Supowa theo cơng nghệ hấp thụ hỗn hợp khí ƣớt PA> PC.
Trong trường hợp này, trong điều kiện PA> PC từ 0,3 - 0,5 atm, lưu lượng nước (Q) đi thẳng vào khoang catốt làm cho quá trình vận chuyển Na+ từ khoang anôt sang khoang catôt hiệu quả hơn, đồng thời dung dịch muối đầu vào cũng được pha loãng hơn. Nồng độ muối đi vào khoang anốt được điều chỉnh sao cho độ khống hóa của dung dịch anolit đầu ra đạt trên dưới 1000 mg/L.
Các nghiên cứu thử nghiệm đã cho thấy, dung dịch anolit được điều chế theo công nghệ này có nồng độ các chất hịa tan thấp. Điều này tạo điều kiện làm tăng tỷ lệ các chất oxy hóa chứa oxy tạo thành trong q trình tổng hợp điện hóa, làm giảm đáng kể tính ăn mịn của dung dịch oxy hóa, giảm đáng kể mùi clo phân tán vào khơng khí. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc thay đổi thành phần các chất oxy hóa, nồng độ khống hóa thấp của dung dịch anolit đã làm tăng cường hiệu quả diệt khuẩn của axit hypocloro trên nền hoạt động của hỗn hợp các chất oxy hóa.
Dung dịch anolit được điều chế theo sơ đồ hấp thụ hỗn hợp khí ướt có các đặc tính được thể hiện trong bảng 1.2. Dung dịch này còn được gọi là dung dịch siêu oxy hóa (supowa).
Màng ngăn P
Đặc điểm chung của cơng nghệ sản xuất dung dịch siêu oxy hóa trên cơ sở hấp thụ hỗn hợp khí ướt là hỗn hợp khí từ buồng anot được trộn với một lượng catolit theo một tỉ lệ xác định. Nó tạo ra dung dịch sản phẩm có nồng độ các chất hòa tan thấp, trong khi hàm lượng chất oxy hóa trong sản phẩm lại cao, đồng nghĩa với việc tăng hiệu quả chuyển hóa muối, giảm được các chi phí về muối và điện năng tiêu hao, tăng năng suất điều chế chất oxy hóa và có khả năng khắc phục được các hạn chế của anolit điều chế từ các sơ đồ cơng nghệ dịng chảy liên tục.
1.4. Ứng dụng dung dịch hoạt hóa điện hóa trong khử trùng và bảo quảnrau quả quả
1.4.1. Ứng dụng dung dịch hoạt hóa trong khử trùng rau quả
Cơ quan quản lý Thực phẩm và dược phẩmHoa Kỳ (FDA) khuyến cáo nên có những biện pháp xử lý trong quá trình chế biến để giảm nguy cơ tiềm ẩn và lây nhiễm chéo cáo vi sinh vật gây bệnh. Nước điện phân hoặc dung dịch Natri hypochlorite được FDA cho phép sử dụng để khử trùng trên các sản phẩm tươi sống. Một số chương trình HACCP đã nhấn mạnh việc bổ sung Clo trong nước rửa để tránh sự tích tụ vi khuẩn và lấy nhiễm chéo vào tế bào thực vật. Tùy thuộc vào từng điều kiện, dung dịch chứa 50-200ppm Clo được sử dụng phổ biến để khử trùng trong công nghiệp thực phẩm. Clorine được chấp nhận sử dụng rộng rãi hơn bởi tính kháng khuẩn và khơng ảnh hưởng tới q trình sản xuất [29].
a. Sử dụng nước điện phân trên rau tươi
Rau quả tươi, đặc biệt là rau ăn sống thường sau khi sơ chế vẫn có một lượng vi sinh vật gây bệnh. Rau thường bị nhiễm khuẩn sau khi thu hoạch và trong quá trình vận chuyển. Hầu hết các loại rau có pH là 4,5 hoặc cao hơn có thể cho phép sự phát triển của vi khuẩn.
Một tế bào thực vật có khả năng tự kháng sinh để bảo vệ mình khỏi sự phát triển của mầm bệnh. Hai yếu tố quyết định nguyên tắc để ngăn chặn phát triển mầm bệnh trên sản phẩm tươi sống là pH và nhiệt độ lưu trữ. Khi giá trị pH của cà chua thái lát hoặc cắt nhỏ nhất là 3,99, nhiều nghiên cứu đã báo cáo rằng Salmonella vẫn
có thể phát triển ở pH này. Sự phát triển vi sinh vật trên tươi sản phẩm cũng được xác định bởi nhiệt độ, bởi vì các chủng L.monocytogenes,
Y.enterocolitica, Aeromonas hydrophia có thể phát triển trên các loại rau tươi ngay
cả trong nhiệt độ bảo quản lạnh [29]. b. Rau quả tươi và tươi cắt
Maria và cộng sự (1996) đã chứng minh rằng vi khuẩn axit lactic (LAB) có tốc độ tăng trưởng trên cà rốt do hàm lượng đường của sản phẩm này [37]. Abadias và cộng sự (2008) đã so sánh hiệu quả của việc sử dụng NaClO (120 ppm) và nước điện phân trung tính (NEW; 50 ppm) khử trùng trên cà rốt cắt nhỏ, và các loại rau khác (40 g) trong vòng 3 phút sau đó rửa sạch với nước cất trong 1 phút. Kết quả cho thấy vi khuẩn giảm đáng kể (P <0,05) trên cà rốt so với các rau quả khác. Hiệu quả của việc khử trùng rau tươi bằng dung dịch NEW (50ppm) tương đương với việc sử dụng dung dich Clo (120ppm). Nghiên cứu về cách rửa với EW ở mức 20 ppm FAC trong 4 phút, kết quả cho thấy EW giúp giảm 0,4-0,7 log CFU/g vi khuẩn trên bề mặt của lát cà rốt[16].
Zhang và cộng sự (1996) đã sử dụng dung dịch Clo ở nồng độ 0, 50, 100, 200, 300 µg/ml để nghiên cứu khả năng bất hoạt S.Montevideotrên bề mặt cà chua xanh trưởng thành. Một lô gồm 6 quả cà chua (25oC) đã bổ sung S.Montevideo được
ngâm trong 1lit dung dịch Clo sau đó ngâm trong 2 phút. Phân tích S.Montevideo
trên bề mặt và lõi mô cà chua cho thấy khi ngâm trong dung dịch chứa 60 ppm và 100 ppm thì vi khuẩn giảm đáng kể (P<0,05). Với nồng độ dung dịch tăng lên (320 ppm), vi khuẩn khơng cịn giảm nữa. Nhóm tác giả đề nghị sử dụng nồng độ dụng dịch Clo khoảng 200ppm để rửa cà chua trong các cơ sở đóng gói[53].
c. Các loại rau lá xanh
Rau quả tươi cắt cung cấp độ ẩm, chất dinh dưỡngvà diện tích bề mặt cho sự phát triển của vi sinh vật nhiều hơn so với rau quả còn nguyên vẹn. Các loại rau lá xanh có một nguy cơ tiềm ẩn ơ nhiễm vi khuẩn do vốn có hoặc trong thu hoạch, chế biến.
Trong nghiên cứu của Park và cộng sự (2008), lá rau bina được bổ sung 106- 107 CFU/gE.coli O157:H7(ATCC 35.150, ATCC 43.889 và 43.890 ATCC) trước khi ngâm 500ml nước khử i-on (DI), nước điện phân có tính axit (AC-EW), nước điện phân kiềm (AK-EW), hoặc AK-EW + AEW cho 15 giây, 30 giây, 1 phút, 3 phút và 5 phút. Nước điện phân có tính axit ở mức 37,5 ± 2,5 ppm chất oxy hóa cho thấy một sự khác biệt đáng kể (P <0,05) so với AK-EW khi xử lý trên rau bina. Kết quả cho thấyE.coli O157:H7 giảm 1,97; 2,95; 3,24log CFU/g sau 15 giây, 30 giây. Sau 3 phút, E.coli O157:H7 là giảm hơn 3,50 log CFU/g [44].
Koseki và cộng sự (2004) đã tiến hành một nghiên cứu để kiểm tra ảnh hưởng của nước điện phân kiềm và axit (AK-EW và AEW) trên lá rau diếp còn nguyên vẹn, được nhiễm chủng E.coli O157: H7 và Salmonella. 10 mảnh lá rau diếp (5 cm x 5 cm) nhúng trong 1,5 lit của AK-EW, nước cất (DW), hoặc AEW (40 ppm chất oxy hóa). Sau khi li tâm ở 150 rpm trong 5 phút, các mẫu rau diếp được ngâm trong 1,5lit AEW với thời gian 5 phút. Bước cuối cùng là rửa sạch rau diếp bằng 1lit nước cất 2 lần. Kết quả cho thấy, rau diếp được xử lý bằng AK-EW cho hiệu quả tốt hơn so với việc dùng AEW, dung dịch có diệt E.coli O157: H7 và Salmonella trên rau
diếp xấp xỉ 1,8 và 1,7 log CFU/g[33].
Abadias và cộng sự (2008) cũng đã kiểm tra các nghiên cứu tương tự trên rau diếp bằng cách sử dụng nước điện phân trung tính (NEW) để khử trùng E.coli O157:H7 và Salmonella. Nước điện phân trung tính (89 ppm) giảm 1,2- 1,5 log CFU/g E.coli O157: H7 trên rau diếp trong 1 phút, so với nước khử ion chỉ giảm 0,6 đến 0,8 log CFU/g. Có sự khác biệt đáng kể (P ≥ 0,05) giữa NEW tại 89 ppm và hypochlorite chuẩn (SH) ở 100 ppm để giảm vi khuẩn gây bệnh trên rau diếp, kết quả cũng được miêu tả NEW hiệu quả với Salmonella hơn với E.coli O157: H7 [16].
Guentzel và các công sự (2008) đã nghiên cứu sử dụng dung dịch hoạt hóa điện hóa để khử trùng rau chân vịt, rau diếp và các bề mặt dùng chế biến thực phẩm. Nghiên cứu khả năng diệt khuẩn của dung dịch hoạt hóa điện hóa ở 250C được xác định trêncác chủng vi khuẩn: E.coli, Salmonella typhimurium, Staphylococcus
aureus, Listeria monocytogenes, và Enterococcus faecalis. Trong môi trường tinh
khiết, cả 5 vi khuẩn này bị tiêu diệt hoàn toàn 100% sau khi cho tiếp xúc 10 phút với dung dịch hoạt hóa điện hóa có nồng độ chất oxy hóa là 20, 50, 100 và 120 ppm (giảm 6,1–6,7 log10 CFU/mL). Khi phun dung dịch HHĐH chứa nồng độ clo dư 278–310 ppm (pH 6,38) lên bề mặt chế biến thực phẩm, mật độ vi khuẩn giảm từ 79–100% [24].
d. Trái cây
Nước điện phân khơng chỉ có hiệu quả trên rau, mà còn được sử dụng trên các loại trái cây. Trong một nghiên cứu trên dâu tây, dâu tây (100g) được nhúng vào cốc chứa 600 ml nước điện phân điều chế từ dung dịch NaCl0,05% hoặc 0,1% [48].Tỷ lệ mẫu và nước khử trùng là 1:3 tính theo trọng lượng và thời gian tiếp xúc.
Thời gian rửa với nước điện phân tạo ra bằng NaCl 0,1% là 5,10 hoặc 15 phút. Vi khuẩn giảm nhiều nhất là 1,44-2,23 log CFU/g khi thời gian tiếp xúc là 10 phút [50]. Mẫu táo (60 g) nhiễm E.coli O157: H7, được ngâm trong dung dịch 600 ml nước điện phân (70 ppm) trong 8 phút, giảm được 1,08 log CFU/cm2 so với phương pháp khác [52].
1.4.2. Ứng dụng dung dịch hoạt hóa trong bảo quản rau quả
Các loại rau quả sau khi thu hoạch được bảo quản thích hợp có thể kéo dài thời gian lưu trữ. Khi lựa chọn phương pháp bảo quản, không chỉ xem xét về kinh phí mà cịn phải xét tới tiềm năng lưu trữ bảo quản sản phẩm, điều kiện bảo quản tối ưu và công nghệ bảo quản cần được nắm rõ. Để ngăn chặn sự ô nhiễm của vi sinh, kiểm soát sự phát triển của chúng và ngăn chặn chất lượng sản phẩm xấu đi có thể sử dụng các phương pháp vật lý hoặc hóa học khác nhau, ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật. Cục quản lý dược và thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) công bố rằng Chlorine, Chloramines, Ozone, Chlorine dioxide… tất cả đều có thể tiếp xúc trực tiếp với thức ăn và khử trùng thực phẩm [45]. Do đó, dung dịch hoạt hóa có đặc tính khử trùng cao với hy vọng kéo dài thời gian bảo quản rau quả.
Trong nghiên cứu của Jen Jung Hsu và cộng sự (2011), tác giả đã lựa chọn cây hành lá (Allium fistulosum L) tại khu vực Sunshin thuộc quận Yilan của Đài Loan
và cây rau muống nước (Ipomoela aquatica Forsk) để đánh giá khả năng kéo dài
thời gian bảo quản sản phẩm khi sử dụng dung dịch hoạt hóa điện hóa. Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng, điều kiện bảo quản tối ưu cho các loại rau trên khi được ngâm rửa bằng dung dịch hoạt hóa với nồng độ 30 ppm (đối với rau muống nước) và 40 ppm (đối với hành lá) trong 3 ÷ 5 phút và được bảo quản trong túi polyetylen kín (PE) mà khơng hấp thụ etylen ở 5oC. Khi đó, thời hạn sử dụng rau có thể đạt được đến 3 tuần và các lá màu vàng xuất hiện rất ít. Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian rửa bằng dung dịch HHĐH đến chỉ số lá hỏng được trình bày trong hình1.5, 1.6[28].
a) Đối với hành lá b) Đối với rau muống nước
a) Đối với hành lá b) Đối với rau muống nước
Hình 1.6. Ảnh hƣởng của thời gian rửa bằng dung dịch HHĐH đến chỉ số láhỏng
Trong một nghiên cứu khác của tác giả Liping Wang và cộng sự (2016), tác giả đã đánh giá hiệu quả bảo quản của dung dịch HHĐH so với một số chất khử trùng khác trên đối tượng là cà rốt và rau diếp. Đối với các mẫu được ngâmkhử trùng bằng dung dịch HHĐH lượng vi sinh so với rửa bằng dung dịch natri hypoclorit [36].
Theo tác giả Rahman và cộng sự (2010), khả năng diệt khuẩn của dung dịch khử trùng do nước có tính axit, thế oxy hóa khử (ORP) cao và nồng độ Clo trong dung dịch để tiêu hủy màng tế bào vi khuẩn [45]. Do đó có thể thấy rau được rửa bằng dung dịch HHĐH có khả năng khử trùng tốt hơn so với dung dịch natri hypoclorit ở cùng nồng độ, từ đó cho thời gian bảo quản sản phẩm dài hơn khoảng 4,5 ngày.
Dung dịch hoạt hóa điện hóa hiện đã được ứng dụng và thể hiện hiệu quả trong bảo quản các loại trái cây từ nhiều năm nay. Theo một số nghiên cứu của Trung tâm phát triển công nghệ cao -Viện khoa học vật liệu, dung dịch hoạt hóa điện hóa anolyte đã được sử dụng trong bảo quản thanh long, nho, cam sành trước khi đóng gói. Tỷ lệ trái nho được bảo quản ở mẫu đối chứng giảm mạnh từ ngày thứ năm (89%) và đến ngày thứ bảy chỉ cịn 64%, trong khi đó mẫu thí nghiệm ở ngày
thứ bảy vẫn còn giữ lại số lượng quả có giá trị thương mại là 93%. Quả thanh long được phun anolyte có thể tươi lâu đến 20 ngày, so với chỉ 5 ngày nếu không bảo quản. Kết quả thử nghiệm bảo quản cam sành bằng cách rửa và ngâm trong dung dịch anolit có nồng độ Clo hoạt tính 50 mg/l trong 5 phút, làm khơ bằng quạt trước khi lưu trữ trong bao nilon có xâm lỗ nhỏ cho tỷ lệ số quả được bảo quản và tỷ lệ khối lượng được bảo quản cao hơn hẳn, đồng thời chất lượng cam bị suy giảm ít hơn rất nhiều so với lô cam không được xử lý anolit. Cụ thể là sau 25 ngày bảo quản, 100% số lượng quả cam ở lơ đối chứng có dấu hiệu bị hỏng và những quả tốt nhất cũng bị giảm khối lượng gần 20%. Trong khi xử lý bằng anolit, số lượng quả cam bị hỏng ở ngày thứ 30 là 32,5%±4,3% và khối lượng hao hụt chỉ khoảng 7%. Kết quả thí nghiệm trên quả thanh long cho thấy ở mẫu xử lý bằng anolit nồng độ thích hợp, quả thanh long giữ được 21 ngày chưa bị hư hỏng, trong khi ở mẫu đối chứng tại ngày bảo quản thứ 7 các quả thanh long đã mất hết giá trị thương phẩm [56].
Chất lượng rau
Tính khả thi của việc sử dụng nước điện phân để kéo thời gian bảo quản và ức chế vi khuẩn trên rau, đã được thử nghiệm trên cây bìm bìm nước (Ipomoea
aquatica Forsk) ở Đài Loan. Trong khi được xử lý bằng điện phân nước (30 ppm,
5oC) dưới sự tán xạ bằng siêu âm trong 5 phút trong túi polyetylen kín,tác giả đã kiểm tra và đánh giá về chất lượng rau và lượng vi khuẩn sau khi lưu trữ ở 10oC trong 21 ngày. Kết quả cho thấy vitamin C, tổng chất diệp lục, tổng số lá và tổng số Coliformslần lượt giảm xuống còn khoảng 49%, 9,7%(p <0,01), 41% (p> 0,05) và 46% (p <0,01). Rửa rau bằng các nồng độ ClO2 ở 0, 50, 100, 150 và 200 ppm trong 3 phút, tổng số Coliforms thấp hơn đáng kể so vớimẫu đối chứng (p <0,01). Clo dư còn lại khoảng 0,11 ppm sau một giờ khử trùng. Từ kết quả nghiên cứu tác giả nhận định sử dụng nước điện hóa để ứng dụng trong việc bảo quản rau quả có tiềm năng lớn [28].
Trihalomethanes (THMs) – CHCl3, CHCl2Br, CHClBr2 và CHBr3 là sản phẩm phụ đáng lo ngại nhất trong quá trình sử dụng nước điện phân trong khử trùng nước
uống cũng như trên rau quả. Nồng độ THMs trong nước được sử dụng trong quá trình sản xuất của các sản phẩm này sẽ khơng vượt quá 100 μg theo Liên minh châu Âu (EU) hoặc 80 μg theo pháp luật Hoa Kỳ.
Theo nghiên cứu của Chao-Chin Chung và cộng sự (2011) sử dụng nước điện phân thành phần chính ClO2 200ppm khử trùng rau quả (ổi, táo, cà chua, dưa chuột, rau diếp, cà rốt) tạo ra 12,85 ppb THMs thấp hơn so với việc sử dụng nước javen 200ppm (tạo ra 142ppb THMs) và vẫn đạt yêu cầu quy định về THMs của Đài Loan là nhỏ hơn 80ppb [20].
Nghiên cứucủa Coroneo và cộng sự (2017) đánh giá nồng độ THMs trong các loại rau củ khác nhau (cà rốt, rau diếp băng, rau diếp, rau trộn, rau mùi tây, rau mùi tây và tỏi, salad rau cải…) sau khi rửa bằng nước clo. Trong 115 mẫu được phân tích, giá trị trung bình của tổng THMs bằng 76,7 ng g−1. Chloroform là THMs có tỷ lệ phần trăm lớn nhất trên tất cả các loại rau ăn sống. Những kết quả này cho thấy rằng quá trình rửa rau ăn sống nên được tối ưu hóa để giảm nguy có mặt của sản phẩm phụ [18].
Rau ăn lá là nguồn cung cấp nitrit chính trong chế độ ăn kiêng của con người và việc chế biến cơng nghệ để kiểm sốt nồng độ nitrit trong rau đã thu hoạch là cần thiết. Trong các nghiên cứu gần dây, việc nghiên cứu tác động của nước oxy hóa