Bao gói tự hủy sử dụng trong bao gói thực phẩm

Trong ngành công nghệ thực phẩm, việc sử dụng bao bì để bao gói là một yêu cầu tất yếu và phổ biến. Hiện nay, trong bao gói thực phẩm người ta sử dụng nhiều loại bao bì khác nhau như: bao bì giấy, bao bì kim loại, bao bì thủy tinh, bao bì chất dẻo... mỗi loại có một đặc tính và ưu, nhược điểm khác nhau. Trong đó, bao bì chất dẻo rất thông dụng và chiếm ưu thế. Bao bì chất dẻo dễ gia công và sản xuất, nhẹ, cách điện, cách nhiệt tốt, có độ bền cơ học cao và đặc biệt là rất tiện lợi khi sử dụng. Tuy vậy, nhược điểm lớn nhất của nó là phân hủy trong môi trường tự nhiên rất chậm. Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học thì qua hàng trăm năm sau nó vẫn chưa phân huỷ hoàn toàn, do đó luôn được xem là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường.Tại Việt Nam, mỗi năm các thành phố lớn thải ra khoảng 200.000 tấn nhựa, trong đó túi ni lông và bao bì nhựa là 150.000 tấn. Phần lớn được chôn lấp, gây ô nhiễm môi trường và lãng phí tài nguyên đất. Nếu mang đốt, chúng sẽ gây ô nhiễm không khí. Trong khi đó, hoạt động tái chế cần đầu tư thiết bị máy móc đắt tiền, hiệu quả kinh tế lại thấp. Điều này đã dẫn đến lượng nhựa phế thải trong rác thải ngày càng gia tăng, gây sức ép lớn đối với môi trường.Ngoài ra, việc sản xuất vật liệu đóng gói plastic hiện nay dựa trên nguồn nguyên liệu dầu mỏ ngày càng khan hiếm và giá thành cao. Nguồn nguyên liệu này không tái tạo. Để khắc phục những nhược điểm của bao bì chất dẻo hiện nay người ta đã nghiên cứu chế tạo ra các loại bao bì tự hủy được sản xuất từ các nguồn tự nhiên như tinh bột, xenlulo... Chúng là loại nguyên liệu rẻ tiền, phong phú, dễ kiếm đặc biệt là thân thiện với môi trường và không gây ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng.Vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài “Bao gói tự hủy sử dụng trong bao gói thực phẩm

PHẦN 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong ngành công nghệ thực phẩm, việc sử dụng bao bì để bao gói là một yêu cầu tất yếu và phổ biến. Hiện nay, trong bao gói thực phẩm người ta sử dụng nhiều loại bao bì khác nhau như: bao bì giấy, bao bì kim loại, bao bì thủy tinh, bao bì chất dẻo mỗi loại có một đặc tính và ưu, nhược điểm khác nhau. Trong đó, bao bì chất dẻo rất thông dụng và chiếm ưu thế. Bao bì chất dẻo dễ gia công và sản xuất, nhẹ, cách điện, cách nhiệt tốt, có độ bền cơ học cao và đặc biệt là rất tiện lợi khi sử dụng. Tuy vậy, nhược điểm lớn nhất của nó là phân hủy trong môi trường tự nhiên rất chậm. Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học thì qua hàng trăm năm sau nó vẫn chưa phân huỷ hoàn toàn, do đó luôn được xem là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường. Tại Việt Nam, mỗi năm các thành phố lớn thải ra khoảng 200.000 tấn nhựa, trong đó túi ni lông và bao bì nhựa là 150.000 tấn. Phần lớn được chôn lấp, gây ô nhiễm môi trường và lãng phí tài nguyên đất. Nếu mang đốt, chúng sẽ gây ô nhiễm không khí. Trong khi đó, hoạt động tái chế cần đầu tư thiết bị máy móc đắt tiền, hiệu quả kinh tế lại thấp. Điều này đã dẫn đến lượng nhựa phế thải trong rác thải ngày càng gia tăng, gây sức ép lớn đối với môi trường. Ngoài ra, việc sản xuất vật liệu đóng gói plastic hiện nay dựa trên nguồn nguyên liệu dầu mỏ ngày càng khan hiếm và giá thành cao. Nguồn nguyên liệu này không tái tạo. Để khắc phục những nhược điểm của bao bì chất dẻo hiện nay người ta đã nghiên cứu chế tạo ra các loại bao bì tự hủy được sản xuất từ các nguồn tự nhiên như tinh bột, xenlulo Chúng là loại nguyên liệu rẻ tiền, phong phú, dễ kiếm đặc biệt là thân thiện với môi trường và không gây ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng. Vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài “Bao gói tự hủy sử dụng trong bao gói thực phẩm”. PHẦN 2 NỘI DUNG 2.1 Tổng quan về bao gói tự hủy Các quy định về môi trường ngày càng chặt chẽ nên vấn đề sử dụng vật liệu nguồn gốc sinh học làm bao bì thay thế các vật liệu cũ đang trở nên cấp thiết. Các vật liệu từ nguồn nông sản như tinh bột và dẫn xuất monome sinh học đều được xác định là những vật liệu có tiềm năng làm bao bì thực phẩm. Các loại vật liệu tự nhiên dùng làm bao bì (dùng cho thực phẩm) dễ bị phân hủy sinh học sẽ đóng vai trò hết sức quan trọng nhất là ở các nước chuyên xử lý chất thải bằng biện pháp chôn lấp [18]. *Khái niệm bao bì tự hủy [9]: Bao bì tự hủy được chia làm hai loại: tự hủy thông thường và tự hủy sinh học. + Tự hủy thông thường (degradable): là quá trình phân rã vỡ vụn bao bì nhựa (có nguồn gốc từ dầu mỏ) từ mảnh lớn thành nhiều mảnh nhỏ không có lợi cho môi trường do khó thu gom và không làm bồi bổ cho đất. +Tự hủy sinh học (biodegradable): là quá trình phân hủy triệt để bao bì nhựa (từ nguyên liệu nhựa có nguồn gốc thực vật) do tác động của vi sinh vật và độ ẩm thành phân hữu cơ (compost). Và trong đồ án này chúng tôi chỉ tìm hiểu về bao bì tự phân hủy sinh học (biodegradable) sử dụng trong bao gói thực phẩm. * Chu trình phân hủy của bao bì tự hủy sinh học (biodegradable polymer) [35]: Các polymer được tách trực tiếp từ thực vật (tinh bột, cenlulose) được tạo thành vật liệu bao gói bằng cách: + Thực hiện quá trình phối trộn với các phụ gia để tạo màng bao gói. + Hoặc từ nguồn nguyên liệu là tinh bột, cenllulose thực hiện quá trình lên men tạo Polyhydroxyalkanoates (PHA) để sản xuất chất dẻo bao gói thực phẩm. Ngoài ra từ nguồn nguyên liệu là vỏ giáp xác (tôm, cua, ghẹ…) qua quá trình xử lý tạo chitin sau đó thực hiện deacetyl hóa tạo màng chitosan để bao gói và bảo quản thực phẩm. Các loại bao gói được sản xuất từ các nguồn tự nhiên này có khả năng phân hủy sinh học tạo CO 2 và nước cung cấp trở lại cây trồng để thực hiện quá trình hô hấp và tổng hợp tinh bột, cellulose… Quá trình tổng hợp và phân hủy các polymer này là một chu trình tuần hoàn (Hình 1). Hình 1: Vòng đời của các polymer phân hủy sinh học * Bao bì tự hủy sản xuất từ vật liệu sinh học phải đáp ứng được các tiêu chuẩn như: + Tính chống thấm (nước, khí, ánh sáng, mùi). + Đặc tính quang học (trong suốt). + Tính co giãn, có thể đóng dấu hoặc in ấn dễ dàng, kháng nhiệt và hóa chất… + Tính ổn định như thân thiện với môi trường và có giá cả cạnh tranh. Hơn nữa, bao bì phải phù hợp với quy định về bao bì thực phẩm, tương tác giữa bao bì và thực phẩm phải đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm. * Phân loại bao bì tự hủy [18]: Trên cơ sở phương pháp sản xuất, nói chung các vật liệu polyme sinh học dùng để sản xuất bao bì tự hủy được chia thành ba nhóm chính sau: + Polyme được tách trực tiếp từ các nguồn tự nhiên (chủ yếu là thực vật) ví dụ như: các polysaccarit (tinh bột, xenluloza,chitin và chitosan) và protein (như casein, gluten của bột mỳ). + Polyme được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp hóa học từ monome. Ví dụ: Vật liệu polylactat (PLA) là một polyeste sinh học được polyme hóa từ monome axit lactic. Các monome này được sản xuất nhờ phương pháp lên men các cacbonhyđrat tự nhiên. + Polyme được sản xuất nhờ vi sinh vật hoặc vi khuẩn cấy truyền gen. Vật liệu polyme sinh học điển hình nhất trong trường hợp này là polyhydroxy – alkanoat (PHA); chủ yếu là polyhydroxybutyrat (PHB) và copolyme của PHB và hydroxy- valerat (tên thương mại là biopol). Cả ba loại polyme sinh học nói trên đều có tiềm năng làm nguồn vật liệu cho bao bì trong tương lai gần và sẽ thay thế các loại bao bì vật liệu polyme hiện tại có nguồn gốc dầu mỏ như: PE, PS, PP, PC… * Hiện nay, có 3 loại polymer phối trộn phổ biến được sản xuất từ vật liệu tinh bột [17]: + Poly (hydroxyalkanoates): PHA + Poly lactic acid: PLA + Thermoplastic tinh bột (TPS) Vật liệu từ tinh bột có một số ưu điểm: + Đây là nguồn nguyên liệu rẻ, phong phú có nhiều ở ngũ cốc, một số loại củ và đậu. + Tinh bột có hai thành phần là amilose và amilopectin. + Đặc tính của tinh bột: Có khả năng kết hợp với plastic truyền thống, đặc biệt là kết hợp với polyolefins. Khi đó plastic sẽ phân hủy được bởi vi sinh vật, vi sinh vật sẽ sử dụng tinh bột trong sự kết hợp giữa tinh bột và plastic nên sẽ làm tăng độ xốp và tạo khoảng trống làm mất tính nguyên vẹn của mạng lưới plastic. 2.2 Giới thiệu một số vật liệu sản xuất bao bì tự hủy 2.2.1 Polylactic acid (PLA) 2.2.1.1 Đặc điểm PLA là một loại polyester mạch thẳng, thuộc nhựa nhiệt dẻo, sản phẩm ngưng tụ của acid lactic [33]. PLA là một trong những vật liệu hứa hẹn nhất thu được từ quá trình lên men từ nguyên liệu sắn, ngô, rỉ đường… là tài nguyên tái tạo dễ phân hủy sinh học. PLA có khả năng phân hủy hoàn toàn trong môi trường tự nhiên trong thời gian 6- 24 tháng [36]. Trong tất cả các biopolymer thì polylactic acid có tính chất thương mại nhất. PLA thương mại là một chất đồng trùng hợp giữa poly (L-lactic acid) và poly (D-lactic acid). Tùy thuộc vào tỷ lệ L-lactide/D- lactide mà các tính chất PLA có thể thay đổi đáng kể [35]. 2.2.1.2. Cấu tạo và tính chất * Cấu trúc hóa học của PLA [35] * Tính chất vật lý: +Tồn tại ở nhiệt độ 20 o C và áp suất 101,3 kPa và là những viên sáng bóng, trong mờ, hoặc mờ đục, có mùi kẹo. + Điểm nóng chảy: <140 o C + Tỷ trọng: 1.25 + Là chất không bay hơi + Kích thước hạt: Mỗi viên khoảng 40mg + Độ hòa tan trong nước: khoảng 20mg/l tại 20 o C + Hằng số phân ly: không có mặt các nhóm phân ly + Không dễ bốc cháy và không nổ. + Có khả năng phân hủy hoàn toàn trong điều kiện môi trường tự nhiên. + PLA có tính bền cơ học,trong suốt, tính đàn hồi cao, dễ gia công nhiệt nhiệt như cán mỏng, tạo khuôn, thổi phun… +Không độc đối với con người. +Thời gian phân hủy ngắn hơn so với các chất dẻo thông thường khác. + Khối lượng phân tử lớn. * Tính chất hóa học [35]: - Do PLA chịu nước kém nên xảy ra sự thủy phân và phân cắt của các mối liên kết este qua phản ứng thủy phân PLA (Hình 2). Hình 2: Phản ứng thủy phân PLA Sự phân hủy PLA [22]: - Trong tự nhiên, sự phân hủy polymer gây ra bởi kích hoạt nhiệt, thủy phân, hoạt động sinh học (ví dụ: enzyme), quá trình oxy hóa hoặc phóng xạ. - Trong quá trình phân hủy của các polymer chịu sự tác động của môi trường. Môi trường có một ảnh hưởng quan trọng về số lượng của vi sinh vật và về hoạt động của VSV. Thông số như độ ẩm, nhiệt độ, độ pH, sự có mặt hay không có mặt của oxy và cung cấp các chất dinh dưỡng cho VSV, VSV sẽ phân hủy polymer. - Quá trình này cũng phụ thuộc vào cấu trúc hóa học và đặc tính vật lý của polymer. Chúng bao gồm khả năng khuếch tán, độ xốp, hình thái học, qua liên kết, phản ứng hóa học, độ bền cơ học, chịu nhiệt, và khả năng chống bức xạ điện từ. - PLA có thể được thủy phân với nước sôi hoặc hơi nước để có thể được tái chế trở lại monomer. Điều này có thể dẫn đến tái chế phân tử. - PLA có thể được thủy phân ở 18 0 C đến 35 0 C trong 30 phút. Chu trình phân hủy của PLA: Acid Lactic được tổng hợp từ nguồn thực vật (tinh bột) qua quá trình trùng hợp thu được các oligomer PLA, dưới tác động của các vi sinh vật và điều kiện ngoại khác thì các oligomer PLA này bị phân hủy tạo CO 2 và nước cung cấp trở lại cho cây trồng (Hình 3). Hình 3: Vòng đời của PLA * Các đồng phân của PLA [18]: Poly D,L- Lactic acid được tổng hợp từ L (-), D (+) và monome acid DL- lactic tương ứng. Chúng có tính chất hóa học cũng như vật lý khác nhau do sự có mặt một nhóm methyl gắn vào nguyên tử cacbon ở vị trí alpha [2]. 2.2.1.3. Quá trình sản xuất PLA là một chất đồng trùng hợp giữa poly (L-lactic acid) và poly (D- lactic acid. Sự trùng hợp của các PLA đòi hỏi các monomer có độ tinh khiết cao, sự có mặt các tạp chất gây trở ngại trong quá trình phản ứng và làm giảm chất lượng của polymer. Các monome (Lactic acid) này được sản xuất nhờ phương pháp lên men các cacbonhydrat tự nhiên như đường, tinh bột… là những vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm và dễ phân hủy sinh học [22]. * Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất PLA [26]: Quá trình tổng hợp PLA gồm các giai đoạn (Hình 4): + Tổng hợp tinh bột + Thủy phân tinh bột tạo Dextrose (glucose). + Lên men glucose tạo acid Lactic. + Trùng hợp mở vòng tạo PLA. Hình 4: Quá trình sản xuất PLA tổng quát * Có 4 phương pháp được sử dụng cho sự tổng hợp PLA [22]: + Trùng ngưng mở vòng lactide (sản phẩm đồng trùng hợp của lactic acid) + Trùng ngưng đẳng phí lactic acid. + Trùng ngưng trực tiếp trong dung dịch. + Trùng hợp ở trạng thái rắn. Sơ đồ các phương pháp tổng hợp PLA (Hình 5): Hình 5: Sơ đồ các phương pháp tổng hợp PLA * Một số phản ứng đặc trưng tổng hợp PLA[22]: - Solid state polymerisation (SSP): Sự trùng hợp ở trạng thái rắn - Ring opening polymerisation (ROP): sự trùng hợp mở vòng [...]... ứng dụng PLA đáp ứng yêu cầu như là một cái bao bì nhựa nhiệt dẻo và được sử dụng như một mặt hàng bao bì nhựa như PVC, LDPE, LLDPE, PP, và PS PLA được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: bao gói, màng phủ trong nông nghiệp, dệt may, và trong y học như chỉ phẫu thuật, các thiết bị đặt vào bên trong cơ thể và dụng cụ truyền thuốc…(Hình 8) [35] Hình 8: Sơ đồ ứng dụng của PLA Trong công nghệ thực phẩm. .. trồng Bao bì bọc bầu ươm cây phục vụ nhu cầu sản xuất cây giống Túi bọc bầu ươm cây giống không phân hủy hiện nay thay thế cho hầu hết các loại cây giống và các loại giống cây rừng Bên cạnh đó còn có bao bì túi đựng hàng hóa, bao gói thực phẩm cũng đang là chủng loại sản phẩm thông dụng có nhu cầu sử dụng rất lớn [13] Công ty ALTA tại TP.HCM đã sản xuất được bao bì nhựa tự hủy Sản phẩm có thể tự rã... năng tăng tốc sự phân hủy sinh học nhưng không mất đi các tính chất của bao bì trong thời gian sử dụng Ngoài ra, công ty Cascades của Canada cũng đã thành công trong sản xuất loại bao bì sử dụng nhựa xốp Polystyrene này sẽ bị phân hủy sinh học trong 3 năm mà không mất đi các tính chất của bao bì Loại nhựa này được đặt tên là Bioxo Bioxo sử dụng các phụ gia chất dẻo có thể phân hủy sinh học toàn bộ... ứng dụng Chitosan và dẫn xuất của chúng có rất nhiều ứng dụng trong nông nghiệp trong nông nghiệp, công nghệ thực phẩm, công nghiệp nhẹ, y học và một số ngành khác Chitosan có thể được bào chế ra nhiều hình thức khác nhau: chất dẻo, bột nhuyễn, lát mỏng … * Một số ứng dụng của màng chitosan trong công nghệ thực phẩm: Chitosan có nguồn gốc tự nhiên, không độc, an toàn cho người sử dụng làm thực phẩm. .. hợp Khi đặt trong môi trường sinh vật tự nhiên thì nó tự phân hủy thành CO2 và nước Điều này giúp nó có nhiều ứng dụng trong cuộc sống * Nhược điểm + Tốn năng lượng để tổng hợp + Giá thành cao 2.2.3 Nhựa tự phân hủy 2.2.3.1 Đặc điểm Nhựa tự phân hủy là loại nhựa có nguồn gốc xuất phát từ nguồn thực vật, có khả năng tái tạo như dầu thực vật, bột bắp, bột đậu hay vi khuẩn sinh học Nhựa tự phân hủy có nhiều... Tinh bột có khả năng tạo màng, tạo sợi Khả năng tạo màng bao của tinh bột được ừng dụng trong nhiều lĩnh vực: làm màng bao thuốc viên, đặc biệt màng bao tinh bột dùng để bao gói thực phẩm đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm 2.2.5.3 Quá trình sản xuất * Phương pháp tạo màng màng tinh bột: Cho tinh bột (Amylose và Amylopectin) phân tán trong nước đến một nồng độ nhất định không quá đặc hoặc... bao bì khoảng 6 tháng [8] 2.2.1.5 Ưu nhược điểm * Ưu điểm + Là vật liệu bao gói thân thiện với môi trường và dễ phân hủy + Nhờ không sử dụng các loại hóa chất tổng hợp, bao bì sinh học sẽ an toàn đối với thực phẩm và sức khỏe của người sử dụng + Các đặc tính của nó cũng không thua kém gì so với các loại bao bì khác và việc sử dụng chúng để thay thế các loại vật liệu khác sẽ trở thành xu thế của thế... đồ ứng dụng của PLA Trong công nghệ thực phẩm PLA có thể được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất bao bì, dụng cụ chứa đựng thức ăn nhanh trong các cửa hàng thực phẩm như: Các loại chén, dĩa, muỗng, ly uống, ống hút, dao kéo dùng một lần… PLA còn được sử dụng để làm các lớp lót trong chén cho đồ uống nóng, thức ăn ngon và bao bì chứa đựng thực phẩm Nhóm chuyên gia thuộc Đại học KAIST (Hàn Quốc) và Tập đoàn... được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và dùng để bảo quản thực phẩm [27] Chitosan dùng bao gói bảo quản nhãn trong môi trường có nồng độ CO2 cao hơn khí quyển thì kéo dài thời gian bảo quản lên 3- 9 lần so với cùng điều kện bảo quản không có bao bì [1] Phó Giáo sư tiến sĩ Lê Văn Hòa, Phó Giáo sư tiến sĩ Nguyễn Bảo Vệ, Trưởng Bộ môn Khoa học Cây trồng, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, ... Công Nghệ Thực Phẩm của Trường ĐHNL TP Hồ Chí Minh đã nghiên cứu tạo ra một lớp màng vỏ bọc chitosan, sản phẩm có thể sử dụng để bọc các loại thực phẩm tươi sống giàu đạm, dễ hư hỏng như cá, thịt Bằng cách bổ sung các loại chất phụ gia khác nhau như: ethylen glycol (EG), polyethylen glycol (PEG), glycerin nhằm tăng tính dẻo dai và đàn hồi của màng Màng chitosan này đã được ứng dụng trong bao gói xúc . chúng tôi thực hiện đề tài Bao gói tự hủy sử dụng trong bao gói thực phẩm . PHẦN 2 NỘI DUNG 2.1 Tổng quan về bao gói tự hủy Các quy định về môi trường ngày càng chặt chẽ nên vấn đề sử dụng vật. ĐỀ Trong ngành công nghệ thực phẩm, việc sử dụng bao bì để bao gói là một yêu cầu tất yếu và phổ biến. Hiện nay, trong bao gói thực phẩm người ta sử dụng nhiều loại bao bì khác nhau như: bao. hữu cơ (compost). Và trong đồ án này chúng tôi chỉ tìm hiểu về bao bì tự phân hủy sinh học (biodegradable) sử dụng trong bao gói thực phẩm. * Chu trình phân hủy của bao bì tự hủy sinh học (biodegradable