Tìm hiểu kỹ thuật MAP và hệ thống APS

Tìm hiểu kỹ thuật MAP và hệ thống APS

MỤC LỤC

A KỸ THUẬT MAP (MODIFIED ATMOSPHERE PACKAGING) 6

I Khái niệm MAP 6

1 Lịch sử phát triển của MAP 6

2 Định nghĩa MAP 7

3 Các yếu tố cần kiểm soát trong kỹ thuật MAP 8

a Yếu tố sinh học: 8

b Yếu tố sinh lý: 9

c Yếu tố hóa học: 9

4 Các chất khí được sử dụng trong kỹ thuật MAP 10

II Kỹ thuật MAP trong bảo quản rau quả 12

1 Kỹ thuật vận hành của EMAP 12

2 Thiết lập thành phần khí bên trong bao bì 15

3 Các nhân tố ảnh hưởng đến EMAP 16

a Sự chống lại quá trình khuếch tán: 16

b Cường độ hô hấp: 16

c Sự tạo thành của ethylen: 16

d Nhiệt độ: 17

e Độ ẩm tương đối: 17

f Nồng độ O2 và CO2: 17

g Ánh sáng: 19

h Shock và va chạm : 19

4 Sử dụng MAP kết hợp với các phương thức bảo quản khác: 20

a Kết hợp với bảo quản lạnh : 20

b Kết hợp với dùng hóa chất : 20

c Phương pháp MAP sử dụng nồng độ O2 cao: 20

5 Phương thức đóng gói trong MAP cho rau quả: 24

a Dùng buồng hút chân không: 24

b Phương thức sử dụng ống hút khí: 25

c Kiểu đóng gói sản phẩm đặt trên những khay: 25

d Kiểu TFFS (Thermoform-fill-seal): 26

6 Các loại bao bì sử dụng trong MAP cho rau quả: 27

a Màng plastic: 28

b Màng sáp: 32

c Các chất tạo màng khác : 34

7 Một số thiết bị đóng gói MAP trong rau quả 34

8 Một số hình ảnh bao gói rau quả trong MAP 38

B HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI CHỐNG VI SINH VẬT APS (ANTIMICROBIAL PACKAGING SYSTEMS) 40

I Khái niệm về hệ thống đóng gói chống vi sinh vật 40

1 Định nghĩa 40

2 Chất chống vi sinh vật 40

a Hóa chất chống vi sinh vật 41

b Chất chống vi sinh vật có nguồn gốc tự nhiên 42

c Chất chống vi sinh vật có nguồn gốc vi sinh (probiotic) 43

3 Màng film và màng phủ chống vi sinh vật 44

a Nhóm polysaccharid 44

b Nhóm protein 46

c Nhóm lipid 46

d Hỗn hợp composit 47

4 Cơ chế vận hành kỹ thuật APS 48

5 Các yếu tố ảnh hưởng đến kỹ thuật APS 52

II NHỮNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TẾ 57

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1: Quá trình hô hấp yếm khí 13

Hình 2: Quá trình hô hấp hiếu khí 13

Hình 3: Quá trình hô hấp khi bảo quản MAP 14

Hình 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian bảo quản 17

Hình 5: Ảnh hưởng của nồng độ O2 và CO2 đến kỹ thuật MAP 19

Hình 6: Aûnh hưởng của nồng độ O2 cao đến sự phát triển của vi sinh vật 21

Hình 7: Giả thuyết về sự ức chế enzyme làm mất màu trong kỹ thuật MAP nồng độ O2 cao 22

Hình 8: Sự phát triển của nấm mốc bị ức chế bởiù các loại hỗn hợp khí 23

Hình 9: Nấm mốc Penicillium digitatum ở cam bị ức chế bởi các loại hỗn hợp khí 23

Hình 10: Buồng đóng gói chân không 24

Hình 11: Thiết bị đóng gói sử dụng ống khí 25

Hình 12: Thiết bị đóng gói bao bì dạng khay 26

Hình 13: Thiết bị đóng gói dạng TFFS 27

Hình 14: Máy KATS 800 34

Hình 15: Máy ORICS R40 35

Hình 16: Hệ thống sản xuất salad đóng gói sử dụng kỹ thuật MAP 37

Hình 17: Kỹ thuật APS 49

Hình 18: Hệ thống bao bì vả hệ thống màng phủ ăn được 54

Hình 19: Sự nhả của chất chống khuẩn trong hai hệ thống bao bì chống khuẩn khác nhau 55

Hình 20: Nồng độ trên bề mặt thực phẩm 57

Hình 21: Ion bạc được đính lên chất mang là nhôm silicat 58

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Cường độ hô hấp một số loại rau quả 15

Bảng 2: Nồng độ O2 thấp nhất và CO2 cao nhất trong bảo quản các loại rau quả 18

Bảng 3: Thời gian (ngày) bảo quản các loại rau quả bằng phương pháp MAP ở 8 0 C 22

Bảng 4: Khả năng thấm khí hơi và nước, khả năng chịu đựng trong các môi trường hóa học của các loại plastic 31

Bảng 5: Ứng dụng các loại vật liệu trong bao gói rau quả 32

Bảng 6: Các chất chống vi sinh vật thường dùng 41

Bảng 7: Một số ngiên cứu ứng dụng kỹ thật APS 51

Bảng 8: Một số chất chống vi sinh vật và nhà sản xuất 59

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AMAP: Active Modified Atmosphere Packaging

APS: Antimicrobial Packaging System

BHA: Butylat Hydroxy Anizon

BHT: Butylat Hydroxy Toluen

CMC: Carboxy Methyl Cellulose

EDTA: Ethylenediamine Tetraacetic Acid

EMAP: Equilibrium Modified Atmosphere Packaging

EVA: Ethylen Vinyl Acetat

HPMC: Hydroxypropyl Methylcellulose

LDPE: Low Density Polyethylen

LLDPE: Linear Low Density Polyethylen

MA: Modified Atmosphere

MAP: Modified Atmosphere Packaging

OPP: Oriented Polypropylen

PAMP: Passive Modified Atmosphere Packaging

PVOH: Polyvinyl alcohol

SOPP: Natri octophenit-phenat

SPI: Soy Protein Isolate

TBHQ: Tertiary Butylhydroquinone

TFFS: Thermoform-fill-seal

WPC: Wood Plastic Composite

A KỸ THUẬT MAP (MODIFIED ATMOSPHERE PACKAGING)

I Khái niệm MAP

An toàn và sự hư hỏng là hai yếu tố quan trọng được quan tâm nhiều nhất trong tất cả cácloại thực phẩm An toàn được chú trọng nhất việc chống lại mầm bệnh và độc tố trong thựcphẩm Sự hư hỏng bắt nguồn bởi vi khuẩn, hoạt động của enzyme, các phản ứng hóa học mà hậuquả gây ra là những biến đổi không mong muốn trong mùi vị, tính chất hóa lý, thành phần dinhdưỡng của sản phẩm Chất lượng của thực phẩm phụ thuộc vào thành phần, vào cách chế biến,cách đóng gói và bảo quản Mục đích chính của kỹ thuật MAP là kéo dài thời gian bảo quản củathực phẩm bằng cách làm giảm tỷ lệ hư hỏng mà vẫn giữ được sự an toàn và chất lượng vốn cócủa nó (Ooraikul and Stiles, 1991)

1 Lịch sử phát triển của MAP

Tính năng của công nghệ bảo quản bằng cách bao gói sản phẩm trong khí quyển thay đổi(MAP) nhằm kéo dài tuổi thọï thực phẩm đã được nhận biết cách đây nhiều năm Trong thậpniên 1920, các nhà khoa học trong khi làm việc tại một cơ sở nghiên cứu tại Cambridge, vươngquốc Anh, đã thấy rằng tuổi thọ của những quả táo có thể gia tăng bằng cách tồn trữ chúng trongcác môi trường với những nồng độ O2 thấp và khí CO2 cao, trong thập niên 30 khi thịt bò đượcvận chuyển trong các môi trường có khí CO2 thì thời gian bảo quản của chúng tăng gần gấp 2lần

Ở vương quốc Anh chính dây chuyền bán lẻ thịt đóng gói trong khí quyển thay đổi củacông ty Marks & Spencer lần đầu tiên trong năm 1979 đã tạo điều kiện cho sự nổi tiếng trên thịtrường thế giới ngày nay về các sản phẩm bao gói khí quyển cải biến MA (ModifiedAtmosphere) Kể từ đó đã có sự nhân rộng trong việc ứng dụng và nhu cầu đòi hỏi chính đángcủa người tiêu dùng về các loại thực phẩm tươi và đông lạnh mà lại chứa ít các chất bảo quản.Điều đó đã dẫn đến một sự gia tăng đáng kể trong lĩnh vực các sản phẩm bao gói trong khí

quyển thay đổi Ngày nay, thực phẩm đóng gói trong MAP bao gồm thịt tươi và nấu chín, cá, rauquả, mì sợi, phomát, các loại bánh nướng từ bột mì, khoai tây chiên, cà phê và trà.

2 Định nghĩa MAP

Bao gói trong khí quyển điều chỉnh MAP là phương pháp bảo quản bằng cách thay đổithành phần khí quyển bao quanh sản phẩm bằng cách dùng màng bao như là bao bì sản phẩm vàkhông có sự kiểm soát điều chỉnh nào sau đó trong suốt thời gian bảo quản

 Nguyên tắc:

Tạo một lớp màng mỏng bao bọc có tính thẩm thấu chọn lọc đối với các loại khí, với mụcđích thay đổi thành phần khí quyển chung quanh rau quả, hạn chế hô hấp và hoạt động của visinh vật

 Ưu điểm :

– Thời gian bảo quản có thể tăng lên đến 4 lần

– Tổn thất về khối lượng giảm

– Sản phẩm giữ độ tươi nguyên

– Ít hoặc không cần dùng chất bảo quản

– Có thể tránh được tổn thương lạnh ở một số loại rau quả khi áp dụng phương pháp bảoquản lạnh

– Có thể hạn chế được sự phát triển của vi sinh vật và các loài côn trùng

– Có thể phân phối sản phẩm đi các nơi xa hơn, giảm chi phí phân phối

– Việc phân phối các sản phẩm lát rời dễ dàng hơn

– Tăng tính thẩm mỹ trong trưng bày, sản phẩm được nhìn thấy rõ ràng và toàn bộ

– Công tác đóng gói được tập trung hóa và kiểm tra từng phần một.

 Nhược điểm :

– Nhiệt độ cần phải điều chỉnh thích hợp (ảnh hưởng đến tốc độ hô hấp của rau quả)

– Đối với từng loại sản phẩm khác nhau thì sẽ có một công thức khí khác nhau

– Có thể gây những tổn hại sinh lý của một số loại rau quả như tạo những vết đen ở khoaitây

– Tạo nên sự chín không đều của một số loại quả như chuối và cà chua (O2 < 2%,CO2 >5%)

– Nồng độ CO2 cao có thể ảnh hưởng đến chất lượng rau quả như sự xuất hiện màu nâu khi

CO2 đạt 10%, tạo vết chấm bầm hoặc tăng độ bột trên một số giống táo, gây hư hỏng, sinh vị lạcho một số loại rau như súplơ, xà lách, đậu

– Đòi hỏi thiết bị đặc biệt và phải có công tác huấn luyện

– Gia tăng thể tích bao gói, ảnh hưởng đến chi phí vận chuyển và không gian trong buônbán lẻ

– Sản phẩm sẽ không an toàn khi bao bì bị xì thủng

– Giá thành cao

3 Các yếu tố cần kiểm soát trong kỹ thuật MAP

a Yếu tố sinh học:

Tỷ lệ phát triển của vi sinh vật trong thực phẩm phụ thuộc vào những yếu tố như là pH,hoạt độ của nước aw, thế hóa rh, nhân tố vật lý, nhiệt độ, phương thức đóng gói, các chất phụ giabảo quản và các vi sinh vật cạnh tranh… trong thực phẩm Những yếu tố này có thể được áp dụng

riêng lẻ hoặc kết hợp với nhau trong thực phẩm để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật kéodài thời gian bảo quản (Leistner and Gorris, 1995)

Khi MAP được áp dụng để kéo dài thời gian bảo quản thì yếu tố cần quan tâm nhất làchủng loại vi khuẩn có thể gây nên sự hư hỏng trong thực phẩm đó Khí, màng bao, nhiệt độ bảoquản… có thể được sử dụng để tiêu diệt hoặc làm chậm sự phát triển của các vi sinh vật đó Hỗnhợp khí của CO2, O2, N2 thường được sử dụng nhất (Zeuthen and Bogh-Sorensen, 2003)

Thực tế thì vi khuẩn Gram âm thì nhạy cảm với CO2 hơn là vi khuẩn Gram dương Vi

khuẩn Gram âm như là Pseudomonas spp, Acinetobacter spp và Moraxella spp thì bị tiêu diệt ở

nhiệt độ thấp Vì vậy sản phẩm được bao gói với hàm lượng CO2 cao và bảo quản ở nhiệt độthấp thì vi khuẩn Gram dương sẽ phát triển mạnh mẽ do không có sự cạnh tranh (Church, 1994)

Bacillus licheliformis và Leuconostoc mesenteroides là chủng vi khuẩn phát triển được trong một

loại bánh xốp kiểu Anh được đóng gói với khí bao gồm 60% CO2 và 40% N2 (Gibson et al.,

2000) 100% CO2 được sử dụng sẽ làm chậm sự phát triển của Clostridium botulium và hiệu quả này sẽ tăng khi kết hợp với một nồng độ NaCl thích hợp ở nhiệt độ thấp (Devlieghere et al.,

2001)

Sự thiếu O2 trong khí quyển sẽ ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí Môi trường

kị khí sẽ làm tăng sự phát triển và sinh độc tố của Clostridium botulium Vì vậy môi trường yếm

khí được sử dụng một cách thận trọng trong kỹ thuật MAP (O'Connor-Shaw and Reyes, 2000)

Những yếu tố khác như pH, chất bảo quản, nhiệt độ thấp được ứng dụng để kết hợp với

phương pháp bảo quản yếm khí hoặc ngăn chặn các mần bệnh khác (Dufresne et al., 2000).

b Yếu tố sinh lý:

Rau quả sau thu hoạch hoặc thịt sau giết mổ vẫn còn những biến đổi sinh lý Chúng ảnhhưởng đến thời gian bảo quản và chất lượng của sản phẩm tươi hoặc sản phẩm chế biến được

bao gói bằng MAP, vì vậy tùy loại sản phẩm, biến đổi sinh hóa của chúng, nhiệt độ bảo quảnmà chúng ta sẽ thiết lập một công thức MAP riêng cho chúng.

Rau quả sau thu hoạch có nhiều biến đổi sinh lý phức tạp Những biến đổi này liên quanđến quá trình hô hấp, quá trình này chịu ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường như là không khí,độ ẩm, nhiệt độ và tình trạng vật lý của chúng (Cantwell, 1995)

Thịt sau giết mổ sẽ xảy ra hàng loạt các phản ứng hóa học diễn ra trong mô thịt, nhữngbiến đổi sinh lý ở thịt tươi bắt đầu bằng sự co cứng (rigor mortis), thời gian co cứng phụ thuộcvào loại và kích cỡ của con vật Ngoài ra O2 cần thiết để duy trì màu đỏ của thịt

c Yếu tố hóa học:

Các biến đổi hóa học ảnh hưởng đến chất lượng của thực phẩm, nhiều phản ứng oxy hóatrong tự nhiên như là oxy hóa lipid, phản ứng Maillard, sự oxy hóa làm biến màu củachlorophyll, carotenoid và flavonoid, sự oxy hóa của myoglobin trong thịt đỏ…Sự oxy hóa lipidsẽ phân hủy các acid béo tự do chưa bảo hòa tạo nên những chất gây mùi ôi như là aldehyde,ketone, những acid béo mạch ngắn…Phản ứng Maillard với đường và amino acid là tác nhânchính, có thể làm giảm chất lượng sản phẩm nếu những protein nhạy cảm như lysine bị phá hủy,hay tạo ra những màu hay mùi không mong muốn Sự oxy hóa biến màu làm cho sản phẩmkhông còn hấp dẫn Mặc khác thịt đỏ sẽ trở nên bạc màu khi thiếu O2 để chuyển hóa myoglobinthành oxymyoglobin để duy trì màu đỏ thịt

Những phản ứng hóa học chịu ảnh hưởng của những nhân tố như là nhiệt độ, aw , pH, rh,chất bảo quản Ví dụ như phản ứng oxy hóa lipid xảy ra mạnh mẽ ở nhệt độ cao, aw thấp, sự cómặt của Cu hoặc Fe và ánh sáng, nhưng nó bị ngăn chặn bởi những chất chống oxy hóa nhưBHA, BHT hoặc tocopherol (Peter and Leif, 2000)

4 Các chất khí được sử dụng trong kỹ thuật MAP

Có 3 khí chủ yếu được sử dụng trong kỹ thuật MAP là O2, CO2, N2 Việc lựa chọn cácthành phần khí phụ thuộc rất nhiều vào thực phẩm được bao gói Môi trường khí được tạo ra bêntrong bao gói phải đáp ứng được sự cân bằng giữa việc kéo dài sự sống và các đặc tính cảmquan tối ưu của thực phẩm Ngoài ra, một số khí khác cũng được sử dụng là: khí trơ (He, Ar, Xevà Ne), CO và SO2

 Khí CO2:

Khí CO2 là một khí không màu, có mùi hăng nhẹ ở nồng độ rất cao Nó là một chất khígây ngạt và có tính ăn mòn nhẹ trong môi trường ẩm CO2 dễ dàng tan trong nước ( 1.57g/Kg ở100Kpa, 200C) để tạo ra acid cacbonic (H2CO3) làm tăng nồng độ acid trong dung dịch và làmgiảm pH Khí này cũng hòa tan trong chất béo và một vài hợp chất hữu cơ khác Nhiệt độ giảmlàm cho sự hòa tan của CO2 tăng lên.Vì lý do này, hoạt tính chống vi sinh vật của CO2 có hiệuquả ở nhiệt độ nhỏ hơn 100C hơn là ở 150C hoặc cao hơn (Devlieghere et al., 1998, Devlieghere

et al., 2001) Điều này rất có ý nghĩa trong kỹ thuật MAP.

 Khí O2:

Khí O2 là một khí không màu, không mùi, có hoạt tính cao và duy trì sự cháy Nó hòa tanrất ít trong nước so với các loại khí khác, độ tan của CO2 trong nước gấp 28 lần so với O2 ở 20oC(0.04g/Kg ở 100Kpa, 200C) O2 tham gia vài loại phản ứng làm hư hỏng thực phẩm: phản ứng oxihóa chất béo, phản ứng hóa nâu và phản ứng oxi hóa các chất màu Sự thiếu O2 trong không khícó thể làm chậm sự phát triển, những biến đổi sinh lý của vi sinh vật Hầu hết các vi sinh vật gâyhỏng sản phẩm đều cần O2 cho sự phát triển Do đó để kéo dài sự sống cho thực phẩm thì bêntrong bao gói nên chứa đựng một hàm lượng thấp O2 Tuy nhiên cũng chú ý rằng, hàm lượng O2

thấp cũng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng và sự an toàn của thực phẩm, ví dụ: sự già yếu của rauquả, sự phát triển của vi sinh vật yếm khí….(Day, 2003)

 Khí N2:

Khí N2 là một khí không màu, không mùi, không vị và tương đối trơ về mặt hóa học Nó cótỷ trọng thấp hơn không khí, không duy trì sự cháy, hòa tan rất ít trong nước (0.018g/Kg ở100KPa, 200C) và những chất khác có trong thực phẩm N2 ức chế sự phát triển của vi sinh vật

ưa khí, do đó nó ngăn chặn sự hư hỏng do VSV này gây ra Tuy nhiên, nó lại không ngăn chặnsự phát triển của VSV kỵ khí Nhờ tính hòa tan thấp trong nước, N2 được sử dụng như một chấtkhí độn để giúp cho bao gói tránh bị bẹp dúm thường xảy ra khi CO2 bị hòa tan nhiều

 Khí CO:

Khí CO là một khí không màu, không mùi, không vị Nó có khả năng hoạt động về mặthóa học cao và có khả năng cháy Nó không tan trong nước nhưng lại tan tốt trong một số dungmôi hữu cơ CO được nghiên cứu cho MAP của thịt và được cho phép ở Mỹ để ngăn ngừa sự hóanâu của rau diếp được bao gói Sự ứng dụng của CO còn bị hạn chế nhiều bởi vì nó độc và cóthể tạo với không khí một hỗn hợp gây nổ (Ooraikul and Stiles, 1991)

 Khí trơ:

Khí trơ là những khí không hoạt động Ngày nay, những khí này cũng được ứng dụng trongmột số loại thực phẩm, ví dụ: khoai tây chiên đóng gói Tuy nhiên, việc sử dụng khí N2 trongcông nghiệp vẫn mang tính phổ biến hơn do nguồn N2 dễ kiếm hơn (Ooraikul and Stiles, 1991)

II Kỹ thuật MAP trong bảo quản rau quả

Hỗn hợp khí được đưa vào bên trong bao gói của các thực phẩm khác nhau thì khác nhau,tùy thuộc vào loại thực phẩm, vật liệu làm bao bì và nhiệt độ tồn trữ Thịt, cá cần màng bao cóđộ thấm khí rất thấp vì những sảøn phẩm này không còn sự hô hấp trong quá trình bảo quản Tuy

nhiên, rau quả là những thực phẩm vẫn còn hô hấp sau thu hoạch, do đó sự ảnh hưởng qua lạigiữa bao gói và rau quả là vô cùng quan trọng Nếu sự thấm khí (CO2, O2) của màng bao đượcthiết kế phù hợp với sự hô hấp của rau quả, có nghĩa là sự tạo thành hay hấp thụ một khí cânbằng với sự mất đi hay sự tạo thành của khí đó trong bao bì, thì thành phần khí mong muốn bêntrong bao bì sẽ ổn định và do đó mà rau quả sẽ kéo dài được hạn sử dụng của nó Kỹ thuật đểthiết lập sự cân bằng khí đó gọi là EMAP (Equilibrium Modified Atmosphere Packaging).

1 Kỹ thuật vận hành của EMAP

 Điều kiện yếm khí

Trong những bao bì có độ thấm khí thấp, do sự hô hấp làm giảm hàm lượng O2 và tănghàm lượng CO2 nên điều kiện yếm khí sẽ nhanh chóng chiếm ưu thế, kết quả là gây ra mùi và vịkhó chịu cho rau quả

Hình 1: Quá trình hô hấp yếm khí

Trong điều kiện yếm khí (nồng độ O2 < 2%), đường chuyển hóa theo phản ứng:

C6H12O6  CO2 + Aldehyd + Acid hữu cơ + Rượu

Một phân tử đường chỉ tạo ra 2 phân tử ATP (64KJ) và chỉ có 5% nhiệt được tạo thànhtrong suốt quá trình hô hấp yếm khí của rau quả

 Điều kiện hiếu khí

Trong những bao bì có độ thấm khí cao, thành phẩn khí quyển bên trong bao gói lại tươngtự như bên ngoài, do đó mà sự hô hấp sẽ không hề bị giảm đi

Hình 2: Quá trình hô hấp hiếu khí

Trong điều kiện trên, phản ứng chuyển hóa đường xảy ra như sau:

C6H12O6 + 6O2  6H2O + 6CO2 + ATP

Một phân tử đường tạo ra 36 phân tử ATP (1152KJ)

 Kỹ thuật EMAP

Trong kỹ thuật EMAP, hàm lượng O2 và CO2 được điều chỉnh một cách chính xác và phùhợp Sự diều chỉnh này với mục đích làm giảm sự hô hấp, hạn chế sự chín, giảm hoạt tính củaenzyme hóa nâu, làm chậm quá trình làm mềm cấu trúc, chống thất thoát vitamin, giữ gìn sựtươi xanh lâu dài cho rau quả

Hình 3: Quá trình hô hấp khi bảo quản MAP

Dưới điều kiện khí quyển được hiệu chỉnh một cách chính xác, hàm lượng O2 có sẵn rất ítcho việc chuyển hóa đường thành năng lượng, do đó mà làm giảm sự thất thoát sản phẩm

Bảng 1: Cường độ hô hấp một số loại rau quả

Phân loại Cường độ hô hấp (mg / kg / h) Loại rau quả

2 Thiết lập thành phần khí bên trong bao bì

Có 2 cách để xây dựng thành phần khí quyển bên trong bao bì:

 PAMP ( Passive Modified Atmosphere Packaging):

Đặc tính của sản phẩm được kết hợp chặt chẽ với đặc tính thấm khí của màng bao Mộtthành phần khí quyển thích hợp sẽ được tạo ra một cách thụ động bên trong bao bì là kết quảcủa việc tiêu thụ O2 và thải CO2 của quá trình hô hấp Ban đầu sản phẩm sẽ được bao gói bìnhthường trong túi đựng vì thế tất nhiên bên trong bao gói lúc này là hỗn hợp khí có thành phầnnhư khí quyển Sản phẩm sẽ hô hấp như bình thường ở thời điểm ban đầu này Lượng O2 tiêu thụsẽ lớn hơn lượng O2 bên ngoài thấm vào, như vậy lượng O2 trong bao gói chắc chắn sẽ bị giảmxuống dẫn đến cường độ hô hấp của sản phẩm cũng sẽ giảm theo Sau một khoảng thời gianngắn, lượng O2 tiêu thụ sẽ cân bằng với lượng O2 thấm từ bên ngoài vào Sự cân bằng bắt đầuđược thiết lập và hỗn hợp khí lúc này là thành phần khí thích hợp cho sản phẩm

 AMAP (Active Modified Atmosphere Packaging):

Thành phần khí bên trong bao bì được thiết lập bằng cách rút chân không và thay thếkhông khí bằng một hỗn hợp khí mong muốn Để đạt được và duy trì thành phần khí quyểnmong muốn trong suốt thời gian bảo quản, sự thấm khí của màng bao phải được thiết lập sao chocho phép O2 đi vào trong màng bao ở một tỷ lệ cân bằng với lượng O2 được hấp thụ bởi sảnphẩm và để thoát CO2 ra ngoài màng bao ở một tỷ lệ cân bằng với lượng CO2 do sản phẩm tạo

ra Thêm vào đó, chất hấp thụ cũng được đưa vào để điều khiển nồng độ O2, CO2, C2H4 và hấpthụ ẩm

3 Các nhân tố ảnh hưởng đến EMAP

a Sự chống lại quá trình khuếch tán:

Sự di chuyển của các thành phần khí bên trong bao bì là do sự khuyếch tán theo chiềugradient nồng độ của chúng Khí O2 từ môi trường ngoài khuếch tán qua vỏ sản phẩm vào bêntrong thịt quả rồi dịch quả để đến nơi tiêu thụ Các rau quả khác nhau thì có khoảng không chứakhí khác nhau ( ví dụ: khoai tây 1-2%, cà chua 5-20%, táo 25-30%) Khoảng không chứa khícàng giới hạn, khả năng chống lại sự khuyếch tán khí càng cao Điều này ảnh hưởng đến thànhphần khí trong kỹ thuật MAP, vì những rau quả có sự chống lại khuyếch tán cao sẽ trở nên yếmkhí ở vùng trung tâm

b Cường độ hô hấp:

Hô hấp trong thực vật là sự oxi hóa đường, acid hữu cơ thành những phân tử đơn giản là

CO2, H2O và năng lượng dạng nhiệt hoặc năng lượng trao đổi chất Nhiệm vụ chính của MAP làlàm sao phải giảm tối thiểu cường độ hô hấp, tránh sự thất thoát vật chất

c Sự tạo thành của ethylen:

Ethylen được xem như là một hóc môn thực vật, đóng vai trò chính trong việc làm chínquả Ethylen hoạt động làm chín quả ở nồng độ vết (0.1ppm) O2 thì cần thiết cho sự hoạt độngcủa ethylen Nghiên cứu thấy rằng sự kết hợp giữa ethylen với cơ quan thụ cảm của sản phẩm bịngăn cản khi nồng độ O2 dưới 8%, và sự tạo thành ethylen sẽ bị giảm đi một nửa khi nồng độ O2

dưới 2.5% Như vậy, ở nồng độ khoảng 2.5% này, sự chín sẽ bị kiềm hãm do việc ngăn cản sựtạo thành cũng như hoạt động của ethylen

d Nhiệt độ:

Những tiến trình trao đổi chất như hô hấp, chín đều chịu sự ảnh hưởng của nhiệt độ Thôngthường các phản ứng hóa học tăng lên 2 đến 3 lần khi nhiệt độ tăng thêm 100C, do vậy việc điềukhiển nhiệt độ thích hợp là vô cùng quan trọng để hệ thống MAP hoạt động một cách hiệu quả

Hình 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian bảo quản

(Nguồn: USDA handbook No 66: The Commercial Storage of Fruits, Vegetables, and Nursery

Stocks.)

e Độ ẩm tương đối:

Độ ẩm trong bao bì thấp có thể làm tổn hại đến sự thoát hơi nước của cây, dẫn đến sự khôvà gia tăng cường độ hô hấp Ngược lại với độ ẩm cao sẽ xuất hiện sự ngưng tụ, dẫn đến sựchênh lệch về nhiệt độ bên trong và bên ngoài màng bao, tạo thể tích trống trong bao gói và ảnhhưởng một phần nào đó đến bản chất của bao gói

f Nồng độ O2 và CO2:

Một thành phần khí quyển ưu việt là một thành phần khí quyển giảm thiểu được sự hô hấpvà do đó kéo dài được thời gian sống của sản phẩm mà không làm tổn hại đến quá trình trao đổichất của chúng Vì thành phần khí quyển có thể dao động ở một mức độ nhỏ nên thành phần khíquyển tối ưu thực tế không nên quá gần với thành phần mà bắt đầu có sự tổn hại

Để bảo quản rau quả trong MAP, người ta thường hạ thấp nồng độ O2, tăng nồng độ CO2.Tuy nhiên trong thực tế, không phải nồng độ O2 càng thấp càng tốt cũng như CO2 có thể nângcao đến bao nhiêu cũng được mà phải có một giới hạn đối với mỗi loại rau quả Khi O2 không cóthì rau quả có thể xảy ra hiện tượng hô hấp yếm khí làm cho sản phẩm có mùi vị lạ cộng thêmvới sự phát triển của vi sinh vật yếm khí, nếu O2 quá thấp thì không đủ giữ cho sản phẩm đượctươi nguyên như ban đầu Đối với CO2 cũng vậy khi nồng độ quá cao thì sẽ làm cho sản phẩmnhạt hương vị Vì vậy, thành phần O2 thấp nhất nên khoảng 2%, CO2 cao nhất là 20% thì có thểức chế được vi sinh vật mà lại không ảnh hưởng nhiếu đến chất lượng rau quả (Ooraikul andStiles, 1991)

Bảng 2: Nồng độ O2 thấp nhất và CO2 cao nhất trong bảo quản các loại rau quả

Bông cải xanh 15 1

(Nguồn: USDA handbook No 66: The Commercial Storage of Fruits, Vegetables, and Nursery

Stocks.)

g Ánh sáng:

Đối với hầu hết các sản phẩm rau quả, ánh sáng không có ảnh hưởng quan trọng lắm Tuynhiên, đối với loại rau xanh, nếu ánh sáng có đủ thì sẽ xảy ra quá trình quang hợp nghĩa là mộtlượng đáng kể CO2 sẽ bị tiêu thụ và một lượng O2 cũng sẽ được tạo ra tương ứng Phản ứng này

đi ngược lại quá trình hô hấp và do đó sẽ làm cho thành phần khí trong bao gói sẽ bị biến đổi

h Shock và va chạm :

Các vết thương của quá trình shock và va chạm sẽ làm gia tăng cuờng độ hô hấp và giảiphóng enzyme hoá nâu sản phẩm Thêm vào đó tại những vết thương này thì nguy cơ truyềnnhiễm vi khuẩn và nấm là rất cao

4 Sử dụng MAP kết hợp với các phương thức bảo quản khác:

a Kết hợp với bảo quản lạnh :

Để nâng cao hiệu quả bao gói MAP, người ta thường thường kết hợp với phương pháp bảoquản lạnh Ở nhiệt độ lạnh thích hợp thì tốc độ hô hấp của rau quả sẽ giảm xuống vì vậy mà sẽkéo dài được thời gian bảo quản sản phẩm

b Kết hợp với dùng hóa chất :

Trong rau quả, enzyme polyphenoloxidase thường xúc tác cho phản ứng sậm màu vì vậylàm giảm chất lượng của sản phẩm Do đó, người ta thường kết hợp đóng gói MAP với việc sửdụng hóa chất chống oxi hóa ngăn chặn sự chuyển màu ở rau quả đã qua sơ chế Các hóa chấtthường được dùng để nhúng qau quả vào trước khi bao gói MAP là:hỗn hợp acid ascorbic hoặcerythorbic hoặc muối natri của chúng với acid citric, acid malic, acid tartaric, succinic, CaCl2,

NaCl, 4-hexylresocinol, cysteine hydrochlorite Những nghiên cứu xa hơn nữa cho thấy còn cóthể sử dụng màng bao từ tinh bột và pectin và những tác nhân sinh học an toàn như vi khuẩnlactic để ngăn chặn enzyme polyphenoloxidase.

c Phương pháp MAP sử dụng nồng độ O2 cao:

Việc đóng gói thực phẩm ở nồng độ O2 cao là một phương pháp tương đối mới mẻ và khálạ

Trong suốt những năm 1993 -1994, một vài công ty sản xuất những sản phầm sơ chế đã thửnghiệm bao gói sản phẩm với nồng độ O2 cao Kết quả thử nghiệm cho thấy phương pháp nàyđem lại hiệu quả cao Tuy nhiên khi đó phương pháp này đã không được áp dụng có lẽ vì tồn tạimột số kết quả không phù hợp và do sự thiếu hiểu biết về cơ cấu của các phản ứng sinh hóacùng những vấn đề liên quan đến tính an toàn khi sử dụng phương pháp này Vào đầu năm 1995,Campden và Chorleywood đã tiến hành thử nghiệm trên rau diếp xứ lạnh và những loại trái câynhiệt đới Kết quả cho thấy, phương pháp MAP O2 nồng độ cao có thể khắc phục được nhữngnhược điểm so với phương pháp sử dụng O2 nồng độ thấp

Nồng độ O2 cao có ảnh hưởng đến các enzyme xúc tác cho phản ứng chuyển màu ở rauquả, ngăn chặn sự lên men gây ra bởi những vi khuẩn kị khí và ngăn chặn sự phát triển của vikhuẩn Điều này có thể giải thích là do gốc oxi tự do đã tác động phá vỡ các đại phân tử trong tếbào của chúng khi nồng độ O2 quá cao tràn vào những hệ thống bảo vệ các tế bào Tuy nhiên,

E.coli và L.monocytogenes có thể chịu được nồng độ O2 lên đến 80% - 90%

Hình 6: Aûnh hưởng của nồng độ O 2 cao đến sự phát triển của vi sinh vật

Nồng độ O2 cao có thể ngăn chặn ức sự chuyển màu ở rau quả Điều này có thể được giảithích như sau: enzyme polyphenoloxiedase (PPO) tác động làm biến đổi những hợp chấtpolyphenol trong rau quả thành quinon không màu, nhưng hợp chất quinon này lại tiếp tục trùnghợp tạo melanin làm sẫm màu sản phẩm Nồng độ O2 cao sẽ ức chế PPO hoặc là nồng độ quinontạo thành nhiều sẽ quay lại ức chế PPO

Hình 7: Giả thuyết về sự ức chế enzyme làm mất màu trong kỹ thuật MAP nồng độ O 2 cao

Bảng 3: Thời gian (ngày) bảo quản các loại rau quả bằng phương pháp MAP ở 8 0 C

Loại rau quả Bảo quản ở nồng độ O2 thấp Bảo quản ở nồng độ O2 cao

Phương pháp MAP nồng độ cao có thể ngăn chặn ức chế nhiều nhóm vi khuẩn, nấm men,

nấm mốc, đặc biệt là những vi sinh vật gây bệnh và gây hư hỏng như Aeromonas hydrophila, Salmonella enteritidis, Pseudomonas putida, Rhizopus stolonifer, Botrytis cinerea, Penicillum roqueforti, Penicillum digitatum, Aspergillus niger Tuy nhiên nồng độ O2 không ngặn chặn được

các loài : Pseudomonas fragi, Bacillus cereus, Lactobacillus sake, Yersinia enterotolitica và Listeria monocytogenes nhưng việc thêm 10 – 30% CO2 sẽ ngăn chặn được sự phát triển củachúng

Hình 8: Sự phát triển của nấm mốc bị ức chế bởiù các loại hỗn hợp khí

Hình 9: Nấm mốc Penicillium digitatum ở cam bị ức chế bởi các loại hỗn hợp khí

Đối với loại rau quả qua sơ chế thì thành phần khí quyển hiệu chỉnh tốt nhất là 80 – 95%

O2, 5 – 20% N2

Để phương pháp MAP nồng độ O2 cao có hiệu quả tốt nhất thì nồng độ O2 > 40%, CO2 10 25% Điều này có thể thực hiện được bằng cách giảm nhiệt độ tồn trữ, chọn bao gói những loạicó tốc độ hô hấp thấp, giảm tối thiểu bề mặt cắt của rau quả, giảm tỷ lệ thể tích chứa sản phẩmtrên thể tích khí,sử dụng những màng có thể giữ lại được O2 trong khi đó cho phép CO2 thoát ra,có thể cho vào những túi hấp thụ CO2 hoặc tạo ra lượng O2

-5 Phương thức đóng gói trong MAP cho rau quả:

a Dùng buồng hút chân không:

– Loại máy này sử dụng bao dạng màng và dùng kỹ thuật hút chân không để thay đổithành phần không khí

– Thường được sử dụng cho những loại sản phẩm bao gói có kích thước nhỏ gọn

– Sản phẩm bao gói được đặt vào trong túi nhỏ có dạng màng và được đặt vào trong buồng

– Đóng nắp lại, sau đó cho máy hoạt động hút chân không cả ở trong túi lẫn phần khôngkhí trong buồng

– Túi có thể được hàn kín lại bằng nhiệt (chân không) hoặc được hàn lại sau khi đã đượcbơm vào hỗn hợp khí được điều chỉnh

Hình 10: Buồng đóng gói chân không

b Phương thức sử dụng ống hút khí:

– Dùng kỹ thuật hút chân không để bao gói

– Sản phẩm được cho vào túi và được đặt vào vị trí hàn miệng bao, sau đó người ta đặt haiống hút khí vào hút chân không hoặc cho hỗn hợp khí mong muốn vào trong túi rồi hàn miệngbao lại

– Dụng cụ này được sử dụng đóng gói cho những sản phẩm sản xuất ở qui mô nhỏ

Hình 11: Thiết bị đóng gói sử dụng ống khí

c Kiểu đóng gói sản phẩm đặt trên những khay:

– Sử dụng kỹ thuật hút chân không

– Sản phẩm được đặt trên các khay, không khí bên trong sẽ được hút ra ngoài sau đó hỗnhợp không khí có thành phầm mong muốn sẽ được bơm vào và hàn kín miệng bao lại

– Phương thức đóng gói này được điều khiển tự động, thường được dùng để đóng gói trênmột dây chuyền vì vậy mà có thể áp dụng ở nhiều nhà máy, xí nghiệp lớn.

Hình 12: Thiết bị đóng gói bao bì dạng khay

Hình 13: Thiết bị đóng gói dạng TFFS

6 Các loại bao bì sử dụng trong MAP cho rau quả:

Hai thông số kỹ thuật quan trọng trong MAP là độ thấm khí và độ thấm hơi nước Dựa trêntính chất chống thấm O2 , vật liệu bao gói thường được phân thành các loại sau:

– Độ chống thấm khí thấp >300cm3/m2/ ngày

– Độ chống thấm khí trung bình 50 - 300 cm3/m2/ ngày

– Độ chống thấm khí cao10 - 50 cm3/m2/ ngày

– Độ chống thấm khí siêu cao <10 cm3/m2/ ngày

Yêu cầu đối với vật liệu làm bao bì : có độ thấm khí phù hợp, trong suốt, dễ hàn nhiệt vàchống sương đọng

MAP có thể được tạo ra thụ động bằng cách sử dụng bao bì thấm khí thích hợp hoặc linhđộng bằng cách dùng hỗn hợp khí có tỉ lệ mong muốn kết hợp với sử dụng bao bì thấm khí Mục

đích của phương pháp MAP là tạo một sự cân bằng khí tốt nhất trong bao khi đó hoạt động hôhấp của rau quả là thấp nhất có thể Bầu khí quyển cân bằng trong màng bao phụ thuộc vào rấtnhiều yếu tố : tốc độ hô hấp của rau quả, tính thấm cùa màng, tỷ lệ giữa thể tích vùng chứa sảnphẩm và vùng chứa khí bên trên, ánh sáng…

Hạn chế của phương pháp này là khó khăn để tìm được vật liệu có độ thấm khí phù hợpvới tốc độ hô hấp của rau quả Hầu hết những màng bao đều không đảm bảo nồng độ O2 và CO2

tối ưu trong bao bì, trong nhiều trường hợp dẫn đến sự hô hấp yếm khí hay sự hoạt động của visinh vật kị khí Để giải quyết điều này,người ta đã tạo ra những vi lỗ có kích cỡ và số lượng xácđịnh trên màng bao để tạo điều kiện cho những loại rau quả có tốc độ hô hấp cao như bông cảixanh, súplơ, cà rốt, giá , nấm, rau diếp…, ngăn chặn những vi sinh vật yếm khí

a Màng plastic:

 LDPE (linear low density polyethylen)

– Là màng polyethylen có tỷ trọng thấp được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp khíethylen C2H4

– Tỷ trọng : 0,91  0,925 g/cm3

– Đặc tính :

Trong suốt, hơi có ánh mớ, có bề mặt bóng láng, mềm dẻo

Tnc = 85  930C

Bền cơ học cao dưới tác dụng của axít, kiềm,dung dịch muối vô cơ

Bị hư hỏng khi tiếp xúc với các dung môi hữu cơ và các chất tẩy như H2O2, HClO …

Chống thấm O2, CO2 kém

Chống thấm nước và hơi nước tốt

Dùng để bao gói rau, quả tươi sống bảo quản theo phương pháp ức chế hô hấp rất hiệu quả và kinh tế

 Chống thấm hơi và nước kém hơn PE

 Chống thấm khí và chống thấm dầu mỡ cao

 Không bị hư hỏng bởi acid và kiềm

 Bị phá hủy bởi các dung môi hữu cơ

 Làm màng co vì có tính khá mềm dẻo để bao bọc các loại rau quả tươi sống

 EVA (ethylen vinyl acetat)

– Là loại màng được sản xuất bằng phương pháp đồng trùng hợp ethylen và vinyl acetat

– Loại màng EVA có tỉ lệ VA khoảng 7  8% thì có tính chất giống LDPE, VA khoảng 15

 20% thì khá giống PVC nhung dẻo dai hơn được dùng làm màng co

– Đặc tính :

Mềm dẻo

Độ bền cơ học cao hơn LDPE

Tính chống thấm hơi nước và khí thấp hơn LDPE

 OPP (oriented polypropylen)

– Là màng polypropylen cải tiến

– Tỷ trọng : 0,902  0,907 g/cm3

– Đặc tính :

Trong suốt và bóng bề mặt

Độ bền cơ học cao

Chống thấm khí hơi tốt

– Một số loại thực phẩm như rau xà lách, nấm rơm, bông cải xanh… cần được đóng bao bìcó bơm khí, với bao bì làm bằng vật liệu plastic OPP

 Polyamide (nylon)

– Là một loại plastic tạo ra từ phản ứng trùng ngưng của một loại acid hữu cơ và một amin

– Đặc tính :

Bền cơ học, trong suốt,có độ bóng bề mặt cao, mềm dẻo

Không bị tác động bởi acid và kiềm yếu nhưng bị hư hỏng khi tiếp xúc với acid và kiềm nồng độ cao

Tính chống thẩm thấu khí hơi rất tốt (thường được sử dụng làm bao bì đóng gói chân không)

Bảng 4: Khả năng thấm khí hơi và nước, khả năng chịu đựng trong các môi trường hóa học của các loại plastic

RH)

Khả năng chịu đựng trong môi trường

GHI CHÚ:

PVC thường sử dụng chủ yếu để bao gói bên ngoài những sản phẩm, còn PP và LDPE được sử dụng để đóng gói những sản phẩm chế biến tối thiểu

Bảng 5: Ứng dụng các loại vật liệu trong bao gói rau quả

Rau quả Vật liệu bao gói Độ dày (μm)

Bắp cải Trung Quốc xé nhỏ

Cải bắp trắng xé nhỏ

Nguyên tắc tạo màng: quả sẽ được nhúng vào dung dịch rồi vớt ra để khô sẽ tạo được lớpmàng bao xung quanh