đến môi trường

Bao bì thực phẩm đáp ứng nhiều chức năng thiết yếu cho ngành công nghiệp thực phẩm, cũng như cho các ngành hàng hóa công nghiệp khác Nó giúp bảo vệ thực phẩm khỏi những ảnh hưởng bất lợi về mặt vật lý, hóa học và vi sinh; phân phối sản phẩm thuận tiện và ngăn ngừa thất thoát sản phẩm do rơi vãi, bốc hơi, biến đổi trạng thái vật lý làm thay đổi trọng lượng và thể tích của sản phẩm đó Nó góp phần tạo thêm sự tiện lợi cho người tiêu dùng và điều kiện thuận lợi cho việc tiếp cận Là một phương tiện truyền thông thương hiệu, nó thông báo cho người tiêu dùng về nội dung, thời hạn sử dụng và điều kiện bảo quản của sản phẩm Bao bì thực phẩm cũng góp phần vào tính bền vững, vì nó ngăn ngừa thực trạng lãng phí thực phẩm và cho phép phân phối sản phẩm một cách hiệu quả Ngoài những lợi ích nói trên, bao bì thực phẩm hay bao bì chức năng ngày càng được yêu cầu trở nên bền vững hơn, vì việc sản xuất, sử dụng và thải bỏ bao bì có liên quan đến vô số tác động ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường.

Ngoài những ảnh hưởng trực tiếp, bao bì chức năng cũng còn có những tác động ảnh hưởng xấu đến môi trường một cách gián tiếp gây ra bởi việc đóng gói không phù hợp, chẳng hạn như việc thất thoát và lãng phí thực phẩm liên quan đến bao bì Thất thoát thực phẩm xảy ra trong quá trình sản xuất và chế biến, trong khi lãng phí thực phẩm đề cập đến tổn thất ở cuối chuỗi cung ứng, cụ thể là trong quá trình bán lẻ và tiêu thụ cuối cùng Các lý do rất đa dạng và một số nguyên do liên quan đến bao bì thực phẩm Ví dụ, nếu bao bì không bảo vệ thích hợp chống lại sự oxy, độ ẩm và vi khuẩn phát triển thì thực phẩm sẽ biến chất Các lỗi đóng gói có thể làm hư hỏng sản phẩm trong quá trình phân phối, vận chuyển.

Ngoài ra, dư thừa thức ăn có thể ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng tái chế của bao bì Bao bì phân hủy hay bao bì tái chế trong bối cảnh sản xuất bền vững mô tả đặc tính phục hồi và bảo quản của sản phẩm, hơn nữa còn góp phần bảo vệ môi trường [4].

Việc ảnh hưởng đến môi trường của bao bì chức năng phụ thuộc vào chính loại vật liệu đóng gói và các chất phụ gia vào trong màng film đó Nếu vật liệu bao gói không phân hủy sinh học thì nó sẽ ảnh hưởng đến môi trường, không những thế, nó còn có thể ảnh hưởng đến các loài sinh vật trên Trái Đất này Ngược lại, vật liệu bao gói phân hủy sinh học có bổ sung các chất phụ gia hóa học tổng hợp màng film thì có khả năng ảnh hưởng đến sự phân hủy loại bao bì đó Còn vật liệu bao gói thân thiện với môi trường có bổ sung các chất phụ gia tự nhiên sẽ dễ dàng phân hủy sinh học ngoài môi trường tự nhiên mà ít ảnh hưởng đến môi trường hay sức khỏe con người.

Tuy nhiên, bao bì chức năng có khả năng giúp kéo dài thời hạn bảo quản sản phẩm thực phẩm nhằm hạn chế lượng rác thải bao bì thải ra môi trường hằng năm Vậy nên, bao bì chức năng cũng góp phần bảo vệ và làm giảm hàm lượng rác thải và các chất thải ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường.

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 do bao bì bị rách,không kín nên vi sinh vật ngoại nhiễm vào trong thực phẩm Vậy nên làm thay đổi tính chất hóa lý của sản phẩm, biến đổi là kết quả của quá trình sinh trưởng - phát triển vi sinh vật ( khi vi sinh vật nhiễm vào sản phẩm thịt, cá, rau củ quả, sẽ hình thành nên các acid amin hữu cơ, sau đó nó sinh sôi và phát triển mạnh ).

Bao bì kháng khuẩn là loại bao bì đã được thêm các chất kháng khuẩn/kháng nấm để ức chế hoặc làm chậm sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh hay hư hỏng trên bề mặt thực phẩm.

Là một loại bao bì mới kết hợp vật liệu đóng gói thực phẩm với các chất kháng khuẩn để kiểm soát sự tạp nhiễm vi sinh vật trong môi trường chứa đựng thực phẩm nhằm nâng cao tính an toàn của sản phẩm và kéo dài thời hạn sử dụng đang là một chủ đề thu hút sự quan tâm trong ngành bao bì Những hợp chất chống vi sinh vật có thể được kết hợp với các loại vật liệu bao gói khác nhau Trong những năm gần đây thì xu hướng người tiêu dùng lựa chọn các sản phẩm thực phẩm hoàn toàn tự nhiên tăng lên vì tính an toàn và tiện lợi, trong tương lai không xa thì các hợp chất tự nhiên này có thể thay thế các chất phụ gia hóa học trong thực phẩm và được đánh giá an toàn hơn, làm giảm bớt những lo ngại về vệ sinh an toàn thực phẩm Theo các nghiên cứu gần đây chủ yếu tập trung vào việc ứng dụng các chất kháng khuẩn tự nhiên vào trong hệ thống đóng gói thực phẩm Các hợp chất có nguồn gốc sinh học như vi khuẩn, các hợp chất tự nhiên từ thực vật hay enzyme có thể được áp dụng trong loại bao bì thực phẩm kháng vi sinh vật.

Hình 1: Sơ đồ 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 hệ thống hấp thụ, giải phóng hoặc cố định.

Vai trò

Bao bì kháng vi sinh vật đóng một vai trò quan trọng trong việc ức chế sự tạp nhiễm các mầm bệnh gây hư hỏng thực phẩm, do đó kéo dài thời hạn sử dụng và cải thiện độ an toàn của các sản phẩm thực phẩm Với tiềm năng cung cấp chất lượng và đảm bảo an toàn thực phẩm, bao bì kháng vi sinh vật đang được rất nhiều người quan tâm nghiên cứu và phát triển Tiềm năng chính của bao bì kháng vi sinh vật chính là các ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm, bao gồm một số thực phẩm dễ nhiễm khuẩn như bánh mì, các sản phẩm được làm từ sữa ( phomai, sữa chua,… ), sản phẩm tươi sống như trái cây và rau củ quả, thịt, cá và gia cầm Các hợp chất kháng vi sinh vật như chất diệt khuẩn, chất diệt nấm có thể được thêm vào lướp màng film vật liệu bao gói để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật bên trong Tuy nhiên, việc áp dụng các loại bao bì này vẫn chưa thực sự phổ biến rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm.

Các hợp chất hoạt động kháng vi sinh vật của mỗi loại thực phẩm chỉ giải quyết vấn đề cho một hoặc nhiều hơn cho nhóm vi sinh vật bị hạn chế, nhưng hoạt động của các chất này có thể được kết hợp với các chức năng của các lớp vật liệu khác để mở rộng phạm vi ngăn ngừa, xua đuổi, tiêu diệt vi sinh vật gây hư hỏng Các chất kháng vi sinh vật này có thể được bổ sung vào giữa các bề mặt vật liệu đóng gói hoặc được bổ sung trực tiếp hay phủ lên trên bao bì Sự khác biệt giữa mỗi phương pháp này được thực hiện tùy vào các ứng dụng dựa trên mục tiêu vi sinh vật, đầu tiên là xác định mầm bệnh có khả năng hiện diện và sau đó là loại 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

Trong số các loại thực phẩm thương mại thì thịt là một trong những loại thực phẩm dễ hư hỏng nhất, nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến thời hạn sử dụng loại sản phẩm này: sự phát triển của vi sinh vật, hoạt động của enzyme và quá trình oxy hóa lipid, Một số yếu tố bị ảnh hưởng bởi loại bao bì đóng gói và môi trường bảo quản, đa số là tại điểm bán sản phẩm [5] Các nhà sản xuất ngành công nghiệp thịt rất quan tâm đến các phương pháp chế biến giúp kéo thời hạn sử dụng lâu dài và các phương pháp đóng gói, bảo vệ.

Bao bì kháng vi sinh vật cho sản phẩm thịt giúp ức chế sự hư hỏng và sự sinh sôi phát triển quá mức của các vi sinh vật gây bệnh có khả năng hiện diện trong thịt, có thể bảo quản độ tươi ngon, màu sắc như ban đầu và kéo dài tuổi thọ, đảm bảo an toàn cho sản phẩm thực phẩm Hiệu quả của bao bì kháng vi sinh vật có thể được đo lường bằng cách theo dõi số lượng vi sinh vật tạp nhiễm hoặc các chỉ số chất lượng liên quan gián tiếp đến sự phát triển của vi sinh vật Hầu hết các ứng dụng đóng gói kháng vi sinh vật chủ yếu dựa trên sự di chuyển của các hợp chất có hoạt tính kháng vi sinh vật từ vật liệu bao gói vào thực phẩm Do đó, động học di chuyển của nó là một yếu tố kiểm soát sự ức chế vi sinh vật hiệu quả Mục tiêu hư hỏng hoặc vi sinh vật gây bệnh cụ thể bởi tác nhân hoạt động phù hợp với động học di chuyển của nó là cách để tối ưu hóa việc sản xuất bao bì đóng gói kháng vi sinh vật Có nhiều dạng bao bì kháng vi sinh vật được làm bằng polyme tổng hợp hoặc polyme sinh học đã được báo cáo là có hiệu quả ức chế, ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật, kéo dài thời hạn sử dụng thịt và đảm bảo an toàn thực phẩm, nhưng hiện nay chỉ có rất ít trường hợp bao bì kháng vi sinh vật được thương mại hóa Việc sử dụng kết hợp các công nghệ kỹ thuật đóng gói mới trong thực phẩm và bao bì kháng vi sinh vật có thể mang lại cơ hội bảo quản các sản phẩm thịt tốt hơn [6].

Bao bì kháng khuẩn cho trái cây và rau tươi

Trái cây và rau quả tươi hay dạng chế biến tối thiểu cũng rất dễ hư hỏng và thay đổi sinh lý sau khi thu hoạch, chúng có thể bị nhiễm vi sinh vật trong quá trình vận chuyển, chế biến, bảo quản và trưng bày bán lẻ Sự thâm đen nhanh chóng của nhiều loại trái cây và rau quả là một vấn đề nghiêm trọng, màu nâu đen đã làm mất đi giá trị cảm quan, thay đổi tính chất và các giá trị dinh dưỡng của loại thực phẩm này Hiện nay, hệ thống bao bì đóng gói kháng ví inh vật trong sản phẩm rau củ quả đã được nghiên cứu rộng rãi và một số đã được áp dụng thương mại Chúng có thể được bổ sung vào bên trong bao bì, kiểm soát các chất kháng khuẩn được nhúng trong vật liệu đóng gói, lớp phủ chống vi sinh vật ăn được và môi trường khí quyển bên trong bao bì đã được thay đổi để có chức năng chống vi khuẩn [6].

Bao bì kháng khuẩn cho gia cầm

Ngành công nghiệp gia cầm là một trong những ngành thành công nhất của ngành công nghiệp thực phẩm Tuy nhiên, an toàn vi sinh thực phẩm của nó cũng chính là một vấn đề gây “đau đầu” Đây là loại thực phẩm có rất nhiều loại dịch bệnh, dẫn đến những lo ngại về sức khỏe cộng đồng và gây thiệt hại kinh tế đáng kể Theo truyền thống, sản phẩm gia cầm được kiểm soát nghiêm ngặt trong phân tích các mối nguy để đảm bảo tính an toàn Tuy nhiên, các biện pháp này không hoàn toàn hiệu quả trong việc ngăn ngừa sự lây lan các dịch bệnh qua con đường thực phẩm Nhu cầu sử dụng gia cầm của người tiêu dùng rất lớn vì nó rẻ và phổ biến, càng cần đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và một hệ thống phân phối hiện đại hợp lý [6] Bao bì kháng vi sinh vật sẽ là một sự ưu tiên hàng đầu đối với loại thực phẩm này.

Bao bì kháng khuẩn cho thủy hải sản

Các sản phẩm thực phẩm thủy hải sản thường hay bị hư hỏng do vi sinh vật và các quá trình sinh hóa bị biến đổi Việc phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả để kéo dài thời hạn sử dụng của chúng là một điều cần thiết Bao bì và lớp phủ kháng vi sinh vật là một trong những biện pháp đã được đề xuất để đáp ứng nhu cầu này Các nhà sản xuất sản phẩm thủy hải sản đặc biệt quan tâm đến việc ức chế vi khuẩn Listeria monocytogenes Các tương tác giữa chất tạo màng sinh học và chất kháng vi sinh vật ảnh hưởng đối với hiệu quả kháng vi sinh vật trên loại thực phẩm này [6].

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 làm vật liệu đóng gói có khả năng chống lại các nguyên nhân hư hỏng sản phẩm đồ uống bên ngoài cao, cũng như các vật liệu tổng hợp micro/nano dựa trên kim loại làm chất kháng vi sinh vật ngày càng phổ biến Một số loại bao bì này gây ra sự thay đổi vật lý của đồ uống Ngoài ra, một số công nghệ kỹ thuật mới chế biến thực phẩm đồ uống, chẳng hạn như chế biến áp suất cao, trường xung điện và chiếu xạ được ứng dụng và thương mại hóa phổ biến [6].

Các sản phẩm đồ uống có một số thành phần hoàn toàn ổn định trong nước, tuy nhiên cũng có những thành phần khác phân hủy nhanh, điều này làm hạn chế tuổi thọ sử dụng và nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, hương vị của sản phẩm đó Ví dụ: sản phẩm sữa chua uống bổ sung men vi sinh sống thường yêu cầu bảo quản lạnh Tuy nhiên, kể cả trong điều kiện này thì thời hạn sử dụng cũng chỉ được tính bằng tuần hoặc tháng, chứ không phải là năm Và việc làm lạnh còn làm tăng thêm chi phí sản xuất, vận chuyển, bảo quản sản phẩm. Đa số trong các sản phẩm đồ uống đã được xử lý tiệt trùng, cho phép chúng được bảo quản ở nhiệt độ phòng mà không cần bảo ôn Ví dụ: tiệt trùng bằng các dung dịch protein có thể kéo dài hạn sử dụng từ vài ngày đến nhiều tháng mà không cần làm lạnh Tuy nhiên, nhiệt độ cao có thể ảnh hưởng đến chức năng và dinh dưỡng của của protein, làm cho protein hòa tan không hòa tan được Quá trình gia nhiệt thấp hơn thì lại có thể không đủ tiêu chuẩn thanh/ tiệt trùng và giảm các tác dụng không mong muốn, vậy nên thường bổ sung vào các chất phụ gia hóa học để bảo quản [7].

Ưu và nhược điểm

Bao bì kháng vi sinh vật là một giải pháp thay thế loại bao bì truyền thống một cách đáng tin cậy đảm bảo việc bảo quản thực phẩm bằng cách đưa các chất kháng vi sinh vật vào vật liệu đóng gói, thay vì bổ sung trực tiếp các hóa chất vào sản phẩm thực phẩm Sử dụng bao bì kháng vi sinh vật không chỉ góp phần cải thiện đáng kể các đặc tính cảm quan của sản phẩm thực phẩm mà còn kéo dài tuổi thọ cho sản phẩm đó, thúc đẩy tiêu dùng bền vững và giảm hàm lượng rác thải ra môi trường So với loại bao bì truyền thống thì nó có thể giảm việc sử dụng chất bảo quản trong thực phẩm.

Ngoài lợi ích kháng khuẩn, kháng nấm thì bao bì kháng vi sinh có khả năng di chuyển các hợp chất hóa học không mong muốn vào trong thực phẩm, yêu cầu kiểm soát để đảm bảo sự tuân thủ các quy định đã được thiết lập và sự an toàn của người tiêu dùng [8] Vậy nên các nhà sản xuất cần hiểu rõ hơn về nguyên tắc, các cơ chế phản ứng và tối ưu hóa việc sử dụng các chất kháng vi sinh vật để xây dựng hệ thống có 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. Tùy thuộc vào tính chất vật lý và hóa học của mỗi loại vật liệu mà ứng dụng khác nhau vào trong ngành thực phẩm Vật liệu đóng gói có nhiều hình dạng khác nhau với từng chức năng liên quan đến mỗi tính chất riêng của chúng Điều cần biết là vật liệu đóng gói phải có sự cân bằng giữa hình dạng và chức năng của nó Với mục đích chính của bao bì là bảo quản, chứa đựng và bảo vệ thực phẩm, vật liệu đóng gói có thể cứng, mềm hoặc bán mềm [9].

Các loại bao gói cứng: ví dụ như chai, lon hay lọ,…

Bao bì kháng vi sinh vật sử dụng kết hợp các loại vật liệu với nhau, chủ yếu là giấy, kim loại và thủy tinh để tạo thành các túi với các đặc tính cần thiết bảo vệ sản phẩm thực phẩm.

Các loại bao gói bán bán mềm: ví dụ như hộp và gói tetra,…

Các loại bao bì thực phẩm khác nhau dựa trên trọng lượng, kích thước, độ bền và tính chất chứa đựng sản phẩm thực phẩm Việc lựa chọn vật liệu thích hợp để đóng gói một loại thực phẩm nhất định phụ thuộc vào các chức năng mà loại vật liệu đó phải thực hiện Các chức năng này bao gồm ngăn ngừa thực phẩm chống lại các tác nhân như độ ẩm, nhiệt độ, oxy, ánh sáng và vi sinh vật tạp nhiễm Ngoài ra, khả năng bảo vệ hư hỏng, tính thấm, nhận dạng thực phẩm, các đặc tính hóa học và quang học đóng một vai trò quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu [9].

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

Có nhiều dạng bao bì thực phẩm bằng kim loại, chẳng hạn như lon, ống, hộp đựng, màng, nắp, Các loại lon thường được làm bằng nhôm hoặc thép, chúng là những loại bao bì kim loại được sử dụng phổ biến nhất trong ngành thực phẩm đồ uống Chúng có khả năng tái chế cao và thường được phủ một lớp vật liệu hữu cơ để ngăn chặn bất kỳ sự tương tác nào giữa thực phẩm và kim loại.

Hình 4: Bao bì nhôm Các lon nước giải khát, giấy bạc, ống, khay, túi thường hay sử dụng vật liệu nhôm để sản xuất Nó có khả năng chịu sự biến động nhiệt độ tốt và hoạt động như một lớp bảo bệ ngăn khí tuyệt vời giúp kéo dài tuổi thọ cho thực phẩm Hơn nữa, nó dễ uốn và có khả năng định hình tốt Nó tương đối vô hại, nhẹ và có thể được tái chế vô thời hạn.

Ngoài ra, các nguyên tố hợp kim như Mg và Mn đôi khi được thêm vào vật liệu nhôm để tăng cường khả năng bảo vệ sản phẩm thực phẩm Duy trì độ tươi và bảo quản mùi vị của thực phẩm, bảo vệ khỏi tia bức xạ, oxy, độ ẩm, lipid hóa và vi sinh vật tạp nhiễm.

Hình 5: Bao bì thép Các bao bì như lon, thùng chứa, nắp đóng cũng được làm vật liệu thép Yêu cầu phủ các lớp hữu cơ để chống ăn mòn Các loại bao bì thép được chế tạo từ sắt tây ( là thép tráng thiếc ) hoặc từ thép phủ crom điện phân ( là thép không chứa thiếc ) Thép là một vật liệu vĩnh cửu, tuy có thể tái chế một cách công khai mà vẫn giữ được chất lượng của nó.

Thiếc là một loại vật liệu bao bì ngăn ngừa không khí, độ ẩm, ánh sáng và mùi vị cao Nó có độ dẻo và khả năng định hình tốt, phù hợp với các sản phẩm thực phẩm thanh/ tiệt trùng vì nó có thể chịu được quá trình xử lý nhiệt và hàn kín So với các loại vật liệu bao bì khác thì nó nhẹ, độ bền cơ học cao nên được ứng dụng phổ biến trong các loại sản phẩm thực phẩm như đồ uống, thực phẩm chế biến và thực phẩm dạng bột.

Thép phủ crom điện phân cũng có độ bền, khả năng định hình tốt và so với vật liệu thép tấm thì nó rẻ hơn một chút Lớp phủ crom hay oxit crom làm cho nó trở thành một vật liệu có độ bám dính của lớp phủ tốt hơn, ví dụ như sơn mài.

Nó cũng có khả năng chịu nhiệt tốt và không bị sulfide hóa ố đen nên thuận tiện cho việc đóng gói sản phẩm đồ hộp cá Đồ hộp thực phẩm, khay, nắp chai, đầu lon và nắp đậy là các ứng dụng phổ biến của thép không chứa thiếc [4].

Hình 6: Bao bì giấy Một trong những loại vật liệu bao bì lâu đời nhất đó chính là vật liệu giấy, nó đã có niên đại từ thế kỉ XVII để nhằm mục đích thay thế cho đá, gỗ, vỏ cây, da thú mà loài người dùng để viết lên trước đó Bao bì giấy có ưu điểm là chi phí, trọng lượng thấp; tính khả dụng cao và dễ in Ngược lại, nhược điểm của nó là không có khả năng chịu nhiệt hay tính thấm cao Còn các vật liệu đã được phổ sung lớp phủ chống thấm như sáp, nhựa và sơn mài thì các ứng dụng của nó được mở rộng hơn đến việc đóng gói cho các loại sản phẩm thực phẩm ướt và béo Chúng thường được sử dụng trong hộp sóng, hộp sữa, hộp gấp, đĩa và cốc giấy, túi và bao tải, và giấy gói.

Người Trung Quốc đã phát minh ra giấy bìa cứng vào thế kỷ XVI Cho đến nay thì khoa học công nghệ kỹ thuật giấy đã được phát triển không ngừng Đến giữa năm 1800 giấy bìa carton gợn sóng được phát minh, mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành bao bì Nó được ứng dụng làm vật liệu bao gói bên ngoài cho đa số các loại sản phẩm vì nó có tính bền rất cao, bảo vệ sản phẩm chứa đựng bên trong chống lại những tác động cơ học Hơn nữa, giấy bìa carton gợn sóng có đặc tính rất nhẹ nên rất hiệu dụng khi vận chuyển, phân phối sản phẩm Ngoài ra, giấy bìa carton gợn sóng còn có thể được tái chế, tiết kiệm nguyên liệu và giảm nguy cơ gây ô nhiễm môi trường [2].

Tùy thuộc vào từng phương pháp sản xuất và mục đích đóng gói, vật liệu giấy như giấy Kraft, giấy sulfite, giấy thấm dầu mỡ, Glassine hoặc giấy da đã được tìm thấy.

Giấy kraft ( hay còn gọi là giấy xi măng ) là loại giấy mạnh nhất vì đặc tính thô, dai của nó nên được sử dụng trong bao gói bột mì, đường và trái cây sấy khô.

Giấy sulfide thì tương đối yếu và nhẹ hơn so với giấy kraft nên được dùng để bọc bánh quy và kẹo.

Giấy thấm dầu và Glassine phù hợp để đóng gói đồ ăn nhẹ, bánh quy, thức ăn nhanh và thực phẩm nhiều dầu mỡ do nó chứa các sợi cellulose dày đặc, còn glassine được ngậm thêm nước, giúp cải thiện nhược điểm thấm dầu của giấy.

Chất kháng vi sinh vật

5.1 Chất kháng vi sinh vật tự nhiên

Ngày nay cùng với sự phát triển của xã hội, sự hiện đại và không ngừng đổi mới của thiết bị máy móc, công nghệ sản xuất, ngành công nghệ thực phẩm ngày càng phát triển và có vị trí quan trọng trong thị trường.Nhu cầu tiêu dùng ăn uống không bao giờ là lỗi thời Nó là nhu cầu vô cùng thiết yếu có vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống của chúng ta Vì thế ngành công nghệ thực phẩm luôn cho chỗ đứng vị thế nhất định trong cuộc sống ngày này Các vấn đề đặt ra làm sao để ăn ngon, ăn đầy đủ chất dinh dưỡng, đáp ứng được nhu cầu ăn uống của người tiêu dùng mà lại vừa có giá thành phải chăng, bao bì đặc sắc lạ mắt, thu hút thị hiếu của người tiêu dùng, mà vừa bảo quản được lâu, đóng gói đẹp mắt gây ấn tượng với người tiêu dùng Đây là những động lực thúc đẩy mảng bao bì thực phẩm ngày càng phát triển và lớn mạnh.

Các nhà khoa học đã thực hiện nhiều nghiên cứu nhằm tìm ra cách tích hợp tạo ra các loại bao bì thực phẩm thân thiện với môi trường nhưng vừa có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ của nó chính là giữ cho thực phẩm bảo quản được lâu, lại còn không gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người Trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm, luôn có sự tồn tại của vi sinh vật còn sót lại qua các quá trình hoặc do sự lây nhiễm chéo vi sinh vật từ các nguồn khác nhau, mà chính vì lí do đó gây hư hỏng thực phẩm, vậy vấn đề được đặt ra làm sao để hạn chế sự sinh trưởng và phát triển của những vi sinh vật này? Người ta nghĩ ra cách chế tạo bao bì thực phẩm được tích hợp các chất chống vi sinh vật có nguồn gốc từ tự nhiên và qua quá trình tổng hợp hoá nhằm mục đích kiểm soát sự nhiễm vi sinh vật trên bề mặt thực phẩm để nâng cao sự an toàn cho người tiêu dùng khi sử dụng thực phẩm và kéo dài thời hạn sử dụng của chúng Một số hợp chất kháng khuẩn có thể được kết hợp với các loại vật liệu đóng gói khác nhau tạo nên nhiều loại bao bì kháng khuẩn khác nhau Trong những năm gần đây, nhu cầu của người tiêu dùng đối với các thành phần thực phẩm có nguồn gốc từ tự nhiên tăng lên vì tính an toàn và sẵn có của nó, các hợp chất tự nhiên đang bắt đầu được ưa chuộng và thay thế các chất phụ gia thường dùng trong thực phẩm Các chất kháng khuẩn đến từ tự nhiên được xem là an toàn hơn và ít gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người hơn Các nghiên cứu gần đây chủ yếu tập trung vào việc ứng dụng các chất kháng khuẩn tự nhiên trong hệ thống đóng gói thực phẩm vì tính sẵn có và an toàn của chúng, hơn hẳn các chất hoá học và thị hiếu của người tiêu dùng ưa chuộng những sản phẩm đến từ thiên nhiên hơn hẳn Các hợp chất có nguồn gốc sinh học như vi khuẩn, hóa chất thực vật, enzyme có thể được sử dụng trong bao bì thực phẩm và nó được xem như một hoạt chất kháng vi sinh vật Các chất kháng khuẩn tự nhiên thường được chiết xuất từ các nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên và nó đòi hỏi quy trình chiết xuất phức tạp, nhiều công đoạn nên đôi khi giá thành sẽ cao do sự chiết tách cần những thiết bị máy móc hiện đại nhưng nó đối với người tiêu dùng vẫn là lựa chọn hàng đầu [10]. 5.1.1 Tinh dầu

Từ xưa đến nay, người ta đã biết áp dụng tinh dầu để bảo quản thực phẩm vì những lợi ích tuyệt vời mà nó đem lại Tinh dầu là một dạng chất lỏng chứa các hợp chất thơm dễ bay hơi, gồm nhiều thành phần khác nhau, chứa nhiều hợp chất công thức hoá học phức tạp Nó được chiết xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau như chưng cất hơi nước, phương pháp ướp hương, phương pháp ép lạnh hoặc chiết xuất dung môi…

Lá, thân, cành, hoa, vỏ cây, rễ cây hoặc những bộ phận khác của thực vật là nguồn nguyên liệu để chiết tách tinh dầu Tinh dầu có nguồn gốc sẵn có từ thực vật hoặc là được tổng hợp nhân tạo trong quy mô công nghiệp Tinh dầu đa dạng gồm nhiều loại,tinh dầu nguyên chất được chiết xuất 100% từ thiên nhiên không bao gồm các hợp chất tạo hương tạo mùi khác, hoặc tinh dầu tổng hợp gồm nhiều thành phần cấu tử hương khác nhau được chiết tách thông qua các phản ứng phương pháp hoá học Tinh dầu còn được xem là sự sống là nguồn tinh tuý nhất của thực vật, vì nó bao gồm tất cả những hợp chất cấu tử mùi hương mang nét đặc trưng cho loại thực vật đó Xuyên suốt chiều dài lịch sử, tinh dầu luôn được các quý tộc ưa chuộng, và được xem như thứ dược liệu mắc mỏ, quý báu đối với những người cổ đại Tinh dầu được ví như thứ hàng hoá đắt đỏ, thường được dùng để tạo mùi hương tự nhiên trên tóc và cơ thể, dùng như một loại thảo mộc để làm thơm không gian sống, mang lại cảm giác thoải mái thư giãn cho con người Nó được xem như một loại phương pháp trị bệnh dược liệu đến từ thiên nhiên vì những tác động tinh thần mà nó đem lại.Ngoài ra ngày nay người ta còn biết ứng dụng lợi ích của tinh dầu trong ngành thực phẩm cụ thể là trong việc tạo ra một loại bao bì đóng gói có chứa tinh dầu để tăng khả năng kháng khuẩn, kéo dài thời gian sử dụng cho thực phẩm.

Tinh dầu hay còn được gọi tắt là EO, EO là các loại dầu phức tạp được sản xuất tự nhiên dưới dạng chất chuyển hóa thứ cấp đi từ các nguyên liệu thực vật. Tinh dầu là hỗn hợp các cấu tử có công thức hoá học phức tạp chứa các hợp chất khác nhau, chẳng hạn như monoterpen, diterpenes và triterpenes, bao gồm các dẫn xuất oxy hóa của chúng và các hợp chất phenolic- các chất này chịu trách nhiệm cho các đặc tính kháng khuẩn của các loại tinh dầu Ngoài tác dụng kháng khuẩn đặc trưng , tinh dầu còn có đặc tính kháng nấm, chống oxy hóa, kháng các loại vi rút,giúp chống các cơn co thắt, kháng cả độc tố, chống lại ký sinh trùng và khử trùng hiệu quả Tinh dầu không chỉ đem lại hương thơm thư giãn , sảng khoái tác động đến hệ thần kinh mà nó còn có khả năng kháng khuẩn tuyệt vời, ứng dụng trong các quá trình bao gói thực phẩm Ngày nay có rất nhiều loại tinh dầu có khả năng kháng khuẩn mà các nhà khoa học đã tìm ra như: tinh dầu bạch đàn, khuynh diệp, tinh dầu trà, tinh dầu hoa trà, tinh dầu tràm trà, tinh dầu oải hương, thảo mộc, tinh dầu sả, cam thảo, húng tây, bạc hà cỏ xạ hương và các loại hương thảo….[10].

Nhiều nghiên cứu gần đây đã cho thấy rằng các loại tinh dầu có khả năng kháng khuẩn hiệu quả cụ thể như loại tinh dầu Mentha piperita EO (MPO), Bunium percicum EO (BPO), và nanocellulose (NC) Ba loại tinh dầu này được bổ sung vào màng PLA để sản xuất ra một loại màng kháng khuẩn với một tỉ lệ các thành phần đặc trưng nhất định Màng được tạo thành từ hỗn hợp dung dịch 1% PLA, 0,5%, MPO và 1% NC sẽ cho kết quả tốt nhất về đặc tính kháng khuẩn và cảm quan Các nhà nghiên cứu tiến hành bảo quản thịt bò xay được đóng gói bằng màng kháng khuẩn ở nhiệt độ 4 0 C trong 12 ngày và quan sát đánh giá mức độ kháng khuẩn của các loại vật liệu này Họ phát hiện ra rằng MPO và BPO có hoạt tính kháng khuẩn chống lại 3 chủng vi sinh vật Staphylococcus aureus, Enterobacteriaceae vàPseudomonas rất hiệu quả [11] Ngoài ra người ta còn tiến hành thực hiện những nghiên cứu và cho rằng dầu Copaiba có khả năng chống lại trực khuẩn Subtilis khi được dùng kết hợp với giấy và màng PLA Chúng đều cho thấy rằng chúng các hoạt tính kháng khuẩn mạnh mẽ đối với chủng vi sinh vật B subtilis khi hàm lượng tinh dầu đạt 20% trọng lượng sản phẩm Llana-Ruiz-Cabello và cộng sự của mình đã nghiên cứu đưa các nồng độ khác nhau của tinh dầu Origanum vulgare L virens gọi tắt là OEO vào màng PLA để đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của màng đối với loại thực phẩm salad và kết quả ông nhận được là chúng có đặc tính kháng khuẩn chống lại các loại nấm men và nấm mốc, với nồng độ 5% - 10% thì đặc tính kháng khuẩn có hiệu quả mạnh mẽ nhất, nhưng ở tỉ lệ 0,1% nó không có tác dụng với Salmonella typhimurium và Pseudomonas aeruginosa, nhưng nó lại có khả năng ức chế mạnh mẽ sự sinh trưởng và phát triển của chủng S aureus và E coli.

Bacteriocin là một chất kháng khuẩn có bản chất là các peptide được tổng hợp thông qua các quá trình dịch mã ở ribosome, nó được tạo ra cả vi khuẩn Gram âm và vi khuẩn Gram dương mục đích để ức chế sự sinh trưởng và phát triển của các chủng vi khuẩn khác Bacteriocin có hoạt tính kháng các vi sinh vật cạnh tranh với chúng có thể cũng loại hoặc khác loài Ngoài ra nó còn có tên gọi là một chất diệt khuẩn do vi khuẩn tạo ra, nó được mã hóa bởi các gen và được tổng hợp bởi các ribosome trong tế bào vi khuẩn Các loài vi khuẩn sản sinh ra Bacteriocin đến từ nhiều nguồn khác nhau và chúng có nhiều cấu trúc, hình dạng khác nhau,mang tính đặc trưng riêng biệt Nó tạo ra hợp chất có đặc tính kháng khuẩn mạnh mẽ và ức chế sự cạnh tranh của vi sinh vật Nisin và pediocin thường được sử dụng trong quá trình tổng hợp loại hợp chất này Bacteriocins được tổng hợp chỉ khi vi khuẩn gặp các điều kiện ức chế, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của chúng do các tác động của môi trường sống, sự cạnh tranh về nguồn dinh dưỡng, không gian sống trong quần thể vi sinh vật Chính những điều kiện bất lợi như vậy, góp phần làm cho những hợp chất Bacteriocins được sản sinh Bản chất của chúng là peptide kháng khuẩn sinh ra bởi vi khuẩn để chống lại các vi khuẩn có liên quan khác Nói cách khác, loại vi khuẩn tạo ra loại bacteriocin nào thì nó sẽ có khả năng kháng lại chính bacteriocins đó Các bacteriocins này có hoạt tính kháng khuẩn rất cao dù chỉ sử dụng ở một nồng độ rất ít, tuy nhiên chúng chỉ hoạt động ở một phạm vi hẹp, chỉ ức chế sự sinh trưởng và phát triển của các chủng vi khuẩn có liên quan Hiệu quả kháng khuẩn của Bacteriocins không phụ thuộc vào số lượng acid amine có trong phân tử mà nó phụ thuộc vào đặc điểm tính chất của từng loại vi khuẩn, các yếu tố, điều kiện của môi trường tác động Bacteriocins đặc tính phát huy mạnh mẽ nhất trong môi trường có pH thấp, nó tương đối bền vững ở nhiệt độ cao và không bị ảnh hưởng nhiều bởi nồng độ các dung môi hữu cơ Ngoài ra Bacteriocins còn có kết hợp với các yếu tố kháng khuẩn khác Protein có nguồn gốc từ động vật, các lysozyme , phân giải nhiều tế bào Gram dương và được sử dụng để ngăn chặn sự hình thành khí trong một số loại pho mát Các Lysozyme và nisin được sinh ra có thể hoạt động để bất hoạt các tế bào của Listeria monocytogenes [12] Bacteriocins có vai trò rất quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm, đặc biệt là để bảo quản sinh học và kéo dài thời hạn bảo quản thực phẩm, và kiểm soát vi sinh vật trong quá trình lên men và một số quá trình bảo quản khác Nisin và pedicin PA-1 / AcH là những hoạt chất đã được nghiên cứu và được phép sử dụng để làm chất bảo quản sinh học, ứng dụng trong bao bì đóng gói , ứng dụng rộng rãi trong quy trình bảo quản và chế biến thực phẩm [13].

Do chúng có bản chất protein, bị phân giải bởi các enzyme phân giải protein nên bacteriocin không gây ra các tác dụng phụ, không gây ra phản ứng dị ứng trong cơ thể con người và các vấn đề về sức khỏe do chúng bị phân cắt nhanh chóng bởi các enzyme protease, lipase trong hệ thống tiêu hoá Vì những đặc tính tuyệt vời mà chúng mang lại, Bacteriocins nhanh chóng được thương mại hoá Các váng sữa, các loại đường mía, các chất thải từ quá trình chế biến, bảo quản thực phẩm, cũng được các nhà khoa học nghiên cứu để sản xuất ra hoạt chất bactericins để ứng dụng trong công nghệ thực phẩm [14].

Lysozyme có bản chất là một loại protein Lysozyme, hay còn được gọi là muramidase hoặc N-acetylmuramide glycanhydrolase là một loại enzyme kháng khuẩn có nguồn gốc từ động vật và có mặt ở khắp nơi trong cơ thể con người và động vật,cũng như trong thực vật và một số loài vi sinh vật Nó có mặt hầu hết và phổ biến trong các mô và dịch tiết của cơ thể sinh vật Lysozyme cũng được tìm thấy trong các hạt tế bào chất của đại thực bào và bạch cầu trung tính đa nhân.Trong một số loại thực phẩm,đặc biệt là lòng trắng trứng gà, người ta cũng tìm thấy sự hiện diện của Lysozyme Bản chất của Lysozyme là một glycoside hydrolase có khả năng hoạt động đặc biệt trên thành tế bào của vi sinh vật Lysozyme có khả năng làm tiêu biến thành tế bào của vi khuẩn Gram dương Nó có hoạt tính tiêu diệt mạnh mẽ vì thế nó không chỉ được sử dụng trong việc bảo quản thực phẩm mà nó còn có thể được sử dụng trong các chế phẩm lysozyme protein kết tinh để ngăn ngừa sự biến chất của thực phẩm, vừa kéo dài thời gian sử dụng vừa giúp thực phẩm giữ được các chất dinh dưỡng ban đầu Lysozym có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực bảo quản thực phẩm, thuốc men, hóa chất, y dược hàng ngày- vì những tính chất đặc trưng mà nó mang lại [15].

Cơ chế hoạt động của Lysozyme là xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết 1,4-beta giữa axit N-acetylmuramic và chuỗi bên N-acetyl-D- glucosamine trong peptidoglycan Peptidoglycan là một thành phần chính cấu tạo nên thành tế bào vi khuẩn gram dương vì vậy Lysozyme có thể tác động làm thuỷ phân thành tế bào vi khuẩn Gram dương Nó ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn Gram dương xuất hiện trong thực phẩm, làm tiêu diệt vi sinh vật, nhờ vậy thời gian bảo quản của thực phẩm được kéo dài. Các nhà khoa học cũng tiến hành nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của Lysozyme có khả năng chống lại B subtilis và Lactobacillus plantarum [16].

Các tác dụng của Lysozyme từ lâu đã được các nhà khoa học nghiên cứu và nhận định, nó có tác dụng tuyệt vời trong bảo quản và kéo dài thời gian sử dụng, giúp thực phẩm luôn giữ được các trạng thái cân bằng ban đầu Lysozyme có tác dụng ức chế sự phát triển của các sinh vật có hại, gây hư hỏng trên thực phẩm. Lysozyme khá ổn định và dễ thích nghi trong nhiều môi trường khác nhau, nên có hoạt tính cao Lysozyme đã được sử dụng để bảo quản trái cây và rau tươi, các loại đậu phụ, hải sản, thịt và xúc xích, các loại salad và nước tương nước sốt, và các loại pho mát bán cứng như Edam, Gouda và một số loại pho mát kiểu Ý Hơn nữa , nó còn được bổ sung vào các loại sữa công thức cho trẻ sơ sinh vừa an toàn cho trẻ mà vừa hỗ trợ hệ tiêu hoá cũng như kéo dài tuổi thọ cho sản phẩm Lysozyme ngày càng được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực y dược như trong điều trị viêm nha chu, ứng dụng trong các loại kẹo cao su, và được dùng để ngăn ngừa sâu răng cũng như đem lại hơi thở thơm tho, sạch khuẩn [17].

Axit hữu cơ là một chất có khả năng kháng khuẩn và có đặc tính chống oxy hoá tuyệt vời vì vậy nó được ứng dụng hầu hết trong công nghệ bảo quản thực phẩm và trong quá trình sản xuất các bao bì bao gói thực phẩm chống lại các quá trình hư hỏng và chống lại các tác động của môi trường Axit hữu cơ tồn tại trong tự nhiên có nhiều ở các loại ra quả, trái cây và nó cũng có thể được tổng hợp thông qua con đường chuyển hoá hoá học Một số loại axit hữu cơ phải kể đến như axit không bão hòa như axit cinnamic, sorbic, hydroxylic như axit xitric, axit lactic, axit phenolic như axit benzoic, cinnamic, salicylic và đa cacboxylic như các axit azelaic, citric và axit succinic Các axit hữu cơ phổ biến chẳng hạn như axit propionic, axit lactic, axit malic, axit sorbic và axit tartaric, thường được sử dụng làm phụ gia thực phẩm truyền thống Natri benzoat và kali sorbat được cho rằng chúng có khả năng ức chế sự sinh trưởng và phát triển của tế bào vi khuẩn và các loại nấm men Natri citrat thì có khả năng ức chế sự phát triển và sinh sản của vi khuẩn Listeria, và chủng Escherichia coli Một nghiên cứu mới đây cho thấy axit sorbic và kali sorbate có khả năng hoạt tính chống lại nhiều loại vi khuẩn và nấm mốc xuất hiện trên bề mặt thực phẩm Ở mức pH từ 6,0–6,5, tác dụng bảo quản của axit sorbic sẽ hiệu quả gấp 5 - 10 lần so với benzoat [18].

Một số nghiên cứu chỉ chỉ ra mức độ pH của axit hữu cơ mà nó cho kết quả kháng khuẩn cao, chứ không chỉ ra cụ thể được nồng độ axit là bao nhiêu thì chúng có khả năng kháng khuẩn tốt được, do đó làm cho việc đánh giá kết quả trở nên khó khăn hoặc không thể thực hiện được Bên cạnh đó rất khó để có thể so sánh mức độ hoạt động của các axit khác nhau vì nó bị ảnh hưởng bởi các đặc điểm tính chất hóa học vật lý của các loài vi sinh vật, điều kiện sinh trưởng và nhu cầu và môi trường sống, các giai đoạn phát triển của từng loại vi sinh vật khác nhau Liu và cộng sự của ông đã tiến hành nghiên cứu màng EVOH kháng khuẩn với các vi nang sorbic acid-chitosan (S-MPs) và áp dụng chúng cho sản phẩm philê cá Và kết quả thu được là loại màng này có khả năng ngăn chặn sự phát triển và sinh trưởng của các chủng E coli, S Enteritidis và L monocytogenes và kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm Ngoài ra người ta thử nghiệm một số loại màng kết hợp với các loại axit hữu cơ và nhận thấy chúng còn có khả năng chống lại B substilis và E coli [19].

Chitosan là một polysacarit mạch thẳng được cấu tạo từ các D-glucosamine đã deaxetyl hóa và N-acetyl-D-Glucosamine có chứa nhóm acetyl liên kết tại vị trí β- (1-4) Chitosan có nhiều trong thành phần vỏ của nhiều loại sinh vật biển thuộc lớp giáp xác như cua, ốc, tôm, nghêu sò, động vật thân mềm và các loại nấm… Chitosan là chất rắn, cấu trúc xốp, nhẹ, có kết cấu hình vảy, có thể có nhiều hình dạng khác nhau Nó có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị đặc trưng, không tan trong nước, dung dịch kiềm và axit đậm đặc nhưng tan trong dung dịch axit loãng có pH khoảng 6 Đặc biệt chúng có khả năng tạo màng tốt vì vậy rất được coi trọng trong ngành bao bì thực phẩm Chitosan hay còn được gọi là một vật liệu xanh, sạch, thân thiện với môi trường, an toàn đối với con người Nó có đặc tính kháng khuẩn mạnh mẽ và vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y sinh, đóng gói thực phẩm, bao bọc thực phẩm và bảo tồn môi trường sống, hầu hết là trong các lĩnh vực thương mại và y sinh Chitosan được dùng trong nền nông nghiệp với vai trò xử lý và bảo vệ hạt giống trước quá trình gieo trồng, đảm bảo cho hạt giống không bị nhiễm các loại vi sinh vật gây ảnh hưởng đến quá trình gieo trồng và được ứng dụng như một loại thuốc sinh học phòng ngừa sâu bệnh và các loại vi khuẩn khác, giúp cây trồng chống lại các loại bệnh do nấm phát triển trên cây.Trong các công nghệ sản xuất đồ uống, đặc biệt là rượu vang, Chitosan được sử dụng như một chất phụ gia bảo quản có tác dụng lọc bớt cặn rượu và kéo dài thời gian bảo quản Trong lĩnh vực công nghiệp, Chitosan được ứng dụng để chế tạo ra một loại sơn tự làm liền vết trầy xước polyurethane Trong y học, Chitosan được ứng dụng trong băng gạc y tế để làm giảm lượng máu chảy và chống nhiễm khuẩn và truyền tải thuốc qua bề mặt da.Chitosan ngày càng được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực của đời sống [20].

Cơ chế kháng khuẩn của Chitosan chủ yếu là sự chênh lệch về điện tích giữa các chuỗi Chitosan và màng tế bào vi khuẩn ,các chuỗi chitosan thì tích điện dương và thành tế bào vi khuẩn tích điện âm, gây ra sự hấp thụ chitosan vào tế bào vi khuẩn Vì vậy, các thành phần nội bào có xu hướng bị phá vỡ, dẫn đến mất sự cân bằng và vi khuẩn bị tiêu diệt do tác động của Chitosan Hoặc sự tích tụ của Chitosan gây ức chế sự sinh trưởng và phát triển của các vi sinh vật khác Rezaei và cộng sự của ông đã tiến hành trộn hai chất kháng khuẩn là Chitosan và tinh dầu quế để chế tạo màng phân hủy sinh học có hiệu suất cao Màng hỗn hợp thu được không chỉ cho thấy hoạt động kháng khuẩn tăng cao, hiệu suất cao mà còn cho thấy chúng ái lực thấp với nước Ngoài ra chúng còn có đặc tính chống oxy hóa tốt nhờ các chất chiết xuất và hoạt tính kháng khuẩn chống lại các chủng vi sinh vật S aureus và Bacillus cereus [21]

5.1.6 Chất chiết xuất, dịch chiết có chiết xuất polyphenol Chiết xuất hạt nho (GFSE)

Các phương pháp sản xuất bao bì kháng vi sinh vật

Thông thường việc kết hợp các hoạt chất kháng vi sinh vật sẽ đi theo các con đường tích hợp đầu tiên là thêm gói/ miếng thấm có chứa các hoạt chất chống vi khuẩn vào bao gói thực phẩm, hay kết hợp các chất kháng khuẩn trực tiếp vào lớp mang polyme bao bọc thực phẩm, ứng dụng lớp phủ chống vi khuẩn lên bề mặt polyme, hoặc cố định chất chống vi khuẩn lên thành màng polyme bao gói bằng cách các liên kết ion hoặc cộng hóa trị, cuối cùng là sử dụng polyme kháng khuẩn có đặc tính tạo màng Người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp để kết hợp các hoạt chất trực tiếp vào không gian bên trong bao bì đóng gói, hoặc vào lớp màng bao bọc thực phẩm hoặc trực tiếp vào vật liệu bao gói thực phẩm Người ta sáng tạo ra lớp màng thực phẩm bằng phương pháp ép nén hoặc ép đùn màng dưới nhiệt độ và áp suất cao Đối với loại màng này, chỉ những hoạt chất bền nhiệt mới có thể phù hợp để sử dụng trong màng được tạo ra bằng phương pháp ép nén hoặc ép đùn vì vậy các hoạt chất như nisin và tinh dầu không khả thi, vì chúng không chịu được nhiệt độ cao Để hạn chế sự tác động của nhiệt độ đối với một số hoạt chất không chịu được nhiệt độ cao, người ta tạo ra màng phim kháng khuẩn bằng các phương pháp phủ bề mặt lớp phủ bề mặt trong phòng thí nghiệm Các chất kháng khuẩn được áp dụng trên bề mặt của màng thông qua kỹ thuật phủ không như kĩ thuật ép đùn hoặc ép nén, nó được phủ trực tiếp lên bề mặt Các màng được phủ chất chống vi khuẩn ở đây bao gồm nền màng đơn được phủ bằng lớp phủ chống vi khuẩn, hoặc các màng nhiều lớp có chứa một hoặc nhiều lớp phủ chống vi khuẩn Ba thành phần cơ bản đối với một màng phủ kháng khuẩn chính là chất nền của màng, các chất kháng khuẩn và phương pháp phủ được sử dụng sao cho phù hợp với đặc tính của vật liệu phủ Với các hoạt chất kháng khuẩn các phương pháp phủ có thể kể đến như: phủ dao, phủ thanh, phủ phun, phủ từng lớp…

Lớp phủ dao: còn được gọi là phủ trải hoặc phủ lưỡi, đây là một kỹ thuật phủ đơn giản sử dụng một công cụ như lưỡi dao để phủ vật liệu phủ lên bề mặt hoặc người ta có thể sử dụng máy rải.

Lớp phủ thanh : có kĩ thuật tương tự như lớp phủ dao, nó cũng đơn giản dễ thực hiện Nếu trong quá trình thực hiện có sự dư thừa của vật liệu phủ, và nó bị lắng đọng trên bề mặt phim thì nó sẽ được dàn trải bằng các công cụ như thanh hoặc que.Lượng vật liệu phủ được xác định bởi các khoảng trống được tạo ra giữa dây của thanh hoặc que và lớp màng. Lớp phủ phun: đây là một kỹ thuật phổ biến để lắng đọng dung dịch hoặc huyền phù của lớp phủ lên bề mặt Trong quá trình thực hiện, chất lỏng phủ được nguyên tử hóa tạo thành các giọt, sau đó hình thành lớp phủ do sự lắng đọng giọt trên bề mặt

Lớp phủ từng lớp gọi tắt là LBL là một kỹ thuật sơn phủ đơn giản và rẻ tiền để tạo ra các lớp phủ nhiều lớp trên bề mặt nền.Trong kĩ thuật này, các lớp xen kẽ có thể lắng đọng với nhau bằng nhiều tương tác yếu như tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, các tương tác kỵ nước, tương tác truyền điện tích, tương tác cation-lưỡng cực và các tương tác khác [36]. Lớp phủ nhúng là kỹ thuật phổ biến, mục đích để tạo ra các lớp phủ có bề mặt mỏng Trong quá trình thực hiện nền phim được nhúng vào bể chứa vật liệu phủ sau đó 1 thời gian , chất nền màng phim được kéo ra khỏi bể dung dịch và một lớp mỏng vật liệu phủ sẽ được hình thành trên lớp nền phim Sau đó các chất lỏng dư thừa sẽ được loại bỏ, các dung môi sẽ bay hơi, làm khô màng vừa được phủ vật liệu phủ.

6.2 Phương pháp cố định bề mặt

Ngoài các phương pháp phủ bề mặt, người ta còn sử dụng phương pháp cố định các hoạt chất kháng khuẩn lên bề mặt chất nền màng phim, đây được gọi là phương pháp cố định bề mặt Sự cố định bề mặt này có thể dẫn đến sự hình thành các liên kết cộng hóa trị giữa các phân tử của hoạt chất kháng khuẩn với bề mặt màng Do việc cố định các hoạt chất lên bề mặt nên lớp phủ có tương tác mạnh mẽ với chất nền màng,bền hơn, khả năng kháng khuẩn được duy trì Ngoài ra phương pháp cố định bề mặt còn có khả năng giảm thiểu sự ảnh hưởng của vật liệu phủ đến thực phẩm được bảo vệ bên trong lớp bao bì được sản xuất bằng phương pháp cố định bề mặt, do vậy không ảnh hưởng đến chất lượng, hương vị của thực phẩm cũng như sức khoẻ của người tiêu dùng Tuy nhiên để sử dụng phương pháp cố định bề mặt thì vật liệu phủ và lớp màng làm chất nền phải có những đặc điểm tính chất tương thích với nhau Một số loại màng phủ kháng khuẩn khác được sản xuất bằng phương pháp cố định bề mặt cần kể đến là màng PLA phủ lactoferrin, màng chitosan/PET phủ AgNPs và chitosan - màng PP tráng… 6.3 Phương pháp mở rộng điện quay/ phun điện

Phương pháp điện quay, phun điện là phương pháp sử dụng tiềm năng điện để tạo ra các sợi vật liệu phủ siêu mịn có đường kính từ micro đến nano, nó tạo ra các sợi nano có kích thước dài và tạo nên dòng chảy liên tục Trong kỹ thuật điện quay, dung dịch polyme chứa các hoạt chất kháng khuẩn được một thiết bị bơm bơm qua bộ phận spinneret, bên dưới là một bộ thu nối đất bên trong có chứa một lớp màng phim đóng vai trò làm chất nền Một nguồn điện cao áp được đặt giữa thiết bị bơm và bộ thu nối đất, nguồn điện này tạo phản lực, tạo nên dòng chảy các sợi liên tục phủ lên lớp nền Còn ở phương pháp phun điện đồng trục, kỹ thuật cũng tương tự như kỹ thuật điện quay trục đơn, nhưng dung dịch polyme có chứa các hoạt chất kháng khuẩn được bơm ra dưới dạng các giọt mịn , nhỏ, phun ra thành những giọt có kích thước rất nhỏ phủ đều lên bề mặt màng phim làm nền phủ Các kỹ thuật này có ưu điểm tạo nên lớp phủ mỏng, kích thước nhỏ, phủ đều, ổn định hơn so với các phương pháp phủ khác Phương pháp đồng trục dễ dàng xử lí, tiện lợi và phổ biến hơn so với phương pháp trục đơn

Hình 9: Phương pháp điện quay trục đơn và phương pháp phun điện đồng trục

6.4 Phương pháp lớp phủ cuộn ống đồng

Trong phương pháp này chủ yếu sử dụng những con lăn, các bộ phận chính gồm con lăn ống đồng và hai con lăn cho lớp màng phim đóng vai trò làm chất nền đi qua Có ba loại kỹ thuật phủ cuộn ống đồng phổ biến chính là kỹ thuật phủ cuộn ống đồng trực tiếp, ngược và phủ microgravure Trong kỹ thuật phủ Microgravure, con lăn ống đồng có kích thước nhỏ hơn các kỹ thuật còn lại, trên con lăn ống đồng được khắc những hoa văn đều nhau có tác dụng loại bỏ lớp chất phủ dư thừa, lấy một lượng dung dịch phủ vừa đủ sao cho dàn trải dung dịch trên bề mặt màng phim, ngoài ra còn có một bộ phận là dao kỹ thuật, bộ phận này sẽ giúp loại bỏ lớp dung dịch dư thừa Sau khi vật liệu phủ đã được phủ dung dịch phủ thì chúng sẽ được đưa tới buồng sấy dùng không khí nóng để làm bay hơi, loại bỏ lớp dung môi và các lượng dư khác sau đó chúng sẽ được thu lại ở con lăn thu cuộn Ưu điểm của phương pháp này sẽ giúp bề mặt lớp phủ mỏng, mịn, phủ đều hơn Do kích thước con lăn nhỏ nên bề mặt diện tích tiếp xúc lớn, bề mặt phủ sẽ được đều và lớp phủ mỏng mịn hơn [36].

Hình 10: Sản xuất lớp phủ kháng khuẩn bằng phương pháp lớp phủ cuộn ống đồng

Ứng dụng

Các loại thực phẩm khi tiếp xúc với các điều kiện môi trường, chẳng hạn như trong quá trình sau chế biến, phân phối và bảo quản thường sẽ dễ bị hư hỏng bởi sự nhiễm khuẩn của vi sinh vật Ngoài các phương pháp bảo quản truyền thống như chiên xào nấu nướng, gia nhiệt, không thể đảm bảo vừa tiêu diệt các loại bào tử vi khuẩn, vừa làm mất đi hương vị, trạng thái đặc trưng của sản phẩm và làm mất các giá trị dinh dưỡng của thực phẩm, vì vậy trong quy mô công nghiệp, người ta sáng tạo nghiên cứu ra các loại bao bì vừa bao bọc thực phẩm tránh lại tác động của môi trường, vừa hạn chế sự sinh trưởng và phát triển của các loại vi khuẩn gây hại cho sức khoẻ con người, vừa bảo quản được lâu dài, các trạng thái cấu trúc, mùi vị và hàm lượng chất dinh dưỡng không bị ảnh hưởng nhiều như các phương pháp gia nhiệt truyền thống nên bao bì thực phẩm được tích hợp các chất kháng khuẩn với hàm lượng thích hợp vừa an toàn, vừa tiện lợi mà không gây ảnh hưởng nhiều đến các trạng thái ban đầu của thực phẩm, các loại bao bì này ngày càng được ưa chuộng và sử dụng phổ biến hơn trong ngành công nghệ thực phẩm Các chủng vi sinh vật thường nhiễm vào thực phẩm như Campylobacter, Salmonella, Yersinia enterocolitica, Escherichia coli và Listeria monocytogenes Và người ta đã nghiên cứu ra rất nhiều các hợp chất có khả năng kháng khuẩn và các phương pháp tích hợp vào bao bì để kéo dài thời hạn sử dụng của chúng Bên cạnh đó các phương pháp tích hợp cũng ngày càng được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong quy trình sản xuất các loại bao bì có khả năng kháng khuẩn Việc sản xuất ra bao bì kháng khuẩn đem lại những lợi ích tuyệt vời cho con người, tối ưu hoá quá trình bảo quản thực phẩm và khiến quá trình này trở nên dễ dàng tiện lợi hơn rất nhiều [37].

Vật liệu bao gói có bổ sung các thành phần chức năng kháng oxy hóa

Các phương pháp sản xuất bao bì kháng oxy hóa

Bao bì thực phẩm đóng vai trò vô cùng quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm Nó giúp bảo quản thực phẩm được lâu, tăng thời gian sử dụng, tuổi thọ của sản phẩm, cũng như bảo toàn các giá trị dinh dưỡng , giá trị cảm quan ban đầu của sản phẩm.Trong đó không thể không kể đến các loại bao bì chức năng Chúng đóng góp một phần quan trọng trong sự phát triển của vật liệu bao gói, Bao bì chức năng đa dạng các loại vật liệu đóng gói, cũng như các hoạt chất được thêm vào bao bì như các chất kháng khuẩn, chất chống oxy hóa, chất hấp phụ kết hợp với các vật liệu nền khác nhau tạo nên những loại bao bì chức năng khác nhau, phù hợp cho nhiều dạng thực phẩm đặc trưng, đáp ứng được các mục đích bảo quản khác nhau.Các hoạt chất có khả năng kháng vi sinh vật, kháng nấm, kháng oxy hóa được thêm vào bao, gói hoặc bổ sung trực tiếp vào lớp màng bao bì đóng gói Các hoạt chất được thêm vào vật liệu đóng gói có thể có nguồn gốc từ tự nhiên như tinh dầu, bacteriocine, lyzosome, chitosan hoặc các hoạt chất được tổng hợp qua các con đường chuyển hóa hóa học như ethanol, propyl paraben, các ion kim loại và các nano có khả năng kháng khuẩn được bổ sung vào để hạn chế sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Về khả năng chống oxy hóa bổ sung các hơp chất có khả năng kháng oxy hóa vào để tạo nên một loại bao bì có khả năng chống lại tác động của môi trường cũng như quá trình oxy hóa các thành phần dinh dưỡng trong thực phẩm Ngoài ra để nâng cao hiệu quả của các loại bao bì chức năng, người ta còn dùng các phương pháp tích hợp, kết hợp nhiều hoạt chất với nhau để tăng hiệu quả kháng khuẩn, kháng oxy hóa cũng như tăng chức năng cho bao bì.So với việc sử dụng riêng lẻ từng hoạt chất thì việc tích hợp sẽ mang lại hiệu quả cao hơn Những loại bao bì tích hợp nhiều hoạt chất kháng khuẩn ngày càng được sử dụng nhiều trên thị trường ví dụ như màng phức hợp nano kết hợp với montmorillonite (MMT) của khoai lang được bổ sung tinh dầu cỏ xạ hương (TEO) được phát triển như một màng phức hợp nano phân hủy sinh học cho kết quả tích cực trong việc bảo quản thực phẩm Các phương pháp để bổ sung các hoạt chất kháng khuẩn, kháng oxy hóa vào trong các vật liệu bao gói ,hay các phương pháp kết hợp bổ sung hoạt chất vào các lớp vật liệu nền cũng rất đa dạng sử dụng nhiều phương pháp hiện đại, tối ưu của công nghệ như phương pháp