Bao bì thực phẩm đông lạnh

Bao bì thực phẩm đông lạnh

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC

BÁO CÁO BAO BÌ THỰC PHẨM

BAO BÌ LẠNH ĐÔNG

GVHD: PGS.TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO SVTH : HC07TP

áp dụng đối với mặt hàng xuất khẩu.

Bảo quản lạnh đông là phương pháp bảo quản ở nhiệt độ dưới nhiệt độ đôngđặc của nước trong thực phẩm, có kèm theo sự tạo thành tinh thể nước đá Nướctrong thực phẩm có dạng chất hòa tan và dạng keo

b) Một số thực phẩm lạnh đông chủ yếu:

- Thịt gia súc: thịt bò, thịt heo, thịt cừu…

- Thịt và trứng gia cầm: gà, vịt, ngỗng…

- Thủy hải sản: cá, tôm, sò, mực, nghêu, hến…

- Rau quả: rau diếp, spinach, cải bắp, dâu, khổ qua, vải,nhãn…

c) Điểm đông đặc của thực phẩm:

Điểm đông đặc của thực phẩm luôn nhỏ hơn điểm đông đặc của nước tinhkhiết (0 oC) do trong thực phẩm luôn có chứa những chất hòa tan Điểm đông đặcphụ thuộc vào nồng độ chất hòa tan và khối lượng phân tử chất hòa tan

Ngay cả ở nhiệt độ - 25 oC, chỉ có 90 – 95 % nước trong thực phẩm thực sựđóng băng Lượng nước này không bao gồm nước liên kết (nghĩa là nước liên kếthóa học với những phần tử đặc biệt như carbonyl, nhóm amino của protein và liênkết hydro) Vì vậy không bao giờ có điểm lạnh đông cố định

Tuy nhiên, phần lớn nước trong thực phẩm (khoảng 75 – 80 %) được đông kết

ở nhiệt độ -5 oC đến -1 oC Khoảng nhiệt độ này được gọi là điểm tới hạn hayvùng lạnh đông

Trong suốt quá trình lạnh đông, nước dần dần chuyển đổi thành nước đá, nồng

độ muối hữu cơ và vô cơ hòa tan tăng lên, điểm lạnh đông tiếp tục hạ thấp

d) Mục đích của quá trình lạnh đông:

Mục đích của quá trình lạnh đông là ngăn ngừa sự tăng trưởng và hoạt độngcủa những vi sinh vật và côn trùng trong thực phẩm, ngăn ngừa sự hoạt động củanhững enzyme, làm chậm các phản ứng hóa học và sinh hóa.

e) Cơ chế tác dụng của sự lạnh đông:

Vi sinh vật và côn trùng sẽ dần bị khô nguyên sinh chất do sự tăng áp suấtthẩm thấu của môi trường, do nồng độ chất hòa tan tăng dần trong quá trình lạnhđông và nước trong cơ thể vi sinh vật và côn trùng đông đặc chậm hơn nên nước

từ trong cơ thể chúng bị kéo ra ngoài

Sự tạo đá trong cơ thể vi sinh vật và côn trùng có thể phá vỡ tế bào của chúng

Sự thay đổi trạng thái phospholipid trong màng tế bào làm thay đổi khả năngvận chuyển qua màng tế bào

Sự suy giảm quá trình hô hấp ở những mô nhạy cảm của côn trùng, như là môthần kinh và cơ bắp làm ức chế sự phát triển của vi sinh vật và côn trùng

Sự thay đổi pH và hạ thấp nhiệt độ cũng như sự giảm hàm lượng các khí tự dotrong thực phẩm làm ức chế hoạt động của vi sinh vật và các enzyme, làm giảmtốc độ các phản ứng hóa học và sinh hóa

f) Sự thay đổi của thực phẩm trong quá trình lạnh đông:

Nhiệt độ thay đổi theo chiều hướng giảm dần đến dưới điểm đông đặc củanước Trong suốt giai đoạn đầu của quá trình làm lạnh, nhiệt độ giảm nhanh xuốngdưới điểm lạnh đông của nước (0 oC) Khi đó lượng nhiệt yêu cầu tách ra lớn tronggiai đoạn 2 để chuyển lượng lớn nước liên kết thành nước đá, sự thay đổi nhiệt độrất ít và giai đoạn này được gọi là giai đoạn ngưng nhiệt Có khoảng 3/4 nướcđược chuyển đổi tạo thành nước đá, nhiệt độ một lần nữa bắt đầu giảm và trongsuốt giai đoạn thứ 3 này hầu như lượng nước còn lại đóng băng Một lượng nhỏnhiệt đã được tách ra trong suốt giai đoạn 3 này

Sự kết tinh làm phá vỡ tế bào, mô thực phẩm Làm lạnh với tốc độ nhanh thìtinh thể tạo ra bé sẽ ít ảnh hưởng đến cấu trúc thực phẩm Hoạt độ nước aw củathực phẩm giảm do nước bị đông đá và nồng độ chất hòa tan tăng lên Hiện tượngmất nước nghiêm trọng được gọi là “cháy lạnh” pH thay đổi từ 0.3 – 2 đơn vị domột số ion H+ và OH- bị tách ra khỏi nước khi nước bị đông đặc Ngoài ra hàmlượng các khí tự do trong thực phẩm cũng giảm

Sản phẩm không bị bao bì ngăn cách với chất làm lạnh, tốc độ làm lạnh nhanhhơn.

Phương pháp lạnh đông nhanh (lạnh đông rời) IQF: Từng phần nhỏ riêng biệtcủa sản phẩm được tiếp xúc trực tiếp với chất làm lạnh

a) Lạnh đông dạng khí thổi (đông gió):

Không khí lạnh được thổi qua liên tục trên sản phẩm, tốc độ dòng không khíthổi là 5 – 15 m/s

Lạnh đông dạng khí thổi có tính linh hoạt với nhiều loại sản phẩm nhưngkhông hiệu quả do dòng khí thổi không đồng đều trên sản phẩm

b) Lạnh đông dạng đĩa hay lạnh đông tiếp xúc:

Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra ngang qua mặt trên và mặt dưới của đĩa, tácnhân nhiệt là chất lỏng làm lạnh Quá trình lạnh đông được hình thành nhờ sự tiếpxúc trực tiếp giữa đĩa kim loại và sản phẩm

Lạnh đông dạng đĩa kém linh hoạt hơn lạnh đông dùng khí thổi

c) Lạnh đông dạng phun hoặc ngâm vào dung dịch:

 Cấp đông dạng ngâm thẩm thấu:

Môi trường lạnh đông thường sử dụng là dung dịch muối NaCl, nhiệt độkhoảng - 15 oC, có điểm eutectic là -21,2 oC

 Cấp đông băng chuyền (Lạnh đông dạng phun):

Lạnh đông dạng phun cũng giống như lạnh đông dạng hỗn hợp trong ống sinhhàn, hơi lạnh được phun vào sản phẩm và nhiệt tách ra làm thay đổi trạng thái môitrường lạnh

Thông thường hay sử dụng tác nhân lạnh là CO hay N2 lỏng phun trên sảnphẩm Một số hệ thống sử dụng CO rắn (nước đá khô) đặt nằm dưới sản phẩm, sựthăng hoa của nước đá khô xảy ra ở nhiệt độ -78 oC, có thể làm lạnh đông xuống ítnhất -75 oC, quá trình lạnh đông xảy ra trong trường hợp này rất nhanh và sự mấtdịch sẽ giảm xuống ít hơn 1%

CO và N2 cũng có thể sử dụng trong phương pháp lạnh đông bằng khí thổi vớithiết bị lạnh đông dạng xoắn ốc

II Chức năng của bao bì thực phẩm lạnh đông

Bảo quản lạnh đông có thể kéo dài đáng kể thời hạn sử dụng thực phẩm, tuynhiên chất lượng của thực phẩm vẫn có thể bị giảm dần theo thời gian Hạn sử

dụng của sản phẩm thực phẩm đã được đóng gói phụ thuộc vào bản chất thựcphẩm, môi trường xung quanh và bao bì.

Việc chọn chất liệu bao bì và loại bao bì đúng có thể làm cho chất lượng thựcphẩm ít bị giảm sút nhất

Một trong những vấn đề xảy ra khi đông lạnh thực phẩm là độ ẩm của thựcphẩm giảm Bên cạnh đó là việc xuất hiện những tinh thể đá ở trong bao bì Khôngchỉ vậy một lượng nhỏ nước chưa bị đông là môi trường để xảy ra các phản ứngoxy hóa có hay không có enzyme Bao bì là 1 hàng rào để chống lại các tác haitrên Đó là lý do tại sao phải chọn chất liệu bao bì và loại bao bì dành cho thựcphẩm đông lạnh

Bao bì thực phẩm có 4 chức năng chính:

 Chứa đựng: Đảm bảo số lượng và chất lượng, tránh những sự hư hại

vật lý gây ra do bị nén khi xếp chồng hay va đập trong thời gian lưu kho và vậnchuyển Những gói thực phẩm đông lạnh ở dưới đáy có thể bị hư hại nhiều hơnnữa nếu các công ten nơ được thả trên một bề mặt cứng

- Tránh mất mát hương vị và sự hấp thụ hay thay đổi củanhững mùi vị khác lạ có thể xuất hiện khi thực phẩm chưa đóng gói màđem lạnh đông

- Để tránh sự khử nước gây ra bởi sự thấtthoát hơi nước qua thành bao bì hay những nếp hàn ghép mí của bao bì Độhao ẩm này loại nước khỏi bề mặt của thực phẩm đông lạnh Sự hao ẩmnghiêm trọng được gọi là “cháy lạnh” Sự thất thoát lớp nước trên bề mặt

có thể rất mỏng, nhưng có thể ảnh hưởng đến vẻ ngoài và chất lượng cuốicùng của sản phẩm

- Giới hạn sự oxy hóa do không khí thâmnhập vào bao bì Sự oxy hóa này được đẩy mạnh bởi những enzyme cótrong thực phẩm

hàm lượng chất béo cao Tốc độ oxy hóa có thể gia tăng dưới tác dụng củaánh sáng cũng như nhiệt độ Nhiệt độ và ánh sáng làm gia tăng hoạt tínhenzym và nhữn phản ứng hóa học, cũng như gia tăng sự hư hỏng thực phẩmbởi vi khuẩn

 Thông tin: Giới thiệu sản phẩm, thu hút người tiêu dùng.

 Tính thuận tiện: Phân phối, lưu kho, quản lý, tiêu dùng.

III Yêu cầu về vật liệu bao bì lạnh đông

Vật liệu bao bì lạnh đông phải đáp ứng được một số yêu cầu sau:

phẩm cho vào lò vi ba và những sản phẩm sẽ được đun sôi ngay trong baobì)

vị lạ

hơi nước và không khí

- Có thể cơ giới hóa, tự động hóa trong việc chếtạo và đóng gói

- Có thể trang trí lên bề mặt vật liệu

1 Plastic

Hình 1: CTHH một số loại plastic thường dùng

- to = 100 – 300 oC (to > 300oC sẽ gây thoái hóamạch polymer)

Có thể mang nhánh hoặc không Sự phát sinh mạch nhánh làm ngăn cản sựphát triển độ dài mạch chính Xác định mạch nhánh bằng phương pháp quang phổhồng ngoại Mạch chính hay mạch nhánh quá dài đều ngăn cản sự kết tinh hayđóng rắn hoàn toàn khối PE, ở giai đoạn làm nguội Các vùng có cấu trúc khôngđịnh hình thường ở giữa khối PE Các vùng có khả năng tạo cấu trúc kết tinh lànhững vùng chứa mạch polymer không quá dài

Màng PE khi bị chiếu xạ sẽ có biến đổi:

trong suốt cao hơn

Thấm khí, hương => Thực phẩm hấp thu mùi vị lạ, mất giá trị cảm quan.

Có thể pha thêm phụ gia vào PE: TiO2 (tạo độ đục), C (tạo màu đen ngăn chặnánh sáng thấy được), các tác nhân trượt, chất làm chậm cháy hoặc chất màu

b) Ethylene vinyl acetate (EVA):

EVA là copolymer đồng trùng hợp của ethylene và vinyl acetate, tỷ lệ phốitrộn có ảnh hưởng lớn đến tính chất EVA

Tỷ lệ vinyl acetate : ethylene trong EVA làm chất tạo màng khoảng 1 – 20 %:

- Các đặc tính được ổn định ở nhiệt độ thường

- Tính chất trượt thấp (hệ số ma sát cao) => Phảităng thêm chất phụ gia của tác nhân trượt để tạo độ láng bóng bề mặt

PVC

trúc

Hình 2: Màng PE

c) Polypropylene (PP):

Phương pháp trùng hợp PP từ cao su rắn hoặc từ dầu lỏng ở áp suất cao hiệuquả không cao: Xảy ra sự nối kết không trật tự cho ra 1 loại cao su hoặc 1 chất nhưdầu nhờn

Phương pháp trùng hợp của Natta với xúc tác lập thể đặc hiệu Ziegler trênmonomer propylene CH2=CH-CH3 dưới áp suất khoảng 100 at và nhiệt độ thấp:Trùng hợp được PP có trọng lượng phân tử cao với cấu trúc lập thể không nhánh.Xúc tác được tách khỏi PP bằng

dd HCl nồng độ thấp trong methyl

alcohol Sau đó PP được rửa sạch

bằng nước để tách acid, chưng cất

hơi nước để tách tạp chất dễ bay

hơi, làm khô, đùn ép và tạo viên

Cấu trúc không gian của PP

- To hàn = 140 oC => Khó hàn kín hơn PE

Tính chống thấm khí, hơi tốt, chống thấm chất béo tốt

Hình 4: Một số cấu trúc không gian khác của PP

Tính bền cơ cao, khá cứng vững, không mềm dẻo như PE, không bị kéo giãndài => Được chế tạo thành sợi, dệt thành bao bì đựng lương thực.

Khả năng in ấn cao, rõ nét

Hình 5: Bao bì PP đựng rau trái

d) Polyvinyl Chloride:

Trùng hợp từ các monomer vinyl chloride CHCl-CH2 (VCM), ở áp suất thấp

Có thể trùng hợp ở cả 2 vị trí đầu của nối đôi

Màng PVC được sản xuất theo phương pháp đùn ép và thổi thành màng quakhe

Tỷ trọng 1.4 g/cm3, cao hơn PE và PP => Tốn 1 lượng lớn PVC để có 1 diệntích màng cùng độ dày so với PE và PP

VCM ảnh hưởng thần kinh, gây ung thư => Lượng VCM trong sản phẩm PVCđược khống chế < 1 ppm (mức an toàn)

Giá thành thấp PVC hơn các polymer trùng hợp khác

Loại PVC đã được dẻo hóa bởi phụ gia sẽ bị biến tính cứng dòn sau 1 thời gian

=> Trong thực phẩm chỉ dùng loại PVC không dẻo hóa:

- Sản phẩm PVC không dẻo hóa thường bịgiảm màu và mất màu khi gia nhiệt đến gần nhiệt độ chế tạo => phải chothêm chất ổn định

=> Bao bì chứa thực phẩm có hàm lượng béo cao

biệt là clorofom và ketone

- Màng PVC có khuynh hướng đóng thànhkhối do tương tác tĩnh điện giữa chúng.

e) Polyvinylidene chloride (PVDC):

PVDC là copolymer trùng hợp từ monomer vinylidene chloride C(Cl)2 – CH2(VDC) và 1 loại monomer khác như vinyl chloride (VCM), methyl acrylate (MA),acrylonitrile (AN)

Được dùng phổ biến làm bao bì thực phẩm (khoảng 81 ngàn tấn/năm trên thếgiới)

PVDC/VCM trong suốt, mềm dẻo, bền cơ học, bám dính tốt, tính chống thấmkhí cao

Màng PET định hướng 2 chiều: tính trong suốt, tính bền cơ và mềm dẻo tăng.

Tỷ trọng; 1,4

Bền cơ: chịu được lực xé, lực va chạm, chịu mài mòn, độ cứng vững cao.Trơ với môi trường thực phẩm

Trong suốt

Không bị hư hỏng bởi dung môi hữu cơ

Chống thấm khí CO2 và O2 tốt hơn polyelefin, chống thấm dầu mỡ tốt

Tính chịu nhiệt:

đổi, ở 66 – 100 oC tính chống thấm khí hơi không đổi nhưng ở t mềm dẻo ≥ 70

 PET vô định hình: Tương tự PET đã định hướng.

g) Polystyrene (PS):

Trùng hợp từ styrene C6H5-CH=CH2 với xúc tác khởi đầu của 1 peroxide ở ápsuất thấp trong khoảng nhiệt độ 105 – 190 oC PS là polymer vô định hình, phân tửlượng từ 40000 – 220000

 HIPS: copolymer giữa styrene và cao su được cải thiện tính bền cơ, giảm độ

trong suốt, giá thành tăng cao, có thể đùn ép với các polymer khác để tạo vậtliệu ghép nhiều lớp dạng màng hay tấm để tăng tính cứng vững

 EPS: trộn hexane hoặc khí N2 vào PS ở trạng thái nhũ tương, rồi gia nhiệt,đùn ép thành bao bì PS foam có tính xốp, ko cứng giòn, có thể có phụ gia TiO2cản quang, tỷ trọng rất thấp => bao bì thực phẩm sử dụng trong 24h hoặc ănliền, vật liệu chêm ló

h) Polyamide (PA, Nylon):

Trùng ngưng từ 1 loại acid hữu cơ và 1 amine

- To > 100 oC : bị biến dạng do giãn nở nhiệt

=> Chịu được To thanh trùng 100oC trong thời gian ngắn

tốt, có thể hàn ghép mí nylon bằng phương pháp hàn cao tần

Trong, hơi mờ đục như LDPE

Tính bền cơ lý cao: chịu va chạm, chống trầy xước, mài mòn, xé rách, thủngbao bì

Tính chống thấm khí, hơi tốt, có thể giảm 3 lần khi nylon hút ẩm tối đa =>Làm bao bì hút chân không hoặc ngăn cản sự thấm khí, hay thoát hương

Tính chống thấm nước kém, ảnh hưởng đến tính bền cơ lý => Sấy khô nylon.Không bị tác động của acid yếu, kiềm yếu nhưng bị hư hỏng với acid và kiềmnồng độ cao

Không bị hư hỏng bởi chất béo, tính chống thấm béo cao

Không có tính cứng vững => Chỉ làm bao bì dạng màng, túi

Khả năng in ấn tốt, không cần xử lý bề mặt trước khi in

Nylon 6 và nylon 6,6: PA bán kết tinh

Hình 13: Màng nylon bọc thịt lạnh đông

 Nylon 6: Trùng ngưng từ caprolactam ở 225 oC Bền nhiệt,

vẫn giữ tính mềm dẻo khi gia nhiệt > 100 oC, dễ hàn dán nhiệt và tạo màng đúcbằng phương pháp đùn ép với các loại nhựa nhiệt dẻo khác => sử dụng phổbiến nhất dù tính quang học và cơ học kém so với nylon 6,6

 Nylon 6,6: Trùng ngưng từ hexamethylene diamine và acid

adipic ở 260 oC

 BON (Nylon 6 định hướng 2 chiều): Tăng độ trong suốt,

độ bóng láng bề mặt, tăng khả năng chống thấm khí, hơi, tăng tính bền cơ vềkhả năng chống xé rách, đâm thủng, mài mòn

2 Giấy và bìa

a) Giới thiệu:

Giấy và bìa thường được sử dụng làm bao bì thực phẩm lạnh đông Giấy cũng

có thể sử dụng như một bề mặt để in ấn Bìa hay bìa cứng được sử dụng để sảnxuất bìa carton gợn sóng và cứng chắc, thường không để tiếp xúc trực tiếp với sảnphẩm Bìa cứng gợn sóng thường được sử dụng làm bao bì ngoài, phục vụ chuyênchở… Những tấm bìa gợn sóng có cấu trúc từ 2-3 lớp có độ cứng vững thườngdược sử dụng trong công nghiệp thực phẩm lạnh đông để ổn định các vị trí trênpallet hoặc để có khả năng chịu tải trọng cao

Giấy và bìa có thể kết hợp với một số vật liệu khác (sáp, PE…) để làm bao bì

có thể chịu được nhiệt độ trong lò viba

Hình 14: Cấu trúc 1, 2 và 3 lớp của bìa gợn sóng

b) Tính chất:

 Tính chất lớp bao bì chắn:

Khí có thể thoát ra qua lớp bao bì giấy hoặc bìa cứng Để khắc phục tình trạngnày, người ta có thể két hợp bao bì giấy với chất dẻo (ví dụ: polyethylen) hay phủlên một loại vât liệu khác (ví dụ: sáp hay đất sét)

Giấy đã được phủ một lớp vật liệu khác có khả năng chống thoát khí và hơi ẩmtốt hơn

 Khả năng hút ẩm lên bề mặt:

Giấy là một loại vật liệu dễ dàng hút ẩm Sự hút ẩm phụ thuộc vào độ ẩm banđầu của thực phẩm và độ ẩm tương đối của môi trường trong kho

 Tính chất cách điện: