Sử dụng kĩ thuật áp suất cao

Sử dụng kĩ thuật áp suất cao

Chương Kỹ thuật áp suất cao 2.2 SỬ DỤNG KỸ THUẬT ÁP SUẤT CAO TRONG CHẾ BIẾN TỐI THIỂU [6, 7, 12, 13, 14, 15] 2.2.1 Khái niệm Kỹ thuật áp suất cao (high pressure processing – HPP) kỹ thuật chế biến tối thiểu thực phẩm, đó, thực phẩm đặt áp suất cao, kết hợp với nhiệt độ không, nhằm mục đích tiêu diệt vi sinh vật nhằm thay đổi đặc tính thực phẩm Kỹ thuật giữ chất lượng thực phẩm, giữ trạng thái tươi ngon tự nhiên đồng thời kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm Kỹ thuật áp suất cao kỹ thuật không sử dụng nhiệt (non-thermal processing), chí áp suất tăng nhiệt độ tăng Nó áp dụng thực phẩm kỷ 20 Hite(1899) người nỗ lực nghiên cứu để kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm xử lý áp suất cao Nhưng phải đến năm1990 kỹ thuật áp dụng công nghiệp Nhật Bản (Hayashi 1989) cho việc trùng thực phẩm acid để bảo quản lạnh Mặc dù có nhiều nghiên cứu kỹ thuật áp suất cao Châu u, Mỹ phát triển công nghiệp chậm Nhật, nguyên nhân chủ yếu vốn đầu tư lớn 2.2.2 Ưu, nhược điểm kỹ thuật áp suất cao Ưu điểm - Tiêu diệt tế bào sinh dưỡng vi sinh vật, tiêu diệt bào tử kết hợp với nhiệt độ cao - Vô hoạt enzyme - Không gây độc - Đảm bảo đồng xử lý toàn khối sản phẩm - Nếu dùng phương pháp giảm hay không dùng chất bảo quản Nhược điểm - Vẫn tồn vi sinh vật - Thiết bị đắt tiền - Yêu cầu thực phẩm phải chứa khoảng 40% nước tự để đảm bảo hiệu tiêu diệt vi sinh vật - Giới hạn việc lựa chọn bao bì cho sản phẩm 2.2.3 Cơ chế tác dụng kỹ thuật áp suất cao (Knorr & Earnshaw, 1995) Sử dụng áp suất cao thực phẩm với khoảng áp suất từ 300MPa-800MPa, có tác dụng vô hoạt vi sinh vật enzym mà không phá huỷ màu sắc, mùi vị, thành phần dinh dưỡng thực phẩm so với kỹ thuật xử lý nhiệt thông thường SV: Võ Thị Thu Hằng 20 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt Chương Kỹ thuật áp suất cao Cơ chế tác động lên tế bào sinh dưỡng vi sinh vật:  Gây biến tính protein  Tác dụng lên màng tế bào, làm thay đổi cấu trúc màng, gây rối loạn trao đổi chất tế bào  Ảnh hưởng có hại lên vật chất di truyền acid ribonucleic (RNA), acid nucleic, ribosome…làm biến đổi cấu trúc chúng gây cản trở trình tổng hợp protein, trình chép vật chất di truyền Cơ chế tác động lên bào tử:  Đối với bào tử vi sinh vật, áp suất cao tác động theo chế bao gồm giai đoạn:  Giai đoạn 1: Bào tử tác dụng áp suất cao kích thích hoạt động nảy mầm  Giai đoạn 2: Sau nảy mầm, khả nhạy cảm với áp suất tăng, bào tử bị áp suất cao tiêu diệt Cơ chế tác động lên enzyme:  Enzyme có chất protein, tác dụng áp suất cao, protein bị biến tính, gây vô hoạt enzyme  Các enzyme có cấu trúc bậc bị ảnh hưởng từ áp suất cao (Hereman, 1993) Enzyme có cấu trúc bậc nhạy cảm với áp suất liên kết chủ yếu cấu trúc liên kết hydro Enzyme có cấu trúc bậc bậc bền vững bậc bị phá vỡ suốt trình xử lý 2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu tác động lên vi sinh vật kỹ thuật áp suất cao: (Hendrickx et al., 1998)  Số lượng vi sinh vật ban đầu: p suất tác động cao thời gian tác động dài số lượng vi sinh vật ban đầu thực phẩm lớn  Thành phần vi sinh vật: ♦ Nếu có vi sinh vật có khả sinh bào tử bào tử sinh có khả kháng áp suất cao Ví dụ như: sử dụng áp suất cao tới 1200MPa không đủ khả tiêu diệt bào tử Bacillus subtilis Clostridium botulinum ♦ Vi khuẩn Gram (+) có khả kháng áp suất mạnh vi khuẩn Gram (-) ♦ Nấm men nấm mốc có khả chịu tác động áp suất tốt vi khuẩn  Loại enzyme: loại enzyme có khả kháng áp suất khác Có thể xếp khả kháng áp suất theo chiều tăng dần vài loại enzyme điển SV: Võ Thị Thu Hằng 21 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt Chương Kỹ thuật áp suất cao sau: Lypoxygenase < Lactoperoxidase < Pectinmethylesterase < Lipase < Phosphatase < Catalase < Polyphenoloxydase < Peroxidase  Thời gian xử lý: phải đủ dài để tiêu diệt vi sinh vật có khả kháng áp suất cao  pH thực phẩm: pH thấp hiệu tác động áp suất cao lên vi sinh vật cao pH thấp làm giảm tính kháng áp suất chúng  Chất chống vi sinh vật: kết hợp xử lý thực phẩm áp suất cao sử dụng chất chống vi sinh vật Nisin, Acid sorbic, Ethylenediamintetraacetic acid (EDTA)… hiệu ức chế, tiêu diệt vi sinh vật tăng cao  Nhiệt độ xử lý: nhiệt độ xử lý cao khả ức chế, tiêu diệt vi sinh vật tăng  Để tăng hiệu tác động, người ta thường sử dụng kỹ thuật áp suất cao kết hợp với yếu tố khác chế độ xử lý nhiệt nhẹ nhàng, độ acid môi trường thấp hay có bổ sung chất chống vi sinh vật phép sử dụng Bảng 2.2: Xử lý áp suất số vi sinh vật, enzyme hợp chất cao phân tử (Thomas Ohlson, 2002) Vi sinh vật vật chất G (-) G (+) Nấm men Vi khuẩn sinh bào tử Enzyme Protein Tinh bột Polysaccharide SV: Võ Thị Thu Hằng Ví dụ AÙp suaát (MPa) Pseudomonas, Samolnella, Yersinia Micrococcus, Staphylococcus Saccharomyces, Candida 300 600 400 Bacillus, Clostridium 900 (90oC) Peroxydase, cellulase, peptidase, pectinmethylesterase Polyphenoloxidase Đông tụ Hồ hoá Gel hoá 22 400-500 700-1000 400 400-600 600 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt Chương Kỹ thuật áp suất cao Bảng 2.3: Một số ứng dụng kỹ thuật áp suất cao, (Campden New technology bulletin, No 14) Sản phẩm Mứt, trái dressing, Nhà sản xuất Meidi-ya company, xốt, jelly Nhật Bản Nước ép nho Pokka corp., Nhật Bản Trái không lạnh Điều kiện xử lý 400MPa, 10-30 phút, 20oC 120-400MPa, 2-20 phút, Nishin oil Mill, Nhật đông Thịt bò giần mềm Trái lê tàu Nước ép cam 20oC + xử lý nhiệt 50-200MPa Bản Fuji ciku Mutterham, 50-100MPa, 30-40 phút, Nhật Bản Avomex, Mỹ UltiFruit, Pháp 20oC 700MPa, 600-800 L/h 500MPa, 5-10 phút 2.2.5 Thiết bị áp suất cao sản xuất thực phẩm Mặc dù kỹ thuật áp suất cao có chi phí đầu tư lớn kỹ thuật chế biến thông thường khác việc sử dụng đem lại hội cho công nghiệp thực phẩm đáp ứng yêu cầu người tiêu dùng sản phẩm tiện lợi, chất lượng cao, an toàn Có hệ thống xử lý thực phẩm áp suất cao hệ thống gián đoạn hệ thống bán liên tục Cấu tạo: Thiết bị áp suất cao bao gồm thành phần là: - Ống áp lực vỏ ống - Hệ thống tạo áp lực - Thiết bị kiểm soát nhiệt độ - Hê thống điều khiển nguyên liệu Hầu hết ống áp lực làm từ vật liệu thép không rỉ có ứng suất lớn, chịu áp suất 400-600MPa Đối với trường hợp áp suất cao hơn, ống áp lực chế tạo gồm nhiều lớp nén ép lại với (Mertens,1995) Nguyên lý hoạt động: Thực phẩm bao gói đặt ống áp lực Sau tất không khí loại bỏ khỏi ống áp lực môi trường tạo áp lực (nước dầu) bơm từ phận chứa vào ống áp lực dùng phận khuếch đại áp lực đạt áp suất mong muốn Bộ phận khuếch đại áp lực thường sử dụng bơm áp lực cao SV: Võ Thị Thu Hằng 23 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt Chương Kỹ thuật áp suất cao Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý hoạt động kỹ thuật áp suất cao [7] Có thể kiểm soát nhiệt độ thiết bị cách bơm môi trường nóng lạnh qua lớp vỏ áo bao quanh ống áp lực Cách đáp ứng yêu cầu để trì nhiệt độ không đổi Tuy nhiên, cần thiết phải điều chỉnh thay đổi nhiệt độ, quán tính nhiệt ống lớn vùng trao đổi nhiệt tương đối nhỏ nên cách vận hành kiểm soát nhiệt độ đáp ứng chậm Trong trường hợp này, việc sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt bên ống áp lực phù hợp Một hệ thống xử lý áp suất cao thương mại hoá Nhật Bản hệ thống xử lý nước ép trái bán liên tục suất 4000-6000l/h áp suất 400-500MPa 1-5 phút, nhiệt độ phòng hình vẽ sau: SV: Võ Thị Thu Hằng 24 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt Chương Kỹ thuật áp suất cao Hình 2.8 : Thiết bị áp suất cao Nhật Bản Hình 2.9: Dây chuyền làm việc nhà máy sản xuất nước ép trái sử dụng kỹ thuật áp suất cao SV: Võ Thị Thu Hằng 25 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt Chương Kỹ thuật áp suất cao Có phương pháp xử lý thực phẩm cách sử dụng áp lực cao xử lý thực phẩm bao bì bao bì Thể tích thực phẩm giảm nhanh tác dụng áp suất cao Ví dụ nước giảm 15% thể tích áp suất 600MPa Vì vậy, xử lý thực phẩm bao bì áp suất cao cần ý đến tượng bao bì bị bóp méo, biến dạng Những bao bì plactic kim loại thích hợp nghiên cứu loại bao bì tối ưu tiếp tục Đối với phương pháp xử lý áp suất bao bì cần phải có thiết bị tự động để đưa nguyên liệu vào lấy sản phẩm Còn phương pháp xử lý áp suất bao bì đơn giản hơn, việc nhập nguyên liệu vào cần dùng bơm, đường ống, van Ưu nhược điểm phương pháp xử lý bao bì bao bì so sánh bảng sau: Bảng 2.4: So sánh phương pháp xử lý thực phẩm áp suất cao, [7] Xử lý bao bì Xử lý bao bì Ưu điểm: p dụng cho tất thực phẩm dạng rắn lỏng Tối thiểu nguy tái nhiễm Dễ làm Điều khiển nguyên liệu đơn giản Linh động việc chọn nguyên liệu Hiệu cao >90% Nhược điểm Điều khiển nguyên liệu phức tạp Chỉ thích hợp cho thực phẩm dễ bơm Các bồn chứa, phận vận hành cần Không linh động lựa chọn bao bì vô trùng để tránh nhiễm bẩn trình chế biến sau 2.2.6 nh hưởng áp suất cao tới chất lượng thực phẩm 2.2.6.1 nh hưởng tới chất lượng rau quả: Xử lý áp suất cao giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm, giữ giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan sản phẩm Tuy nhiên, đôi lúc trình làm ảnh hưởng tới màu sắc, mùi vị sản phẩm nh hưởng tới màu sắc:  Kỹ thuật xử lý áp suất cao giúp giữ màu sắc tự nhiên rau tươi Qua phân tích hoá học quang phổ, màu sắc tự nhiên sản phẩm rau xử lý áp suất không thay đổi nhiều giảm từ từ suốt trình bảo quản (Donsi, 1996)  Khi xử lý áp suất cao nhiệt độ thấp, chlorophyl sắc tố khác annato, caroten, anthoxyan nhận thấy bền vững (Kimura 1994, Donsi SV: Võ Thị Thu Hằng 26 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt Chương Kỹ thuật áp suất cao 1996) Ngay xử lý 4h, 800MPa 40 oC giảm chlorophyl a & chlorophyl b Chỉ kết hợp với nhiệt độ cao 50oC chlorophyl giảm đáng kể  Như vậy, nhiệt độ không 40oC, màu xanh rau quả, xử lý 800MPa, 180 phút Tuy nhiên kết hợp với nhiệt độ vùng từ 50-60oC, màu xanh bị phần nhiệt độ 70 -80oC màu xanh bị gần hoàn toàn tất áp suất (0.1850MPa) • Khi bảo quản, màu sắc sản phẩm qua xử lý áp suất cao bị biến đổi Nguyên nhân tồn polyphenoloxidase (PPO) sản phẩm chưa bị áp suất vô hoạt hết Vì vậy, PPO xúc tác cho phản ứng oxi hoá polyphenol, tạo sản phẩm có màu nâu PPO xem enzym gây hư hỏng chất lượng sản phẩm suốt trình tồn trữ sau thu hoạch, chế biến bảo quản Do vậy, vô hoạt PPO điều mong muốn  Dưới tác dụng áp suất, PPO hoạt hoá bị vô hoạt, phụ thuộc vào áp suất tác dụng Giá trị áp suất thích hợp để vô hoạt PPO phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc PPO, pH môi trường, có mặt chất muối, đường phụ gia khác Bảng 2.5: Ảnh hưởng áp suất cao nhiệt độ phòng lên PPO khác nguồn gốc, [12] Nguồn gốc Táo Môi trường PB(pH 4.5, 0.5M) Cell-free Mơ Lê tàu Vải Hành Dâu extract (pH 3.9) PB(pH 7, 0.1M) Puree(pH 3.8) TB(pH 6.5, 0.01M) Crude SV: Võ Thị Thu Hằng Điều kiện xử lý 150-300Mpa / 25oC/1min ≥500MPa/25oC/1min ≥125MPa/25oC/15min Hoạt hoá/vôhoạt Hoạt hoá Vô hoạt Vô hoạt Tham khảo Anese 1995 Anese 1995 Jolibert 1994 ≥800MPa/25oC/>60min Vô hoạt Weemaes 1998 ≥600MPa/25oC/15min Vô hoạt Yen&Lin 1996 ≤800MPa/25oC/10min 500MPa/25oC/10min 27 Hoạt hóa Vô hoạt Butz 1994 Jolibert 1994 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt Chương tây Kỹ thuật áp suất cao extract (pH 2-5) Crude extract (pH Cà chua 6) Puree(pH 4.1) Hoạt 500MPa/25oC/10min hoá Hoạt