IV. SỬ DỤNG MÀNG BAO VÀ LỚP PHỦ ĐỂ BẢO QUẢN RAU QUẢ
2/ Màng polymer sinh học
2.3.1.1/ Chất làm mềm dẻo (Plasticizer)
Các chất làm mềm dẻo thường sử dụng là những chất có khối lượng phân tử nhỏ và có thể làm tăng độ bền cũng như tính linh động cho lớp phủ, tuy nhiên nó cũng làm tăng tính thấm của lớp phủ đối với hơi nước và các chất khí. Các chất làm mềm dẻo phổ biến thường bao gồm các polyol như glycerol, sorbitol, manital, propylene glycol và polyglyceride. Sucrose, các este của acid béo và các acetylat monoglyceride cũng được sử dụng như chất làm mềm dẻo.
Chất nhũ hóa có thể phân loại thành các tác nhân hoạt động bề mặt hay chất ổn định phân tử lượng lớn. Chất ổn định phân tử lượng lớn là protein, các loại gum, và tinh bột làm chất nhũ hóa. Các tác nhân hoạt động bề mặt làm giảm hoạt độ nước bề mặt và có hiệu quả đến tốc độ mất ẩm của thực phẩm khi được sử dụng trong màng phủ. Điều này đã được chứng minh bởi glycerol monopalmitate và glycerol monostearate cũng như các rượu béo 16 đến 18 cacbon. Việc giảm hoạt độ nước bề mặt tại mặt tiếp xúc hai pha nước- dầu giúp cho cả hai pha ổn định nhũ hóa, điều này khá quan trọng trong việc kéo dài thời gian sử dụng cho các lớp phủ. Cân bằng giữa liên kết ưa nước- liên kết kỵ nước (hydrophilic-lipophilic balance HLB) của các chất hoạt động bề mặt phân các chất này ra theo những phần ưa nước và những phần kỵ nước. Điều này giúp chúng thể hiện vai trò của những chất nhũ hóa.
2.3.2/ Các tác nhân diệt nấm và khống chề sinh học.
2.3.2.1/ Các tác nhân diệt nấm.
Trái cây tươi và các loại rau quả dễ bị ảnh hưởng bởi rất nhiều loại nguyên nhân gây hư hỏng sau thu hoạch, điều này có thể giảm thiểu nhờ vào việc xử lý với các thuốc diệt nấm khi phủ hoặc không phủ sáp. Khoảng 20 hợp chất đã được phát triển và kiểm tra để sử dụng làm thuốc diệt nấm sau thu hoạch trong suốt hơn 30 năm qua, nhưng nhiều loại bị cấm hoặc không được cho phép tại Mỹ cũng như một số quốc gia khác. Sử dụng thuốc diệt nấm trong lớp phủ trái cây đã được sử dụng cho các loại quả citrus, bao gồm thuốc Benomyl, imazalil, và thiabendazole (TBZ), hai loại sau hiện nay đã được đăng ký để sử dụng cho các loại quả citrus tại Hoa Kỳ. Việc sử dụng thuốc diệt nấm trong các lớp phủ cho các loại quả hạch (thường là methyl1-1-(butylcarbamoyl)-2-benzimidazolecarbamate hay benomyl), đu đủ (TBZ), dâu tây ((3-(3,5-dichlorophenyl)-N-(1-methylethyl)-2,4-dioxo-1-
imidazolidinecarboxamide,iprodione hay Roveral), cà chua ((N-[(trichloromethyl)thio]-4-
cyclohexene-1,2-dicarboximide hay captan) và táo (Roverol) cũng như captan và benomyl cho quả mâm xôi.
2.3.2.2/Các tác nhân khống chế sinh học.
Các loại nấm men và vi khuẩn đối kháng ức chế sự phát triển của nấm mốc và vì vậy kéo dài thời gian sử dung của rau quả và trái cây tươi. Cơ chế của việc này được thể hiện trong các hợp chất kháng sinh, sự cạnh tranh để lấy thức ăn tại những vùng bị giập của các sản phẩm tươi, tương tác trực tiếp với các nguồn vi sinh gây hại, và sự cảm ứng những phản ứng bảo vệ của cơ thể vật chủ. Những ho85p chất này đã thành công trong việc ứng dụng cho lớp phủ trái cây và cho thấy có thể làm chậm lại sự hư hỏng của các loại quả citrus. Hai sản phẩm trên thị trường Hoa Kỳ là Biosave (EcoScience Corp.,Orlando,FL) chứa các vi khuẩn đối kháng (Pseudomonas syringae), và Aspire® (Ecogen Corp. Langhorne, PA), chứa một loại nấm men đối kháng (Candida oleophila) để kiểm soát quá trình thối rữa ở táo và các quả họ citrus.
2.3.3/ Chất bảo quản.
Các chất bảo quản hóa học như muối, nitrit và sulfit đã được sử dụng từ rất lâu nhằm kéo dài thời gian sử dụng cho các sản phẩm thực phẩm. Các lớp phủ cũng có thể đóng vai trò như một chất mang các tác nhân chống vi sinh vật trong quá trinh xử lý thực phẩm.
2.3.3.1/ Các Benzoate, Các Sorbate, và những acid hữu cơ chuỗi ngắn khác.
Các chất bảo quản như acid benzoic và các benzoat hiệu quả nhất ở pH 2,5-4. Không hiệu quả nếu pH cao hơn 4.5. Các chất bảo quản này ức chế các loại nấm men và nấm mốc hiệu quả hơn vi khuẩn và tại Việt Nam được sử dụng tối đa với liều lượng 0,1%. Acid lactic, acetic, propionic,
fumaric và acid citric cũng được sử dụng trong các lớp phủ nhằm chống lại hoạt động của vi sinh vật. Việc sử dụng các loại màng bao có chứa các chất bảo quản như các benzoate và sorbate cải thiện khả năng bảo quản của chúng khi sử dụng bao gói các vết cắt trái cây.
2.3.3.2/ Parabens.
Paraben là các ester alkyl của các acid hydrozyl benzoic. Chúng hoạt động trong cả điều kiện acid và kiềm. chúng có khả năng chồng nấm mốc và nấm men cao hơn khả năng kháng khuẩn. cơ chế tác dụng của chúng là làm thay đổi trạng thái màng tế bào của vi sinh vật.
2.3.3.3/ Sulfite.
Sulfit hay SO2 và các muối của chúng hiệu quả trong việc ức chế nấm men, nấm mốc và đặc biệt là vi khuẩn, chúng cũng chống lại phản ứng hóa nâu enzyme trong thực phẩm. Chúng có thể được dụng cho trái cây và rau quả tươi.
2.3.4/ Các chất khác.
2.3.4.1/Các chất chống oxy hóa.
Các chất chống oxy hóa là những chất ức chế hay chống lại các phản ứng oxy hóa gây hóa nâu một số loại trái cây và rau quả (phản ứng hóa nâu enzyme hay phi enzyme) chúng có thể tác động đến màu sắc và mùi vị của nấm rơm, trái cây, rau quả
2.3.4.2/Các chất chống oxy hóa dạng phenolic.
Các chất này bao gồm butylated hydroxyanisole (BHA),butylated hydroxytoluene (BHT),và các ester của acid gallic chẳng hạn như propyl gallate và tertiary butyl hydroquinone (TBHQ). Những chất chống oxy hóa tự nhiên cũng rất hiệu quả như tocopherol và lecithin. Các lớp phủ sử dụng các chất chống oxy hóa này để ngăn chặn sự biến màu của trái cây và rau quả. Đối với táo nếu nhúng trong chất chống oxy hóa diphenylamine (DPA) (300–3000 ppm) hay ethoxyquin có thể giúp giảm sự hóa nâu bề mặt.
2.3.5/ Các xử lý điều hòa sinh trưởng và các chất khoàng.
2.3.5.1/Canxi.
Canxi có rất nhiều mục đích sử dụng cho các công đoạn sau thu hoạch. Các sản phẩm sau thu hoạch nhúng vào dung dịch Canxiclorua (CaCl2) có thể giảm được các biểu hiện như vị đắng hoặc các vế cắt bị thâm trên táo. Canxi hay CaCl2 nhúng hoặc thấm qua trên toàn bộ hoặc các trái cây đã cắt cho thấy có thể tăng độ bền cho táo, đào, việt quất và dâu tây, cũng như làm chậm quá trình chín và thối của bơ, xoài, táo, lê, đào, dâu tây và khoai tây.
2.3.5.2/Điều hòa sinh trưởng.
Các polyamine putrescine và spermidine làm thay đổi cấu trúc khi chúng thấm vào táo. Spermine và spermidine làm tăng độ bền vững cho các lát dâu tây. Các chất điều hòa sinh trưởng như 2,4- dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) và 2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid (2,4,5-T) được thêm vào lớp sáp bao trái cây như các chất chống lại quá trình lão hóa nhằm kéo dài thời gian bảo quản của các loại quýt. Maleic hydrazide (250ppm) và 2,4-D được thêm vào lớp sáp nhũ hóa nhằm làm chậm quá trình chín của xoài. Acid Gibberellic (150ppm) nhằm tránh quá trình mọc mầm của củ khoai lang trong 1 tháng.
2.4/ Phân loại.
Trên cơ sở phương pháp sản xuất, các vật liệu polymer sinh học được chia làm ba nhóm chính:
• polymer được tách trực tiếp từ các nguồn tự nhiên (chủ yếu là thực vật) ví dụ như các polisaccharide (tinh bột, cellulose) và protein (casein, gluten bột mì).
• polymer được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp hóa học từ các monome. Ví dụ: vật liệu polypactat là một polyeste sinh học được polymer hóa từ monome acid lactic. Các monomer này được sản xuất nhờ phương pháp lên men các carbohydrate tự nhiên.
• polymer được sản xuất nhờ vi sinh vật hoặc vi khuẩn cấy truyền gen. Vật liệu polymer sinh học điển hình nhất trong trường hợp này là polyhydroxyl- alkanoat; chủ yếu là polyhydrobutyrat (HB) và copolyme của HB và hydroxy-valerat (tên thương mại Biopol).
2.5/ Các ứng dụng của màng polyme sinh học.
2.5.1/ Sử dụng polysaccarit tan để phủ và bảo quản rau quả.
Ước tính khoảng 25-80% rau quả mới thu hoạch bị hỏng. Rau quả tiếp tục hoạt động trao đổi chất sau khi đã được thu hoạch và sẽ chín hoặc già khá nhanh nếu không áp dụng phương pháp đặc biệt để làm chậm quá trình này. Kéo dài thời gian bảo quản sau thu hoạch có thể thực hiện được nhờ sử dụng các lớp phủ ăn được là các màng bán thấm đối với hơi nước và khí. Các lớp phủ này có thể hỗ trợ hoặc thay thế các kỹ thuật khác được sử dụng với mục đích tương tự như biến đổi hoặc kiểm soát môi trường bảo quản.
Sơ đồ phủ sáp, nhựa tan trong nước hoặc phân tán dầu phủ cho một số loại rau quả.
Sử dụng lớp phủ sáp cho cam quýt đã có từ những thế kỷ 12, 13 như sơ đồ trên. Vào những năm 1930, sáp trên cơ sở parafin đã được sử dụng làm lớp phủ cho cam, quýt và rau, trong những năm 1950 nhũ tương dầu sáp carnnauba được sử dụng. Các thành phần khác như thuốc diệt nấm, chất chống lạnh, chất màu, chất chống già, bộ phần điều hòa sinh trưởng và tác nhân điều chỉnh sinh học có thể kết hợp vào lớp phủ. Các lớp phủ trên cơ sở monoglyxerit axetylat hóa (AGs), sáp và các chất hoạt động bề mặt được phát triển nhằm loại bỏ các vấn đề liên quan đối với táo như mất độ ẩm, xước bề mặt, dập, hỏng ruột và các vết đốm. Ảnh hưởng của sáp và các lớp phủ từ sáp tới hàm lượng etanol, khí quyển bên trong và mất khối lượng ở táo, cam, quýt, đến thời gian bảo quản của hoa quả nhiệt đới đã được nghiên cứu tổng quan. Lớp phủ sáp cho hoa màu như cà rôt, dưa chuột, cà, bí ngô cũng đã được công bố.
Các lớp phủ trên cơ sở polysaccarit khác đã được sử dụng cho rau quả bao gồm: LMP
(metoxylpectin thấp) để phủ lạc và quả chà là khô, phủ tinh bột hydroxyl dạng bột cho mận, amylozo tinh bột với chất dẻo hóa cần thiết dùng để phủ chà là và nho, este amylozo của acid béo và một lớp protein đậu tương hoặc ngô dùng cho đậu lạnh khô, cà rốt và táo, bột CMC (natri cacboxy
xenlulozoglycolat) và tinh bột dùng cho các miếng rau quả tươi mới cắt, chitosan và acid lauric dùng cho các lát táo. Nhiều lớp phủ được sử dụng cho rau quả hiện nay tương tự với các loại đã sử dụng trước đây. Lớp phủ sáp hay các lớp phủ thương mại trên cơ sở sáp hoặc sáp polyetylen đã được công đã được nghiên cứu và công bố trong một số tài liệu. MC (metylxenlulozo) đã được sử dụng để phủ trái cây và chống mất độ ẩm. HPC (hydroxylpropyl xenlulozo) độc đáo ở chỗ nó là chất nhiệt dẻo thực và có thể được ép đùn thành màng từ trạng thái nấu chảy, loại màng này được sử dụng để tạo ra các khoang túi cho phép người gia công có thể bổ sung một lượng nhất định chất phụ gia như trộn trước chất màu và vitamin trực tiếp mà không cần xử lý thêm.
Lê và chuối có thể được phủ bằng CMC và các chất nhũ hóa este acid béo. Lớp phủ này làm tăng sức đề kháng một cách hiệu quả chống lại thối rữa do nấm ở táo, lê, mận nhưng kém hiệu quả trong việc giảm tần số hô hấp và mất nước ở cà chua.
Một lớp phủ bao gồm các thành phần tương tự, chứa tỷ lệ cao hơn các este acid béo không no mạch ngắn có tác dụng ức chế sự phát triển màu, giữ lại acid và sự rắn chắc cho táo, quyết định thời gian bảo quản cam, quýt. Tuy nhiên nó lại không hiệu quả trong việc giảm mất nước ở dưa hấu. Bổ sung sáp vào làm tăng độ bóng của lớp phủ.
Lớp phủ carageenan do tập đoàn quốc tế Mitsubishi nghiên cứu dùng cho sản phẩm tươi. Các lớp phủ carageenan khác được sử dụng để ức chế mất độ ẩm khỏi thực phẩm được phủ. Các lớp phủ từ gellan và algint được sử dụng để phủ nấm nhằm kéo dài thời gian sử dụng và tránh những thay đổi trong cấu trúc trong thời gian bảo quản ngắn. Nghiên cứu chi tiết hơn phân tích mối quan hệ giữa lớp phủ gôm với cấu trúc nấm alginat hay alginat ergosterol có hoặc không có chất nhũ hóa đươc sử dụng để phủ nấm ăn Agaicus bisporus. Cấu trúc của mô nấm được nghiên cứu chi tiết vì khả năng tương thích giữa lớp phủ và bề mặt bên ngoài là rất quan trọng để phủ thành công. Mô nấm xốp và dễ dàng thấm vào nó, bao gồm các chất khoáng được sử dụng làm tác nhân khâu mạch và các polymer tan trong nước được sử dụng để chuẩn bị lớp phủ đã được khảo sát. Sức căng bề mặt củ dung dịch phủ là một trong những tham số quan trọng để xem xét vì giá trị này giảm sẽ dẫn tới khả năng thấm ướt bề mặt tốt hơn. Phối hợp alginat, ergosterol là sự lực chọn tốt nhất để duy trì kích thước và hình dạng của nấm được phủ.
Lớp phủ được thiết kế để tác động đến khả năng thấm oxy và cacbonic. Sự hô hấp của sản phẩm thải ra oxy và tích tụ cacbonic. Cần phải cẩn thận trong khi thiết kế lớp phủ; nếu mức oxy giảm xuống quá thấp các phản ứng kỵ khí sẽ diễn ra làm mất hương vị và gây chín bất thường. Dung dịch đặc ethanol và acetaldehyt có thể được sử dụng làm chất điều chỉnh cho sản phẩm cuối hoặc gần cuối quá trình hô hấp kị khí. Mức oxy dưới 8% giảm sinh ra etylen và mức cacbonic trên 5% trì hoãn hoặc ngăn cản phản ứng với etylen trong mô quả, bao gồm sự chín. Vì vậy, rau quả sẽ giảm hô hấp, sinh ra ít etylen hơn, làm chậm quá trình chín và kéo dài thời gian bảo quản.
2.5.2/ Màng trên cơ sở pullulan.
Sự lên men bởi tinh bột và đường thô bởi nấm Aureobasidium (Pullularia) pullulans tạo ra một chất nhầy polysaccarit ô mạng mở rộng, pullulan chiếm 70% lượng tạo thành. Polyme sinh học này có khả năng sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, vì dụ như phun bọc trên hoa quả, rau và màng đóng gói, bao bì. Nó có thể được sử dụng như một thành phần trong thực phẩm và đồ uống chứa ít calo. Chúng có độ nhớt tương đối, có khả năng phân tán và giữ độ ẩm, ngăn chặn nấm mốc phát triển. pullulan được cung cấp dưới dạng bột trắng, không mùi, không vị. Nó hòa tan nhanh trong nước lạnh cho dung dịch không màu. Pullulan được chấp nhận do đặc tính mềm dẻo của màng, tan trong nước, có khả năng phân hủy sinh học với độ chống thấm oxy cao.
Màng trên cơ sở hỗn hợp pullulan, natri cezeinat và protein phân lập từ đậu tương (SPI) hoặc một peptit. Các thông số được kiểm tra là: tính chất bề mặt màng, độ tan hệ số phân tán của oxy và tác dụng của SPI với độ thấm oxy và sức căng cực đại của màng. Cấu trúc của những màng này trở nên thô ráp khi bổ sung SPI. Sự bổ sung peptit không có tác dụng trên bề mặt hoặc độ thấm của màng trên cơ sở pullulan.
2.5.3/ Màng chitosan.
2.5.3.1/ Giới thiệu chung.
Cả chitin và chitosan đều có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và cuộc sống, đặc biệt là trong chế biến và bảo quản thực phẩm. Khi chế biến những loại hải sản giáp xác, lượng chất thải (chứa chitin) chiếm tới 50% khối lượng đầu vào và con số này tính trên toàn thế giới là 5,11 triệu tấn/ năm. Vì vậy việc chế biến màng bảo quản chitosan đã giải quyết phần nào lượng chất thải trên và cho thấy tiềm năng phát triển trong tương lai của loại màng này rất cao.
Chitin.
Chitin và chitosan rất giống nhau về cấu trúc, chỉ khác nhau về độ acetyl hoá, thực chất là khác nhau về hàm lượng của các nhóm –NHCOCH3 và nhóm –NH2 trong chitin và chitosan. Chitosan chứa nhiều nhóm –NH2 hơn nên mới có tính chất tan trong dung dịch axit. Cũng vì thế mà từ chitin, các nhà khoa học biến đổi thành chitosan và các dẫn chất chitosan để có các tính chất theo yêu cầu sử dụng trong đời sống. Ở nước ta chitosan đã tạo được dạng tan trong nước. Các nhà khoa học đã tạo