Bài giảng bao bì sản phẩm: Chương 2 - Yêu cầu, đặc tính và hệ thống đóng gói thực phẩm

Cả hai yếu tố thành phần và môi trường đều ảnh hưởng đến tính thấm. Các yếu tố thành phần bao gồm kích thước và hình dạng chất thấm, hình thái polyme, chất phụ gia polyme và tương tác giữa chất thấm-polyme.

Food Packaging Requirements, properties, & systems

Nội dung

1 Yêu Cầu Vật Liệu Bao Bì

2 Các Đặc Tính Vật Liệu Bao Bì

3 Hệ thống đóng gói

1 Yêu Cầu Vật Liệu Bao Bì

2 Bảo vệ (bảo quản)

3 Tiện lợi (cảm quan, dễ

thực hiện)

4 Giao tiếp (thông tin)

o Phân tích đặc điểm chất

lượng hình bên Hình 1. Fig.1 Quality characteristics to be preserved in food packaging

Source: González-López ME et al., 2023

Đặc tính chính của vật liệu bao gói

Fig 2 Main characteristics of food packaging materials Source: González-López ME et al., 2023

2 Các Đặc Tính Vật Liệu Bao Bì

2.1 Tính chất cơ học (Mechanical Properties)

Tính chất cơ học là khả năng bảo vệ vật chứa bên trong trước các lực tác động bên ngoài Trong công nghệ đóng gói, tính chất cơ học cần được xem xét và đánh giá ở cấp độ vật liệu đóng gói, từ bao bì rỗng, bao bì - sản phẩm đến bao bì bên ngoài

 Kim loại: Độ bền cơ học (mechanical strength) của 1 cái lon phụ thuộc vào kích thước,

cấu trúc của lon và độ dày của tấm kim loại Ở độ dày bằng nhau, lon có đường kính nhỏ hơn sẽ bền hơn về mặt cơ học Thông thường, các thành bên của lon có thể được đính cườm để tăng độ bền cơ học

 Thuỷ tinh: Do có cấu trúc vô định hình (amorphous structure) nên thủy tinh dễ vỡ và

thường bị vỡ do ứng suất kéo (tensile stress) áp dụng Thiết kế phù hợp có độ bền cơ học cao Trọng lượng liên quan đến độ bền cơ học của thuỷ tinh

 Giấy: phụ thuộc vào độ ẩm, vì nó dễ hút ẩm Độ bền và tính chất cơ học của giấy phụ

thuộc vào xử lý cơ học của sợi fibers và việc đưa vào chất độn và vật liệu kết dính

 Nhựa: 04 đặc tính thường được xem xét cùng nhau: độ bền kéo và năng suất (tensile

and yield strength), độ giãn dài và Môđun Young (elongation and Young’s modulus) vì chúng có thể đo cùng một thiết bị

2.2 Tính chất quang học (Optical Properties)

• Ảnh hưởng tới diện mạo và tính hấp dẫn sản phẩm

• Độ trong suốt với ánh sáng đặc biệt quan trọng trong

trường hợp bao bì thủy tinh và màng polyme

• Nhiều phản ứng phân hủy được xúc tác bởi ánh sáng nói chung và tia cực tím nói riêng (oxy hóa lipid, tạo ra mùi

vị lạ, đổi màu và phá hủy các thành phần dinh dưỡng

quan trọng như riboflavin, beta-carotene, axit ascorbic và một số axit amin nhất định)

• Bao bì trong suốt cho phép người tiêu dùng nhìn sản

phẩm qua bao bì và đánh giá chất lượng qua hình thức bên ngoài (thịt tươi đóng gói, thịt gia cầm, trái cây và rau quả, bánh kẹo, bánh kẹo, đồ nướng và thực phẩm bảo quản nhiệt trong lọ thủy tinh, ví dụ: trái cây ngâm trong xi-rô, thực phẩm căng dành cho trẻ sơ sinh, v.v.)

• Có thể đạt được sự thỏa hiệp nhất định giữa khả năng bảo vệ khỏi ánh sáng và độ trong suốt bằng cách sử dụng nhựa hoặc thủy tinh màu

2.3 Tính chất rào cản (Barrier Properties)

Thủy tinh và kim loại thực tế không

thấm khí và hơi, vì vậy chúng tạo ra

một rào cản hiệu quả chống lại sự trao đổi vật chất giữa không khí bên trong bao bì và môi trường bên ngoài

Polyme và giấy có khả năng thấm

khí và hơi ở nhiều mức độ khác nhau

và đặc tính rào cản của chúng chắc

chắn là tiêu chí chính để đánh giá tính phù hợp của chúng để dùng làm vật

liệu đóng gói trong một ứng dụng nhất định

Khí và hơi có thể xuyên qua bao bì

2.4 Tính thấm (Permeability)

• Cả hai yếu tố thành phần và môi trường đều ảnh hưởng đến tính thấm Các yếu tố thành phần bao gồm kích thước và hình dạng chất thấm, hình thái polyme, chất phụ gia polyme và tương tác giữa

chất thấm-polyme

• Yếu tố môi trường quan trọng là nhiệt độ, ảnh hưởng đến cả hệ số hòa tan và hệ số khuếch tán

• Độ dày vật liệu ảnh hưởng đến tính thấm/cản khí, ẩm (dựa vào tính kinh tế và các yếu tốt khác, lớp mỏng bao bì được chọn)

2.5 Đặc tính phản ứng hoá học - Chemical reactivity

• Trong số tất cả các vật liệu đóng

gói, chỉ có thủy tinh được coi là

trơ về mặt thực tế Hầu như tất

• Hai trong số các tương tác

thường được quan tâm hơn: (1) sự ăn

mòn của tấm thiếc và (2) sự di

chuyển của các chất hóa học từ

bao bì sang thực phẩm

• Về mặt cấu tạo, tấm thiếc có thể được coi là

bao gồm ba lớp: đế thép, lớp phủ thiếc và

giữa hai lớp là một lớp hợp kim Fe-Sn

• Lớp phủ thiếc không hoàn hảo Các vết

 Thực phẩm có tính axit cao (ví dụ: bưởi,

chanh, dứa, nước ép cà chua và nước cô

đặc);

 Tấm thiếc có lớp phủ thiếc không đủ

và/hoặc xốp;

 Thực phẩm có chứa chất khử có cực như

sắc tố anthocyanin (trái cây màu đỏ);

 Lon chưa được khử khí đủ hoặc có

khoảng trống quá lớn

• Sự ăn mòn bên trong của tấm thiếc có thể

được giảm thiểu một cách hiệu quả bằng

cách phủ lớp tráng men lên tấm thiếc

2.5.1 Ăn mòn tấm thiếc - Corrosion of tinplate

Figure 1 Schematic structure (not to scale) of (a) tinplate and (b) ECCS showing the main

functional layers

Source: Neal K Van Alfen 2014.

(Giải thích: hoá nâu liên quan hydrogen, vitamin C, sulfur dioxide?)

• Các chất được quan tâm là các

diện của nó trong thực phẩm bị

phản đối là monome acrylonitril

• Các chất phụ gia chế biến có thể

di chuyển vào thực phẩm chủ yếu

là chất làm dẻo, chất chống oxy

hóa và dư lượng dung môi

2.5.2 Di chuyển hóa chất - Migration of chemicals

3 Hệ thống đóng gói - Packaging Systems

• Bầu không khí xung quanh thực

phẩm trong bao bì có ảnh hưởng sâu sắc đến thời hạn sử dụng của sản phẩm

• Các kỹ thuật chính sử dụng khí

quyển trong bao bì để cải thiện tác dụng bảo quản của bao bì là đóng gói chân không, đóng gói khí quyển được kiểm soát (CAP), đóng gói khí quyển biến đổi

(MAP) và cái gọi là bao bì hoạt động, thông minh

• Trong phần lớn các trường hợp,

những kỹ thuật này là những

“rào cản” bổ sung trong các quy trình bảo quản kết hợp việc hạ nhiệt và phụ gia

3.1 Bao gói điều kiện khí quyển bình thường

3.2 Bao gói chân không -Vacuum packaging

• Đóng gói chân không là một kỹ

thuật cũ và phổ biến, được áp

dụng cho nhiều loại thực phẩm

Mục tiêu chính của nó là ngăn

chặn các phản ứng oxy hóa như

oxy hóa lipid, mất một số vitamin, oxy hóa hóa nâu, mất sắc tố, v.v

• Chân không cũng ngăn ngừa sự

hư hỏng của các vi sinh vật hiếu

khí và đặc biệt là nấm mốc Thịt

tươi được đóng gói trong chân

không có thể có thời hạn sử dụng vài tuần trong tủ lạnh

• Đóng gói chân không mang lại

những lợi ích bổ sung, chẳng hạn như giảm thể tích và cải thiện độ cứng của gói linh hoạt và cải thiện khả năng truyền nhiệt

3.3 Bao gói với không khí được kiểm soát (CAP) - Controlled atmosphere packaging (CAP)

• CAP thực chất là việc không

khí được kiểm soát trong bao

hiện được nếu sản phẩm

không có hoạt động hô hấp

hoặc vi sinh vật và trơ với các

khí trong khí quyển bên trong

bao bì và không có sự trao

đổi khí xuyên suốt vật liệu

đóng gói Vì những điều kiện

này khó đáp ứng nên trong

hầu hết các trường hợp, CAP

trở nên giống hệt MAP

3.4 Bao gói với không khí biến đổi - Modified Atmosphere Packaging, MAP

• MAP được ứng dụng rộng rãi và thành công bảo quản nhiều

loại thực phẩm

• Sự biến đổi của khí quyển có thể đạt được một cách chủ

động hoặc một cách thụ động Chủ động là thay thế không

khí bằng một hỗn hợp khí mong muốn Thụ động xảy ra do

kết quả của quá trình biến đổi của thực phẩm như hô hấp

và/hoặc quá trình trao đổi chất của vi sinh vật liên quan đến

thực phẩm;

• MAP luôn được sử dụng cùng với nhiệt độ lạnh (1°- 7°C), làm

tăng hiệu quả bảo quản

• Có 1 vài định nghĩa tồn tại về MAP:

- MAP được định nghĩa là trong thành phần của nó khác với

thành phần khí quyển bình thường Định nghĩa này có thể

bao gồm VP & CAP

- Một định nghĩa khác phù hợp hơn cho MAP là “bao bì thực

phẩm trong môi trường mà thành phần của nó được thay

đổi liên tục, theo đặc tính mong muốn”

• Thành phần bình thường của không khí theo thể tích là

78,08% nitơ, 20,95% oxy, 0,93% argon, 0,03% carbon

dioxide và dấu vết của 9 loại khí khác ở nồng độ rất thấp

Ba loại khí chính được sử dụng trong MAP là O2, CO2 và N2,

đơn lẻ hoặc kết hợp

3.5 Bao gói vô trùng Asceptic - Aseptic Packaging

• Aseptic packaging (Bao bì vô trùng) là việc đổ đầy

vật chứa vô trùng bằng sản phẩm vô trùng trong điều

kiện vô trùng, và sau đó hàn kín các vật chứa để ngăn

ngừa tái nhiễm; nghĩa là chúng được bịt kín

• Thuật ngữ “aseptic” ngụ ý sự vắng mặt hoặc loại trừ

bất kỳ vi sinh vật không mong muốn nào khỏi thực

phẩm, hộp đựng hoặc các khu vực cụ thể khác

• Trong khi thuật ngữ “hermetic” (kín khít nghiêm

ngặt) được sử dụng để chỉ tính chất cơ học phù hợp để

loại trừ lối vào của vi sinh vật vào trong bao bì và đưa

khí hoặc hơi nước vào gói

• Thuật ngữ “commercially sterile” (vô trùng thương

mại) nói chung là được hiểu là sự vắng mặt của các vi

sinh vật có khả năng sinh sản trong thực phẩm trong

điều kiện không được làm lạnh, bảo quản và phân

phối, do đó ngụ ý rằng không cần thiết phải đạt được

sự vắng mặt tuyệt đối của tất cả các vi sinh vật

Ba lý do chính cho việc sử dụng bao bì

vô trùng aseptic là (1) tận dụng các quy trình khử trùng ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn

(HTST), có hiệu quả về nhiệt và thường tạo ra các sản phẩm có chất lượng vượt trội so vớinhững loại được xử lý ở nhiệt

độ thấp hơn trong thời gian dài hơn, (2) cho phép sử dụng loại bao gói mà không phù hợp để đóng gói khử trùng ở dạng in-package sterilization và

(3) kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm tại khi bảo quản ở nhiệt độ thường

Figure 5 Typical structure of a paperboard laminate carton for aseptic filling

Source: Neal K Van Alfen 2014.

3.6 Bao gói chủ động - Active Packaging

• Bao bì chủ động là bao

bì trong đó các thành

phần phụ đã được cố ý

đưa vào hoặc trên vật

liệu đóng gói hoặc

khoảng trống phía trên

bao bì để nâng cao

hiệu quả hoạt độngcủa

hệ thống gói

• Hai từ khóa là có chủ ý

và nâng cao Hàm ý

trong định nghĩa này là

hiệu quả hoạt động của

3.7 Bao gói thông minh - Intelligent Packaging

• Bao bì thông minh được định nghĩa là bao bì

chứa chỉ báo bên ngoài hoặc bên trong để

cung cấp thông tin về lịch sử của gói hàng và/

hoặc chất lượng của gói hàng.thức ăn

• Từ khóa trong định nghĩa này là 'chỉ báo' và

bao gồm các chỉ báo về khí, độ chín và nhiệt

độ bao gồm cảm biến nhận dạng tần số vô

tuyến (RFID) chứ không phải thẻ hoặc nhãn

RFID vì các nhãn này không cho biết lịch sử

của gói hàng hoặc chất lượng của thực phẩm

mà chỉ đơn thuần là vị trí của nó

• Tóm lại, bao bì thông minh cảm nhận được

một số đặc tính của thực phẩm mà nó bao

quanh hoặc môi trường lưu giữ bao bì và có

thể thông báo cho nhà sản xuất, nhà bán lẻ

hoặc người tiêu dùng về trạng thái của các

đặc tính này

• Quality or freshness indicators

• Time–temperature indicators (TTIs)

• To date, most RFID tags have been used to increase convenience and efficiency in supply chain management and traceability, and are normally applied to secondary or tertiary packaging

A VitsabCheckPoint TTI label based on substrate hydrolysis catalyzed by an enzyme ( https://vitsab.com/index.php/tti-label/

Source: Jia-Wei Han et al., 2018

Figure 4–Radiofrequency identification technology

Jia-Wei Han et al., 2018

Figure 5–Schematic diagram for active food packaging systems

Jia-Wei Han et al., 2018

Ref

González-López ME, Calva-Estrada SdJ, Gradilla-Hernández MS and Barajas-Álvarez P (2023) Current trends in

biopolymers for food packaging: a review Front Sustain Food Syst 7:1225371 doi:

10.3389/fsufs.2023.1225371

Neal K Van Alfen 2014 Encyclopedia of Agriculture and Food Systems, Volume 3, Food Packaging by

Jia-Wei Han , Luis Ruiz-Garcia, Jian-Ping Qian, and Xin-Ting Yang 2018 Food Packaging: A Comprehensive Review and Future Trends Institute of Food Technologists®, doi: 10.1111/1541-4337.12343