Chuyên đề ỨNG DỤNG PLASMA TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP.HCM TRUNG TÂM THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ  BÁO CÁO PHÂN TÍCH XU HƯỚNG CƠNG NGHỆ Chun đề: ỨNG DỤNG PLASMA TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM Biên soạn: Trung tâm Thông tin Khoa học Công nghệ TP HCM Với cộng tác của: TS Trịnh Khánh Sơn Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP.HCM ThS Thái Văn Phƣớc Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP.HCM TP.Hồ Chí Minh, 08/2014 -1- MỤC LỤC I TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG PLASMA TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM Khái niệm plasma Bảo quản thực phẩm plasma 2.1 Giới thiệu 2.2 Các yếu tố có tác dụng khử trùng plasma lạnh 2.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 2.2.2 Ảnh hưởng xạ cực tím (tia UV) 2.2.3 Ảnh hưởng gốc tự 2.2.4 Ảnh hưởng hạt tích điện 2.3 Các ứng dụng tiềm 2.3.1 Xử lý sản phẩm thô khô 2.3.2 Xử lý màng sinh học bề mặt 2.3.3 Khử trùng vật liệu đóng gói 2.3.4 Xử lý nước thải 2.4 Lợi ích mối quan tâm liên quan 2.5 Các phát gần lĩnh vực plasma lạnh việc ngừng hoạt động vi sinh vật bào tử: 10 Tạo tinh bột biến tính plasma 12 3.1 Những lý cho việc biến tính tinh bột 12 3.2 Các cơng trình nghiên cứu trước 13 II XU HƢỚNG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA TRÊN CƠ SỞ SỐ LIỆU SÁNG CHẾ QUỐC TẾ 15 Tình hình đăng ký sáng chế việc bảo quản thực phẩm nói chung 15 Tình hình đăng ký sáng chế ứng dụng plasma chế biến bảo quản thực phẩm18 III ỨNG DỤNG PLASMA TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM TẠI ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM 22 Xử lý nấm mốc ngũ cốc 22 Xử lý E.coli phi lê cá Basa 25 Biến tính tinh bột Plasma 27 Xử lý nhiễm vi sinh vật khơng khí 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 -2- ỨNG DỤNG PLASMA TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM ************************** I TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG PLASMA TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM Khái niệm plasma: Trong vật lý hóa học, Plasma chất khí ion hóa có chứa electron tự do, ion, nguyên tử phân tử trung tính Plasma thường gọi "trạng thái thứ vật chất" có tính chất vật lý độc đáo khác biệt với chất rắn, chất lỏng khí Đặc biệt, diện hạt mang điện, plasma trở nên dẫn điện trường điện từ Plasma mơi trường phản ứng hóa học nhờ kích thích phóng xạ điện từ nhiều vùng bước sóng khác Hình: Plasma – trạng thái thứ vật chất Phần lớn vật chất vũ trụ nhìn thấy (sao, môi trường hành tinh sao) trạng thái plasma Sét, tia lửa cực quang ví dụ cho plasma tự nhiên Trái Đất Hơn nữa, 150 năm qua, Plasma tạo cách nhân tạo cách cung cấp lượng cho chất khí, chất lỏng chất rắn Plasma sử dụng nghiên cứu cho nhiều ứng dụng, như: sửa đổi bề mặt, chuyển đổi hóa học, phát quang kiểm soát phản ứng nhiệt hạch hạt nhân [1] Dựa vào tính chất nhiệt động lực học mà plasma chia làm hai loại là: plasma nóng– thermal Plasma plasma lạnh – non-thermal Plasma -3-  Plasma nóng: Plasma trạng thái cân nhiệt động lực học Plasma nóng đặc trưng áp suất lớn (103 Pa) nhiệt độ electron lớn (> 104K) Mức độ ion hóa tổng số phần tử plasma gần 100%  Plasma lạnh: Trong số tình huống, hầu hết lượng kết hợp chủ yếu giải phóng electron tự vượt nhiệt độ thành phần plasma nặng (các ion, trung tính) tạo cường độ xử lý khác Hỗn hợp điện tử mang lượng cao - ion dạng trung tính gọi phi nhiệt Plasma khơng cân Nếu nhiệt độ khí gần cao nhiệt độ phòng, lúc plasma gọi "plasma lạnh" Ngay trạng thái khơng cân nhiệt, nhiệt độ khí tăng đến 103K Trong trường hợp gọi "plasma phi nhiệt nóng" hay "plasma tịnh tiến" đánh dấu chuyển đổi sang chế độ nhiệt Plasma lạnh có mức ion hóa thấp nằm khoảng 10-4 – 10-1 [1,2] Hình: Phân loại Plasma Bảo quản thực phẩm plasma 2.1 Giới thiệu: Plasma lạnh (Non-thermal Plasma - NTP) dòng vật chất tích điện mang lượng cao, bao gồm phân tử khí, hạt tích điện ion, ion âm, gốc tự do, điện tử xạ điện từ (photon) nhiệt độ gần phòng NTP cơng nghệ công nghệ không sử dụng nhiệt độ cao với ứng dụng tiềm để khử trùng ngành công nghiệp thực phẩm Các nghiên cứu -4- NTP sử dụng để khử trùng nguyên liệu thô, loại hạt khơ vật liệu đóng gói, Những dẫn chứng sau chứng minh cho thấy ứng dụng tiềm Plasma chế biến thực phẩm [3] 2.2 Các yếu tố có tác dụng khử trùng plasma lạnh: Khử trùng plasma trình phức tạp từ nhiều yếu tố chúng tương tác với tế bào vi khuẩn Các yếu tố có tác dụng khử trùng plasma lạnh đề cập bao gồm: nhiệt, xạ cực tím (UV), hạt tích điện gốc tự [4] 2.2.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ: Nhiệt độ khí chùm plasma nhiệt độ phòng Do q trình khử trùng, nhiệt độ plasma khơng có tác dụng lên tế bào vi khuẩn [4] 2.2.2 Ảnh hƣởng xạ cực tím (tia UV): Plasma phát sinh tia UV với bước sóng khác nhau, nhiên có bước sóng xạ tia UV khoảng 200-300nm gây hại, gây chết tế bào, tác động tạo liên kết chéo hai thymine (thymine dimer) DNA vi khuẩn dẫn đến ức chế trình chép hay sinh sản vơ tính vi khuẩn Sự diện tia UV plasma phụ thuộc nhiều vào áp suất mơi trường Plasma áp suất chân khơng tạo xạ UV khoảng bước sóng gây chết tế bào Điều giải thích vai trò quan trọng xạ UV khử trùng plasma áp suất thấp Ngược lại, plasma lạnh áp suất thường vai trò xạ UV khơng quan trọng khơng tạo xạ tia cực tím bước sóng 200-285nm, photon tia cực tím khơng có khả tham gia vào bất hoạt vi sinh vật [4] 2.2.3 Ảnh hƣởng gốc tự do: Plasma (đặc biệt áp suất cao) qua đường va chạm, tác động kích thích điện tử phản ứng phân ly tạo gốc tự oxy hóa (ROS- Reactive oxygen species) có tác dụng diệt khuẩn mạnh ROS phân tử hóa học cấu trúc chứa oxy có khả phản ứng mạnh gồm: oxygen (O2), superoxide (O2-), peroxide (O2-2), hydrogen peroxide (H2O2), hydroxyl radical (OH), hydroxyl ion (OH-) ROS sản phẩm chuyển hóa tự nhiên thể đóng vai trò quan trọng tế bào cân nội môi Tuy nhiên, sau thời gian bị tác động từ môi trường (nhờ UV hay tiếp xúc với nhiệt độ cao) nồng độ ROS tăng lên cách đột ngột, ROS ngoại sinh tạo thành xạ ion hóa Các gốc tự oxy nitơ (ROS RNS) gây loạt phản ứng sinh học (có hại hay có lợi) tùy thuộc vào liều lượng chủng vi sinh vật Đối với vi sinh vật nhân thực nhờ nấm mốc, ROS oxy hóa mạnh mẽ lên cấu -5- trúc bên ngồi tế bào, làm thay đổi trình sinh trưởng sợi nấm gây khác biệt bào tử Sự phát triển nấm mốc liên quan với mức độ thay đổi ROS Hơn nữa, ozone (O3) tạo gây trở ngại cho hệ thống hô hấp tế bào có tác dụng diệt khuẩn [5] [9] [10] Nước chiếm tỉ lệ lớn thể vi sinh vật nên khả xảy phân ly tác nhân ngoại sinh (trường hợp khí ion hóa plasma) cao Trong q trình này, nước bị electron trở nên hoạt động Sau xảy chuỗi phản ứng gồm bước:  Nước chuyển thành gốc hydroxy (-OH), hydrogen peroxide (H2O2), gốc superoxide (O2-) oxygen phân tử (O2)  Gốc hydroxy hoạt động, lấy electron phân tử gần  Phân tử electron trở thành gốc hoạt hóa chuỗi phản ứng Hydrogen peroxide nguy hiểm với DNA gốc hydroxy khả hoạt động thấp hơn, cho phép có đủ thời gian để phân tử di chuyển vào nhân, sau tiến hành phá hủy đại phân tử nhờ DNA Các nhà nghiên cứu tạo plasma từ argon (Ar) khơng khí, sử dụng phân tích quang phổ phát xạ (OES) để xác định gốc tự do, hydroxyl (OH) trạng thái hoạt động (309 nm) oxygen (778 nm) Argon plasma Tuy nhiên, điểm tương ứng với gốc oxy tự hydroxyl không quan sát thấy plasma không khí Trong khoảng 690 - 900 nm Argon plasma, 300-400 nm plasma khơng khí; phân tử Argon (trong Argon plasma) Nitơ (trong plasma khơng khí) kích thích lượng cao (điện áp), sau trở trạng thái chúng Argon Nitơ tham gia việc tạo ROS trường hợp hydroxyl oxygen -6- Hình: Phân tích quang phổ phát xạ (OES) plasma a) Quang phổ phát xạ tạo khí argon (Ar) (biểu đồ bên trái) khơng khí (đồ thị bên phải) b) Quang phổ phát xạ, plasma sinh hydroxyl (OH) khoảng 280 đến 340 nm đạt trạng thái kích thích (tại 309 nm) 2.2.4 Ảnh hƣởng hạt tích điện: Các hạt tích điện đóng vai trò quan trọng việc làm vỡ màng tế bào Chúng tích tụ bề mặt màng tế bào, gây lực tĩnh điện, lực vượt qua sức căng màng làm vỡ tế bào Một giải thích khác điện tử gắn cấu trúc màng tế bào, làm giảm điện tử gây thay đổi bề mặt màng; điều làm tăng tính thấm màng tế bào, sau phá hủy chúng 2.3 Các ứng dụng tiềm năng: Plasma lạnh (NTP) kết hợp plasma lượng cao với chế độ xử lý nhiệt độ mơi trường, đặc biệt thích hợp cho khử trùng môi trường chế biến thực phẩm (Yu et al 2006), bao gồm: khử trùng bề mặt khô (thịt, gia cầm, cá sản phẩm rau tươi sau thu hoạch), thực phẩm dạng hạt (sữa bột, loại thảo mộc gia vị) hạt giống -7- 2.3.1 Xử lý sản phẩm thô khô: Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes Enterococcus faecalis mầm bệnh lây nhiễm qua thực phẩm gây bệnh nghiêm trọng chí tử vong số trường hợp (Yun et al 2010) Cần lựa chọn phương pháp xử lý nhằm đảm bảo an toàn vi sinh thực phẩm giảm thiểu thay đổi thuộc tính cảm quan, dinh dưỡng tính chất (Manas Pagán 2005) Thông thường, phương pháp khử trùng nhờ nhiệt độ, hóa học loại khí (ví dụ ethylene oxide, hydrogen peroxide) sử dụng để khử trùng bề mặt trái cây, gia vị, hạt…nhưng thường ảnh hưởng có hại đến thực phẩm để lại dư lượng sau trình xử lý (Muranyi et al 2007) Plasma lạnh cung cấp bước điều trị sản phẩm tươi sống, giúp giảm thiểu vi khuẩn mà khơng ảnh hưởng xấu đến đặc điểm dinh dưỡng khác Các ion plasma lạnh thâm nhập vào vết nứt khe hở quan có hình dạng phức tạp 2.3.2 Xử lý màng sinh học bề mặt: Vi sinh vật nhúng môi trường giàu dinh dưỡng màng sinh học, chúng sinh trưởng bảo vệ khỏi áp lực xử lý plasma (Vleugels et al 2005) Công nghiệp thực phẩm nhờ sản xuất bia, chế biến sữa, sản phẩm tươi sống, chế biến gia cầm chế biến thịt gặp phải vấn đề liên quan đến màng sinh học (Simões et al 2010; Chen et al 2007; Frank et al 2003; Jessen Lammert 2003; Somers Wong 2004) Công nghệ plasma xử lý mối đe dọa việc hình thành màng sinh học bề mặt chế biến (Critzer et al 2007) Dénes et al (2000) tuyên bố plasma oxy giúp tăng khả chống bám dính vi khuẩn cách làm khử trùng bề mặt không bao phủ màng sinh học Vleugels đồng nghiệp (2005) báo cáo mẫu ớt chuông đỏ, xanh màu vàng thay đổi màu sắc không đáng kể sau tiếp xúc với plasma Plasma khí sử dụng để loại bỏ chất gây dị ứng từ bề mặt thiết bị chế biến thực phẩm (Shama et al 2009) Leipold et al (2010) nghiên cứu khử trùng dụng cụ cắt sử dụng chế biển thịt plasma lạnh áp suất thường môi trường khơng khí Listeria innocua gây nhiễm lên dao Kết giảm log L innocua sau 340s nhiệt độ dao thấp 30 Ragni cộng (2010) nghiên cứu hiệu plasma (RBD) khử -8- trùng bề mặt vỏ trứng Nồng độ Salmonella enteritidis giảm 2,2-2,5 log CFU/vỏ trứng sau 60-90 phút xử lý 35% RH Hiệu phương pháp tăng RH cao 65%, giảm 3,8 4,5 log CFU / vỏ trứng sau 90 phút xử lý plasma Kết tương tự Salmonella typhimurium, làm giảm 3,5 log CFU / vỏ trứng, sau xử lý 90 phút Hiệu tiêu diệt tương đương xử lý vỏ trứng tia cực tím phương pháp ozone nghiên cứu trước (Rodriguez-Romoand Yousef 2005).Qua hình ảnh điện tử quét (SEM) nhuộm uptak cho thấy lớp biểu bì trứng khơng bị ảnh hưởng tác động plasma 2.3.3 Khử trùng vật liệu đóng gói: Bao bì thực phẩm nhằm mục đích bảo quản bảo vệ thực phẩm khỏi tác động xâm nhiễm bên ngồi, hư hỏng q trình phân phối lưu trữ Khi khơng lưu trữ điều kiện thích hợp, bao bì đóng gói bị nhiễm vi sinh vật nhiễm vào thực phẩm đóng gói làm hư hỏng thực phẩm (Turtoi Nicolau 2007) Khử trùng dây chuyền đóng chai phương pháp oxy hóa chất lỏng hydrogen peroxide, axit peracetic, nước ozone hóa vv (có khơng có xử lý nhiệt) Mặc dù hiệu quả, phương pháp tạo chất thải dạng lỏng, làm tăng chi phí Hơn nữa, có nguy nhiễm vi sinh thải mơi trường Plasma lạnh có khả bổ sung cho phương pháp hóa học thơng qua q trình khử trùng bao bì thực phẩm Nhiệt độ thấp plasma cho phép xử lý nhanh an toàn vật liệu như: chai nhựa, nắp đậy mà không ảnh hưởng xấu đến tính chất vật liệu không để lại dư lượng 2.3.4 Xử lý nƣớc thải: Khi tạo plasma chất lỏng, thể xử lý nước thải từ ngành công nghiệp thực phẩm, nước rửa thịt gia cầm (Rowan et al 2007) Đó kết hợp điện trường plasma lạnh tạo gốc tự do, electron tự do, tia UV yếu tố điện mức 10-40 kV / cm (Espie et al 2001) 2.4 Lợi ích mối quan tâm liên quan: Xử lý plasma công nghệ đầy hứa hẹn chỗ hoạt động nhanh chóng, khơng để lại dư chất độc hại, khí thải gia tăng nhiệt độ giữ mức chấp nhận Hơn nữa, vận hành thuận tiện cách liên tục Ảnh hưởng tia cực tím yếu tố khác plasma lên chất béo thành phần nhạy cảm khác thực phẩm vitamin C E chưa rõ ràng Các sản phẩm có hàm lượng lipid cao có khả bị ảnh hưởng q -9- trình oxy hóa, kết hình thành axit hydroxyl, keto axit, axit béo chuỗi ngắn aldehyt … gây mùi 2.5 Các phát gần lĩnh vực plasma lạnh việc ngừng hoạt động vi sinh vật bào tử:  Nhóm vi sinh vật: Escherichia coli, Bacillus subtilis, Candida albicans Staphylococcus aureus Điều kiện plasma: Plasma tần số cao (0,4 torr) plasam bề mặt (0,4-0,5 torr) sử dụng môi trường khơng khí, tần số 5,28 MHz Bề mặt xử lý / mơi trường: Tấm kính đĩa petri Kết bật: Các yếu tố có tác dụng khử trùng tạo plasma gốc OH "nóng" "lạnh", gốc N2 phân tử O2 trạng thái kích thích, xạ tia cực tím Theo Azharonok et al (2009)  Nhóm vi sinh vật: Virus cúm (RSV, hPIV-3 A (H5N2)) Điều kiện plasma: COP Bề mặt xử lý / mơi trường: Khơng khí Kết bật: Giảm 99,8% vi rút cúm A (H5N2) Theo Terrier et al (2009)  Nhóm vi sinh vật: Escherichia coli KCTC1039 , Bacillus subtilis Điều kiện plasma: Plasma tạo tần số 13,56 MHz môi trường khí Helium oxy Bề mặt xử lý / môi trường: Các tế bào vi sinh vật khô hệ thống treo endospore phiến kính Kết bật: Sau xử lý vi khuẩn, tế bào chất bị biến dạng nghiêm trọng thất thoát nhiễm sắc thể UV phát sinh từ plasma ảnh hưởng không đáng khả tồn bào tử Theo Hong et al (2009)  Nhóm vi sinh vật: Deinococcus radiodurans Điều kiện plasma: DBD Bề mặt xử lý / mơi trường: Các tế bào khơ phiến kính tế bào lơ lửng nước cất Kết bật: Giảm nồng độ CFU sau 15 giây xử lý sinh vật lơ lửng -10-        Thanh trùng, khử trùng Chân không Hợp chất hữu cơ, VSV, enzyme Chiếu xạ, xạ, sóng siêu âm, … … Nhóm sáng chế bảo quản trái cây, rau Nhóm sáng chế bảo quản thịt, cá sản phẩm từ thịt, cá Nhóm sáng chế vê bảo quản sản phẩm bánh, kẹo, … Nhóm sáng chế bảo quản sản phẩm trà, caphe, … Nhóm sáng chế bao gói, chai lọ chứa đựng bảo quản thực phẩm Nhóm sáng chế cơng nghệ làm lạnh để bảo quản thực phẩm… … Bảo quản nói chung, 23.08% Các hƣớng khác, 41.78% Trái cây, rau quả, …, 17.97% Làm lạnh, 2.42% Bao gói, chai lọ, …, 2.60% Trà, cà phê, …, 0.76% Bánh kẹo, …, 1.04% Thịt, cá, …, 10.3 5% Hình: hướng nghiên cứu theo bảng phân loại sáng chế quốc tế IPC Trong giai đoạn đầu, sáng chế quan tâm đến việc bảo quản nhóm sản phẩm phục vụ nhu cầu ăn uống ngày, như:  Sáng chế liên quan đến việc bảo quản thịt, cá, sản phẩm từ thịt – cá: có sáng chế đăng ký bảo hộ từ khoảng năm 1910  Sáng chế liên quan đến việc bảo quản trái cây, rau quả: có sáng chế đăng ký bảo hộ từ khoảng năm 1916 -17- Theo thời gian, nghiên cứu mở rộng quan tâm đến nhiều nhóm thực phẩm khác, như:  Sáng chế liên quan đến việc bảo quản đồ uống, trà, cà phê, …: có sáng chế đăng ký bảo hộ từ khoảng năm 1935  Sáng chế liên quan đến việc bảo quản bánh, kẹo, …: có sáng chế đăng ký bảo hộ từ khoảng năm 1981 Tương tự vậy, theo thời gian, ngày có nhiều nghiên cứu liên quan đến phương pháp, công nghệ để bảo quản thực phẩm, đảm bảo chất lượng cho thực phẩm plasma nghiên cứu mới, có nhiều tiềm Tình hình đăng ký sáng chế plasma chế biến bảo quản thực phẩm: Plasma cơng nghệ mới, có nhiều nghiên cứu ứng dụng thời gian gần Theo nguồn thông tin tiếp cận từ sở liệu Wipsglobal (WIPS), năm 1987 bắt đầu có sáng chế ứng dụng plasma thực phẩm từ đến có 138 sáng chế đăng ký vấn đề 30 25 20 15 10 Hình: tình hình đăng ký sáng chế ứng dụng plasma thực phẩm theo thời gian Giai đoạn 1987-2007: lượng sáng đăng ký chưa ổn định, tăng giảm qua năm Trong giai đoạn này, trung bình năm có khoảng sáng chế đăng ký -18- Từ năm 2008 trở đi, lượng sáng chế có xu hướng tăng nhanh, tập trung nhiều vào năm 2011 với 26 sáng chế đăng ký Trong giai đoạn này, trung bình năm có khoảng 14 sáng chế đăng ký, nhiều gấp lần lượng sáng chế trung bình giai đoạn trước Hiện nay, sáng chế plasma ứng dụng thực phẩm đăng ký bảo hộ khoảng 13 quốc gia: Trung Quốc (CN), Hàn Quốc (KR), Mỹ (US), Nhật (JP), Đức (DE), Rumania (RO), Đài Loan (TW), Ba Lan (PL), New Zealand (NZ), Hà Lan (NL), Pháp (FR), Tây Ban Nha (ES) Úc (AU) 80 80 70 60 50 40 30 20 10 17 6 1 1 1 CN KR US JP DE RO TW PL NZ NL FR ES AU Hình: tình hình đăng ký sáng chế ứng dụng plasma thực phẩm theo quốc gia Giai đoạn 1987 - 1989: STT Quốc gia Nhật Sáng chế Sáng chế đăng ký bảo hộ Nhật vào năm 1987 Giai đoạn 1990 – 1999: STT Quốc gia/ Tổ chức Tổ chức châu Âu Tây Ban Nha Hàn Quốc New Zealand Sáng chế 1 1 Những năm thập niên 90, sáng chế đăng ký bảo hộ thêm quốc gia như: Hàn Quốc, ES, NZ tổ chức châu Âu (EP) -19- Giai đoạn 2000-2013: STT 10 11 12 13 Quốc gia/ Tổ chức Trung Quốc Hàn Quốc Tổ chức Thế giới Đức Mỹ Tổ chức châu Âu Nhật Rumania Úc Pháp Hà Lan Ba Lan Đài Loan Sáng chế 79 16 6 1 1 Giai đoạn năm 2000 nay: vấn đề plasma quan tâm nhiều quốc gia, sáng chế đăng ký bảo hộ nhiều khu vực giới:  Khu vực châu Âu: Đức, Rumania, Pháp, Hà Lan, Ba Lan  Khu vực châu Á: Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật, Đài Loan  Khu vực châu Mỹ: Mỹ  Khu vực châu Úc: Úc Nhận xét: Từ năm thập niên 80, có sáng chế đăng ký bảo hộ Nhật Bản Trung Quốc đến năm 2000 (cụ thể ) bắt đầu có sáng chế đăng ký bảo hộ Tuy sau Nhật Bản Trung Quốc nước có nhiều sáng chế đăng ký bảo hộ  Các hƣớng nghiên cứu đƣợc quan tâm nhiều plasma chế biến bảo quản thực phẩm theo bảng phân loại sáng chế quốc tế IPC: Với 100 sáng chế thu thập từ sở liệu Wipsglobal, đưa vào bảng phân loại sáng chế quốc tế IPC (International Patent Classification), nhận thấy sáng chế tập trung nhiều vào hướng nghiên cứu sau: Hướng nghiên cứu ứng dụng plasma bảo quản thực phẩm nói: có 50 sáng chế đăng ký bảo hộ -20- Hướng nghiên cứu ứng dụng plasma để khử trùng đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt vệ sinh trình chế biến bảo quản thực phẩm: có 26 sáng chế đăng ký bảo hộ Hướng nghiên cứu ứng dụng plasma để phân tích, phát số loại độc tố thực phẩm, phục vụ trình kiểm nghiệm chất lượng thực phẩm: có 15 sáng chế đăng ký bảo hộ Bảo quản thực phẩm, 36.20% Các hướng khác, 34.10% Kiểm nghiệm thực phẩm, 10.90% Khử trùng , 18.80% Hình: tình hình đăng ký sáng chế ứng dụng plasma thực phẩm theo bảng phân loại sáng chế quốc tế IPC  Tình hình đăng ký bảo hộ sáng chế hƣớng nghiên cứu theo thời gian: 12 10 Bảo quản thực phẩm Khử trùng Kiểm nghiệm thực phẩm -21- Theo đồ thị biểu diễn: trình tự đăng ký sáng chế hướng nghiên cứu sau:  Hướng nghiên cứu ứng dụng plasma để bảo quản thực phẩm có sáng chế sớm vào năm thập niên 80 (1987)  Ứng dụng plasma để khử trùng phục vụ trình chế biến bảo quản thực phẩm có sáng chế từ cuối thập niên 90 ( năm 1999)  Ứng dụng plasma để hổ trợ trình kiểm nghiệm thực phẩm có sáng chế năm gần (năm 2008) Nhìn chung: tình hình đăng ký sáng chế hướng nghiên cứu tập trung nhiều năm gần nhiều biến động Plasma cơng nghệ có nhiều tiềm năng, áp dụng công nghệ vào thực phẩm – lĩnh vực ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe người đòi hỏi nhà khoa học phải có nhiều nghiên cứu, nhiều chứng minh để người tiêu dùng, doanh nghiệp yên tâm chấp nhận sử dụng cơng nghệ  Nhận xét: Từ thập niên 80 bắt đầu có sáng chế đăng ký bảo hộ ứng dụng plasma chế biến bảo quản thực phẩm Lượng sáng chế có xu hướng tăng nhanh từ năm 2008 trở đi, tập trung nhiều vào năm 2011 Hiện nay, lượng sáng chế ứng dụng công nghệ plasma chế biến bảo quản thực phẩm đăng ký bảo hộ khoảng 13 quốc gia tồn giới Trong đó, lượng sáng chế tập trung chủ yếu Trung Quốc Các sáng chế ứng dụng công nghệ plasma thực phẩm tập trung chủ yếu vào hướng nghiên cứu: bảo quản, khử trùng, kiểm nghiệm thực phẩm xu hướng đăng ký sáng chế hướng nghiên cứu nhiều biến động thời gian gần đây, hứa hẹn nhiều đột phá, nhiều sáng chế tương lai III ỨNG DỤNG PLASMA TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM TẠI ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM Xử lý nấm mốc ngũ cốc: Quá trình xử lý thực thiết bị Plasma Jet TS Trần Ngọc Đảm ThS Thái Văn Phước chế tạo Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Thiết bị Plasma jet gắn cấu chuyển động khí giúp mẫu vật di chuyển theo hành trình định sẵn -22- Nhóm nghiên cứu tiến hành xử lý đĩa petri cấy bào tử nấm mốc Aspergillus oryzae thiết bị Plasma jet theo hình zic zắc với nhiều tốc độ xử lý khác (100-800 mm/phút) Thực nghiệm cho thấy tốc độ xử lý 100-200 mm/phút tỉ lệ (%) tiêu diệt nấm mốc đạt >90% đạt 100% 100 mm/phút -23- Thí nghiệm tương tự tiến hành nấm mốc Trichoderma harzianum Kết thực nghiệm cho thấy khả tiêu diệt >90% tốc độ xử lý 100-300 mm/phút đạt 100% 100-200 mm/phút Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cho tiến hành gây nhiễm hai loại nấm mốc lên hạt vừng trắng hạt gạo Có thể dễ dàng nhận thấy rằng, sau trình xử lý Argon Plasma Jet, khơng có xuất nấm mốc mẫu thí nghiệm Màu sắc mẫu xử lý khơng có khác biệt so với mẫu đối chứng Các kết đo đạc số peroxide, hàm lượng protein tinh bột cho thấy oxi hóa sau q trình xử lý nh khơng có thay đổi hàm lượng protein tinh bột so với mẫu đối chứng -24- Xử lý E.coli phi lê cá Basa: Nhóm nghiên cứu tiến hành đánh giá khả tiêu diệt E.coli môi trường agar đĩa petri Sau phủ huyền phù E.coli bề mặt môi trường, dòng Argon-plasma quét bề mặt đĩa theo đường chữ thập Sau thời gian nuôi cấy điều kiện phù hợp, kết quan sát cho thấy đường chữ thập khơng có diện sinh khối E.coli rõ ràng chứng tỏ dòng Argon Plasma có hiệu việc tiêu diệt -25- Tiếp theo, nhóm nghiên cứu gây nhiễm chủ động E.coli lên miếng phi lê cá Basa sau tiến hành xử lý thiết bị Argon Plasma Jet Kết cho thấy tốc độ, khoảng cách thời gian xử lý phù hợp tỉ lệ tiêu diệt lớn 99% chí đạt 100% Các số màu sắc, hàm lượng peroxide, protein lipid cho thấy màu sắc, hàm lượng protein lipid khơng thay đổi sau q trình xử lý; khơng có oxi hóa chất béo q trình xử lý -26- Biến tính tinh bột Plasma: Tinh bột bắp, sắn…được nhóm nghiên cứu xử lý thiết bị Plasma bề mặt DBD Kết thực nghiệm cho thấy mẫu tinh bột xử lý trở nên bền hơn, trước công enzyme thủy phân tinh bột Từ dẫn đến hàm lượng tinh bột trơ (resistant starch, RS) tăng cao, hàm lượng tinh bột tiêu hóa nhanh (rapidly digestible starch, RDS) giảm rõ rệt Các kết nghiên cứu rõ rằng, lượng liên kết ngang tạo thành sau trình xử lý có mối tương quan chặt chẽ với lượng RS Lượng liên ngang tạo thành làm cho tinh bột biến tính trở nên bền nhiệt hơn, gia tăng nhiệt độ hồ hóa thay đổi độ nhớt nhờ tính chất hóa lý khác Từ dẫn đến ứng dụng đa dạng sử dụng hiệu qui trình sản xuất thực phẩm khác Ngoài ra, phải kể đến gia tăng RS làm gia tăng đáng kể hàm lượng Prebiotic Các nghiên cứu trước rõ, RS có khả làm giảm nguy ung thư ruột kết, giúp điều hòa đường huyết, giảm cholesterol, tăng cường tạo thành acid hữu mạch ngắn (short-chain fatty acids, SCFA) có lợi cho thể… -27- Độ tiêu hóa tinh bột Xử lý nhiễm vi sinh vật khơng khí: Kết xử lý nhiễm vi sinh vật khơng khí bệnh viện thiết bị xử lý khơng khí có Plasma cho thấy hiệu tiêu diệt tốt Do điều kiện khách quan phải xử lý môi trường thực tế với khơng gian khơng lập hồn tồn thời gian xử lý bị giới hạn, tỉ lệ khơng khí xử lý so với tổng thể tích khu vực xử lý ln 80% (dù tỉ lệ thể tích khí xử lý 70%) Điều cho thấy triển vọng khả đạt hiệu xử lý 100% tồn khơng khí không gian xử lý luân chuyển qua -28- thiết bị plasma Bên cạnh đó, mùi lạ, mùi thối…được giảm thiểu rõ rệt sau trình xử lý -29- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Edited by: Indrek Jõgi, Ronny Brandenburg, Alexander Schwock, David Cameron, Justyna Jaskowiak and Katherina Ulrich Plasma Treatment for Environment Protection Project PlasTEP – Dissemination and fostering of plasma-based technological innovations for environment protection in the Baltic Sea region Tartu, 2012 [2] Edited by Hubert Rauscher, Massimo Perucca, and Guy Buyle Plasma Technology for Hyperfunctional Surfaces - Food, Biomedical and Textile Applications 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA, Weinheim [3] N N Misra, B K Tiwari, K S M S Raghavarao and P J Cullen 2011 Nonthermal Plasma Inactivation of Food-Borne Pathogens Food Engineering Reviews, Volume 3, Numbers 3-4 (2011), 159-170 [4] R Morent and N De Geyter 2011 Inactivation of Bacteria by NonThermal Plasmas, Biomedical Engineering-Frontiers and Challenges, Prof Reza Fazel (Ed.), ISBN:978-953-307-309-5 [5] Fridman, A (2008) Plasma Biology and Plasma Medicine Plasma Chemistry New York: Cambridge University Press [6] Aguirre J, Lambeth JD (2010) Nox enzymes from fungus to fly to fish and what they tell us about Nox function in mammals Free Radic Biol Med 49: 1342–1353 [7] M.G Kong, G.M.W Kroesen, G Morfill, T Nosenko, T Shimizu, J van Dijk, J.L., Zimmermann (2009) Plasma medicine: an introductory review, New Journal of Physics, Vol.11 No November, p 115012-1/35 [8] Bogaerts, A., Neyts, E., Gijbels, R & van der Mullen, J (2002) Gas discharge plasmas and their applications Spectrochimica Acta Part B-Atomic Spectroscopy, 57, 609-658 [9] Bùi Xuân Đồng (1984) Nhóm nấm Hyphomytes Việt Nam Tập I Hà Nội: Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 177 trang [10].Li D, Xie GR, Wang WC (2012) Reactive oxygen species: The 2-edged sword of osteoarthritis Am J Med Sci 344: 486–490 [11].Panngom K, Lee SH, Park DH, Sim GB, Kim YH, et al (2014) NonThermal Plasma Treatment Diminishes Fungal Viability and Up-Regulates Resistance Genes in a Plant Host [12].D A Mendis, M Rosenberg, and F Azam (2000) A note on the -30- possible electrostatic disruption of bacteria, Ieee Transactions on Plasma Science vol.28, no.4, pp.1304-1306 [13].Kerry C.Huber Starch: Characterization, Properties and Application Chapter 8: Modified Starch School of Food Science, University of Idaho [14].Cheng-yi Lii, Chia-ding Liao, Leszek Stobinski, Piotr Tomasik 2002 Effect of Hydrogen, Oxygen, and Ammonia low-pressure glow Plasma on granular starches Carbohydrate Polymers 49, pp 449-456 [15].P.Deeyai, M Suphantharika, R Wongsagonsup and S Dangtip 2012 Characterization of Modified Tapioca Starch in Atmospheric Argon Plasma under Diverse Humidity by FTIR Spectroscopy, Chinese Physics Letters, Vol 30, No [16].Panakamol Deeyai, Pongsathon Jitsomboonmit, Wasusate Soonthonchaikul, Manop Suphantharika and Somsak Dangtip 2010 Effect of Atmospheric Argon Plasma on Morphology of Tapioca Starch Granule, Journal of the Microscopy Society of Thailand, Vol 24, No 2, pp 112-116 [17].[17].Nguyễn Thị Lý, 2013 Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu biến tính thay đổi độ tiêu hóa in vitro tinh bột sắn sắn dạng hạt qua trình xử lý Argon Plasma áp suất thường Đại học Bách Khoa TP.HCM -31- ... nói chung 15 Tình hình đăng ký sáng chế ứng dụng plasma chế biến bảo quản thực phẩm1 8 III ỨNG DỤNG PLASMA TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM TẠI ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ... ỨNG DỤNG PLASMA TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM Khái niệm plasma Bảo quản thực phẩm plasma 2.1 Giới thiệu 2.2 Các yếu tố có tác dụng. .. sáng chế hướng nghiên cứu sau:  Hướng nghiên cứu ứng dụng plasma để bảo quản thực phẩm có sáng chế sớm vào năm thập niên 80 (1987)  Ứng dụng plasma để khử trùng phục vụ q trình chế biến bảo quản