I. Khái niệm về hệ thống đĩng gĩi chống vi sinh vật
5. Các yếu tố ảnh hưởng đến kỹ thuật APS
Cĩ nhiều nhân tố cần phải lưu ý khí thiết hệ một hệ thống bao bì chống vi sinh vật bên cạnh những yếu tố đã nêu ở trên như: tính chất của chất chống vi sinh vật, phương pháp kết hợp chất chống vi sinh vật vào trong bao bì, sự thẩm thấu và sự bay hơi. Những yếu tố đĩ bao gồm phạm vi hoạt động của vi sinh vật, loại vi sinh vật, kiểm sốt việc nhả khí, cơ chế nhả khí, thành phần của thực phẩm, màng bao bì, điều kiện bảo quản, tính chất cảm quan và độc tính của chất chống vi sinh vật, chúng cĩ liên quan chặt chẽ với nhau.
Mỗi chất chống vi sinh vật cĩ khả năng ngăn chặn sự hoạt động của một loại vi sinh vật khác nhau. Vì vậy việc lựa chọn chất chống vi sinh vật phụ thuộc vào việc chúng ta cần ngăn chặn loại vi sinh vật nào trong thực phẩm. Dựa vào đặc điểm của sản phẩm thực phẩm như: pH, hoạt độ của nước aw, thành phần và nhiệt độ bảo quản, sự phát triển của những vi sinh vật tiềm ẩn làm hư hỏng thực phẩm là việc cĩ thể dự đốn được. Chất chống vi sinh vật sẽ được lựa chọn để chống lại loại vi sinh vật cĩ khả năng gây bệnh trong điều kiện mơi trường của thực phẩm đã được bao gĩi.
Thiết kế hệ thống bao bì chống vi sinh vật địi hỏi phải cĩ kỹ thuật kiểm sốt sự nhả khí và phải biết cơ chế phát triển của vi sinh vật. Khi tốc độ phát tán ra ngồi của chất chống vi sinh vật lớn hơn tốc độ phát triển của vi sinh vật, chất chống vi sinh vật sẽ ít đi, khả năng chống vi sinh vật sẽ bị suy yếu trước khi kết thúc thời gian bảo quản vì lượng thực phẩm được đĩng gĩi là rất lớn so với lượng bao bì và tác nhân chống vi sinh vật. Do đĩ vi sinh vật vẫn sẽ tiếp tục phát triển khi lượng tác nhân chống vi sinh vật đã bị hao hụt. Mặt khác, khi tốc độ nhả chất bảo quản nhỏ hơn tốc độ phát triển của vi sinh thì vi sinh vật sẽ phát triển mạnh mẽ trước khi tác nhân chống vi sinh vật nhả ra ngoải. Vì vậy tốc độ nhả của chất chống vi sinh vật từ bao bì ra ngồi thực phẩm phải được kiểm sốt sao cho tương ứng với tốc độ phát triển của vi sinh vật.
Hình 18: Hệ thống bao bì vả hệ thống màng phủ ăn được
(Ahvenaine, 2003)
Hình 18 miêu tả sự chuyển hĩa và phát triển của vi sinh vật trong trường hợp màng bao film và màng bao phủ ăn được. Chất chống vi sinh vật được kết hợp vào trong bao bì (hình a), và được phủ lên trên màng bao (hình b) sẽ di chuyển từ bao bì ra thực phẩm trong suốt thời gian bảo quản.
Ở hệ thống (a), hầu hết sự hư hỏng do vi sinh vật gây ra đều diễn ra trên bề mặt của thực phẩm, bên trong bao bì. Ở hệ thống (b), vi sinh vật lại chủ yếu gây hư hỏng ở bề mặt lớp màng phủ. Sự di chuyển của chất chống vi sinh vật từ bao bì ra ngồi thực phẩm là hiện tượng cần thiết để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật trên bề mặt sản phẩm thực phẩm. Trong khi nồng độ của chất chống vi sinh vật đều duy trì trên mức “nồng độ ngăn chặn thấp nhất” m.i.c. (minimal inhibitory concentration) trên bề mặt thực phẩm, sự tập trung này cĩ hoạt tính chống vi sinh vật. Tuy nhiên sự di chuyển củøa chất chống vi sinh vật từ bao bì ra thực phẩm làm giảm nồng độ của nĩ trên màng phủ. So sánh với lượng màng phủ thì bề mặt thực phẩm lớn hơn nhiều.Vì vậy sự di chuyển đĩ làm giảm lượng chất chống vi sinh vật bên trong màng phủ, làm nồng độ giảm xuống dưới mức m.i.c., khả năng chống vi sinh vật của màng phủ giảm. Nĩi cách khác khơng cĩ sự di chuyển nào là cĩ lợi cho hệ thống màng phủ.
Trạng thái hĩa học của các chất chống vi sinh vật cũng là một nhân tố quan trọng. Một số tan trong nước, một số thì khơng. Nếu chất chống vi sinh vật hịa tan được trộn vào nhựa thơng để làm màng film chống vi sinh vật, điều đặc biệt phải xem xét của tính chất màng film là nĩ cĩ đạt chất lượng cao? Vì khi so sánh tính háo nước của chất chống vi sinh vật so với nhựa, quá trình ép đùn nhựa cĩ thể gây ra nhiều vấn đề rắc rối bao gồm việc tạo nên nhiều lỗ hổng trên màng film, hiện tượng “bột nở hoa” (powder-blooming), làm giảm tính chất vật lý và độ trong suốt (Han and Floros, 1997). Hầu hết hĩa chất chống vi sinh vật đều thay đổi hoạt tính theo pH. pH của hệ thống bao gĩi (a) phụ thuộc chủ yếu vào pH của thực phẩm được bao gĩi. Vì vậy sự xem xét thành phần thực phẩm và trạng thái chất chống vi sinh vật cũng quan trọng như việc xem xét đặc tính của bao bì và trạng thái hĩa học của chất chống vi sinh vật.
Hình 19: Sự nhả của chất chống khuẩn trong hai hệ thống bao bì chống khuẩn khác nhau
(Ahvenaine, 2003)
Tính tan của chất chống vi sinh vật vào trong thực phẩm cũng là một nhân tố then chốt. Nếu chất chống vi sinh vật hịa tan tốt trong nước, sự di chuyển sẽ diễn ra theo sự khuếch tán tự do (hình 19), trong khi đĩ nếu tan khơng tốt thì sẽ cĩ hệ thống nguyên khối. Phần bên trái (màu xám) là màng bao bì chống vi sinh vật, phần bên phải (màu trắng) là thực phẩm. Đường nét đứt biểu diễn mức m.i.c. của chất chống vi sinh vật. Sự khuếch tán tự do (hình 19a) biểu diễn hệ thống cĩ chất chống vi sinh vật hịa tan tốt vào bao bì đang di chuyển ra bề mặt thực phẩm và nồng độ chất chống vi sinh vật trong bao bì giảm khi sự di chuyển vẫn tiếp tục diễn ra. Nồng độ chất chống vi sinh vật trên bề mặt thực phẩm (Cs) giảm khi nồng độ bên trong bao bỉ giảm và cuối cùng giảm xuống dưới mức m.i.c. làm giảm hoạt tính chống vi sinh vật. Hệ thống nguyên khối (hình 19b) biểu diễn cho chất kém hịa tan di chuyển ra bề mặt thực phẩm. Trong hệ thống này, nồng độ của chất chống vi sinh vật trên bề mặt thực phẩm (Cs) rất thấp so với hệ thống chất
hịa tan tốt. Nồng độ cao hay thấp phụ thuộc vào độ hịa tan của chất chống vi sinh vật vào thực phẩm. Cho đến khi kết thúc quá trình di chuyển, nồng độ trên bề mặt được duy trì khi nĩ là một hằng số (thậm chí là độ hịa tan cực đại) duy trì hoạt tính bảo quản trong khi tổng lượng chất chống vi sinh vật bên trong bao bì giảm xuống.
Sự di chuyển của chất chống vi sinh vật phải được tìm hiểu đầy đủ và kiểm sốt để đạt được hiệu quả chống vi sinh vật trong suốt thời gian bảo quản. Sự quan trọng của nguyên tắc kiểm sốt sự nhả khí được biểu diễn ở hình 20.
Hình 20: Nồng độ trên bề mặt thực phẩm
(A) hệ thống khuếch tán tự do; (B) hệ thống nguyên khối (Ahvenaine, 2003)
Khoảng diện tích phía dưới đường nồng độ của cả hai hệ thống cĩ trị số tổng bằng lượng chất chống vi sinh vật ban đầu. Tuy nhiên hệ thống (B) cĩ khoảng nồng độ trên mức m.i.c. dài hơn so với hệ thống (A).
Quá trình bảo quản và phân phối cũng là những nhân tố quan trọng. Chúng bao gồm thời gian và nhiệt độ bảo quản. Sự hịa hợp giữa thời gian và nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của vi sinh vật. Để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật, nên tránh hoặc hạn chế giai đoạn bảo quản ở khoảng nhiệt độ thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật trong suốt thời gian bảo quản và phân phối.