6.4 Phương pháp lớp phủ cuộn ống đồng
Trong phương pháp này chủ yếu sử dụng những con lăn, các bộ phận chính gồm con lăn ống đồng và hai con lăn cho lớp màng phim đóng vai trị làm chất nền đi qua. Có ba loại kỹ thuật phủ cuộn ống đồng phổ biến chính là kỹ thuật phủ cuộn ống đồng trực tiếp, ngược và phủ microgravure. Trong kỹ thuật phủ Microgravure, con lăn ống đồng có kích thước nhỏ hơn các kỹ thuật còn lại, trên con lăn ống đồng được khắc những hoa văn đều nhau có tác dụng loại bỏ lớp chất phủ dư thừa, lấy một lượng dung dịch phủ vừa đủ sao cho dàn trải dung dịch trên bề mặt màng phim, ngồi ra cịn có một bộ phận là dao kỹ thuật, bộ phận này sẽ giúp loại bỏ lớp dung dịch dư thừa. Sau khi vật liệu phủ đã được phủ dung dịch phủ thì chúng sẽ được đưa tới buồng sấy dùng khơng khí nóng để làm bay hơi, loại bỏ lớp dung mơi và các lượng dư khác sau đó chúng sẽ được thu lại ở con lăn thu cuộn. Ưu điểm của phương pháp này sẽ giúp bề mặt lớp phủ mỏng, mịn, phủ đều hơn. Do kích thước con lăn nhỏ nên bề mặt diện tích tiếp xúc lớn, bề mặt phủ sẽ được đều và lớp phủ mỏng mịn hơn [36].
7. Ứng dụng
Các loại thực phẩm khi tiếp xúc với các điều kiện mơi trường, chẳng hạn như trong q trình sau chế biến, phân phối và bảo quản thường sẽ dễ bị hư hỏng bởi sự nhiễm khuẩn của vi sinh vật. Ngoài các phương pháp bảo quản truyền thống như chiên xào nấu nướng, gia nhiệt, không thể đảm bảo vừa tiêu diệt các loại bào tử vi khuẩn, vừa làm mất đi hương vị, trạng thái đặc trưng của sản phẩm và làm mất các giá trị dinh dưỡng của thực phẩm, vì vậy trong quy mơ cơng nghiệp, người ta sáng tạo nghiên cứu ra các loại bao bì vừa bao bọc thực phẩm tránh lại tác động của môi trường, vừa hạn chế sự sinh trưởng và phát triển của các loại vi khuẩn gây hại cho sức khoẻ con người, vừa bảo quản được lâu dài, các trạng thái cấu trúc, mùi vị và hàm lượng chất dinh dưỡng không bị ảnh hưởng nhiều như các phương pháp gia nhiệt truyền thống nên bao bì thực phẩm được tích hợp các chất kháng khuẩn với hàm lượng thích hợp vừa an tồn, vừa tiện lợi mà không gây ảnh hưởng nhiều đến các trạng thái ban đầu của thực phẩm, các loại bao bì này ngày càng được ưa chuộng và sử dụng phổ biến hơn trong ngành công nghệ thực phẩm. Các chủng vi sinh vật thường nhiễm vào thực phẩm như Campylobacter, Salmonella, Yersinia enterocolitica, Escherichia coli và Listeria monocytogenes. Và người ta đã nghiên
cứu ra rất nhiều các hợp chất có khả năng kháng khuẩn và các phương pháp tích hợp vào bao bì để kéo dài thời hạn sử dụng của chúng. Bên cạnh đó các phương pháp tích hợp cũng ngày càng được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong quy trình sản xuất các loại bao bì có khả năng kháng khuẩn. Việc sản xuất ra bao bì kháng khuẩn đem lại những lợi ích tuyệt vời cho con người, tối ưu hố q trình bảo quản thực phẩm và khiến quá trình này trở nên dễ dàng tiện lợi hơn rất nhiều [37].
III. Vật liệu bao gói có bổ sung các thành phần chức năng kháng oxy hóa 2. Khái niệm
Bao bì kháng oxy hóa là một cơng nghệ nhằm bổ sung các chất kháng oxy vào vật liệu bao gói. Là sự giải phóng có kiểm sốt các chất chống oxy hóa với mục tiêu làm chậm động học phản ứng của q trình oxy hóa lipid. Các loại bao bì kháng oxy hóa này có khả năng kéo dài thời hạn sử dụng ổn định bằng cách duy trì mức hiệu quả của các hợp chất hoạt tính trong một khoảng thời gian mà không làm ảnh hưởng tới thực phẩm với các chất phụ gia. Việc bổ sung liên tục các chất ức chế
ngăn ngừa sự hư hỏng của thực phẩm, do đó nâng cao chất lượng và an tồn [38].
3. Vai trị
Bao bì kháng oxy hóa nhằm sử dụng với vai trị tăng thời hạn sử dụng thực phẩm và giảm thất thốt thực phẩm. Khái niệm bao bì thực phẩm này cũng đang đánh giá về sự an tồn sức khỏe và mơi trường; do đó, ngày càng có nhiều sự phát triển của các hệ thống hoạt động sử dụng polyme dựa trên sinh học. Để bảo vệ thực phẩm khỏi các phản ứng oxy hóa, ngành cơng nghiệp thực phẩm sử dụng các chất chống oxy hóa, thường được tổng hợp và bổ sung trực tiếp vào thực phẩm. Tuy nhiên, chúng cũng có thể được đưa vào bao bì với mục đích được kiểm sốt các yếu tố có hại, làm hư hỏng và thể hiện tác dụng của chúng trên bề mặt thực phẩm, việc kết hợp các chất chống oxy hóa - kháng khuẩn có thể ức chế sự phát triển của vi sinh vật và giảm các phản ứng hư hỏng khơng mong muốn và có thể bảo tồn chất lượng của thực phẩm [39].
4. Ưu và nhược điểm 3.1 Ưu điểm
Công nghệ ứng dụng bổ sung các chất kháng oxy hóa vào trong bao bì thực phẩm đã được sử dụng và thương mại trong thị trường. Hiện đang được sử dụng trong bia, mì tươi, cà phê, thịt đơng lạnh, đồ uống, bánh nướng và hơn thế nữa - mang lại nhiều lợi ích cho bao bì thực phẩm, bao gồm những điều sau:
Thời hạn sử dụng sản phẩm được kéo dài đáng kể . Ngăn ngừa mầm bệnh hiếu khí và sinh vật hư hỏng.
Giảm nguy cơ oxy hóa vitamin (tức là Vitamin A, C và E).
Ngăn chặn sự phát triển của côn trùng và sự nở của trứng cơn trùng (ví dụ như mọt, bọ cánh cứng, v.v.).
Màu sắc, hương vị và độ tươi tổng thể của sản phẩm được duy trì. Khơng có chất phụ gia vào thực phẩm.
Thị trường có thể được mở rộng để phân phối toàn cầu do thời hạn sử dụng kéo dài -> Nâng cao chất lượng sản phẩm.
Tiết kiệm chi phí được thực hiện thơng qua việc giảm lãng phí do hạn sử dụng hết hạn và ít phải thay thế hàng tồn kho đã hết hạn sử dụng.
3.2 Nhược điểm
Mặc dù có nhiều lợi ích đối với sự an tồn và chất lượng của các sản phẩm thực phẩm bằng cách sử dụng chất kháng oxy vào vật liệu bao gói, nhưng có những thực tế cần được xem xét khi xác định ứng dụng của nó trong bao gói thực phẩm, vì một số yếu tố dưới đây có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm:
Một yếu tố cần phải đề phịng nghiêm trọng mà mọi người thường bỏ qua, đó là sự sinh sơi của những vi sinh vật yếm khí. Điển hình là các mầm bệnh như Clostridium botulinium loại E sống sót trong mơi trường hút oxy. Do đó rủi ro thực sự là các sinh vật hư hỏng hiếu khí bình thường hoạt động vì thiếu oxy trong bao bì. Người tiêu dùng có thể vơ tình ăn phải sản phẩm có mầm bệnh gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe.
Một rủi ro khác khi sử dụng phương pháp này là một số gói cần độ ẩm nhất định để kích hoạt phản ứng hấp thụ oxy. Thiếu độ ẩm sẽ làm cho bao bì kháng oxy khơng hoạt động, do đó có thể gây ra các vấn đề về chất lượng của sản phẩm không đạt yêu cầu [45].
5. Vật liệu đóng gói bao bì kháng oxy hóa
Mặc dù oxy là yếu tố quan trọng trong việc hỗ trợ sự sống, nhưng khi nói đến thời hạn sử dụng, chất lượng của sản phẩm có thể sẽ bị ảnh hưởng bởi yếu tố này. Nguyên tố oxy cần thiết cho các chức năng sinh học ở thực vật và động vật liên quan đến hô hấp và quang hợp. Tuy nhiên, trong thực phẩm, nó gây ra các phản ứng oxy hóa phân hủy dẫn đến mùi ơi, mùi hơi và các hợp chất có hại khác. Vì vậy bao bì thực phẩm ngày càng phát triển và quy trình sản xuất giúp kéo dài thời hạn sử dụng của thực phẩm chống lại phản ứng oxy hóa cũng như ngăn chặn các hợp chất có hại được hình thành từ các phản ứng hóa học hoặc sự sinh sôi của vi sinh vật. Kiểm sốt hàm lượng oxy có tầm quan trọng đặc biệt trong thực phẩm có hoạt độ nước cao (aw) và khả năng hỗ trợ sự phát triển của vi sinh vật, như trong trường hợp sản phẩm tươi sống và các sản phẩm thịt dễ hư hỏng hơn các thực phẩm khác.
Một trong những phương pháp quản lý oxy hiệu quả nhất trong các ứng dụng quy trình đóng gói và đóng gói là sử dụng "bao bì tích cực". Bao bì tích cực đề cập
đến hệ thống đóng gói và đáp ứng với những thay đổi của môi trường xung quanh. Một số nguyên vật liệu thưởng được sử dụng trong bao bì kháng oxy hóa này điển hình như:
Túi hút oxy
Túi hút oxy là những gói có nhiều kích cỡ khác nhau được chứa trong một gói thực phẩm để hấp thụ oxy. Mặc dù chủ yếu được sử dụng ở châu Á, chúng đang bắt đầu được chấp nhận ở Hoa Kỳ chiếm hơn 70% tổng doanh số bán hàng gói. Chủ yếu được sử dụng để kéo dài thời hạn sử dụng, gói có hiệu quả cao và có thể làm giảm nồng độ oxy trong một gói xuống 100 ppm.
Hình 11:Sản phẩm AGELESS của Mitsubishi Gas Chemical hấp thụ oxy trong hộp kín, giảm nồng độ của nó xuống 0.1%, loại bỏ oxy khỏi thực phẩm.
Bất kỳ chất nào phản ứng với oxy đều có thể được coi là chất thu hồi oxy. Tuy nhiên, khi xử lý thực phẩm, túi hút oxy phải an toàn, dễ xử lý, kích thước nhỏ gọn và khơng được tạo ra chất độc hại hoặc mùi / khí khó chịu. Chúng cũng phải hấp thụ một lượng lớn oxy, có tốc độ hấp thụ oxy thích hợp và phù hợp với giá thành kinh tế. Hai chất phổ biến nhất được sử dụng trong gói là bột sắt và axit ascorbic. Một ví dụ về phản ứng oxy hóa xảy ra với oxit sắt được thể hiện trong phản ứng dưới dây:
Fe -> Fe2++2e
½ O2+ H2O + 2e -> 2OH-
Fe2++ 2OH--> Fe(OH)2
2Fe(OH)2+ ½ O2+ H2O -> 2Fe(OH)3
Túi hút oxy rất dễ phản ứng và sẽ bắt đầu hoạt động khi tiếp xúc với khơng khí. Do đó, chúng phải được xử lý và đóng gói sao cho hạn chế tối đa việc tiếp xúc với môi trường. Túi thường bắt đầu phản ứng với oxy tùy thuộc vào hoạt độ của sản phẩm, nhiệt độ lưu trữ, số lượng ban đầu của O2có mặt. Việc lựa chọn túi hút oxy để sử dụng cho một sản phẩm nào đó cũng phụ thuộc rất nhiều vào hoạt độ nước, nhiệt độ và độ pH…. Ví dụ: thực phẩm ẩm có thể gây ra sự phát triển của vi khuẩn hoặc nấm mốc thường sử dụng những túi hấp thụ oxy rất nhanh, trong khi thực phẩm khơ có thể sử dụng gói hấp thụ oxy chậm hơn tùy vào loại sản phẩm. Túi hút oxy cũng được sử dụng cùng với các gói khác để nâng cao chất lượng sản phẩm tổng thể. Những gói này bao gồm chất hấp thụ độ ẩm và chất hấp thụ carbon dioxide và chủ yếu được sử dụng trong cà phê rang [40].
Chất khử oxy trong vật liệu đóng gói
Ngồi túi hút oxy ra cịn có các hợp chất khử oxy có thể được kết hợp trực tiếp vào chính vật liệu đóng gói. Những vật liệu này bao gồm màng dẻo, chất dẻo cứng (polyme đúc thổi hoặc đúc phun) và lớp lót trong. Cơ chế hấp thụ oxy cũng rất giống với cơ chế của túi hút oxy. Các thành phần hấp thụ oxy được thêm vào lớp màng trong bao gồm kim loại dễ oxy hóa, chất xúc tiến oxy hóa và chất độn. Tất cả các thành phần này thường là các hợp chất được phép tiếp xúc với thực phẩm. Chúng sẽ được thêm trực tiếp vào nhựa hoặc là một lớp riêng biệt được dát mỏng với các lớp khác. Thông thường, cơ chế hút oxy này được kích hoạt bằng độ ẩm.
Đối với các sản phẩm thực phẩm khô, phải thực hiện bằng một chất khác do hoạt độ nước thấp. Có thể thêm thuốc nhuộm photon vào trong lớp mnagf trong sau
đó thuốc nhuộm photon cảm quang sẽ làm tăng phản ứng của oxy với các hợp chất sắt. Đây cũng là một cách làm giảm q trình sắt oxy hóa để kéo dài thời hạn sử dụng một cách tối ưu nhất. Sự xúc tác này sẽ loại bỏ oxy tự do trong sản phẩm thực phẩm. Loại bao gói nếu chiếu sáng bằng tia UV sẽ kích thích các phân tử thuốc nhuộm photon, làm các phân tử oxy được khuếch tán vào trong bao bì, chuyển chúng sang trạng thái đơn [41]
Vật liệu Polyme
Một cách thay thế khác cho các bao bì thu hồi oxy dựa trên kim loại là sử dụng các polyme để hấp thụ oxy trong các khoảng không trong bao gói bởi vì hoạt tính của polyme là có khả năng phản ứng với oxy phân tử. Một nghiên cứu được thực hiện để đánh giá hiệu quả của màng lọc oxy về sự suy giảm màu sắc của các loại thịt đã qua xử lý. Nghiên cứu đã chứng minh rằng cả màng gói polyme và màng lọc oxy đều làm giảm oxy một cách hiệu quả. Ngoài ra, việc làm giảm mức oxy trong bao bì xuống dưới 0,1% để làm chậm sự phát triển của nấm mốc và nấm men trong mì ống tươi. Cơng nghệ này cũng có thể được áp dụng cho nước ép trái cây và các sản phẩm làm từ cà chua để bảo vệ hương vị, màu sắc và giá trị dinh dưỡng trong một thời gian dài hơn [42].
Bổ sung enzym
Bổ sung enzyme vào vật liệu bao gói cũng là một trong những yếu tố để loại bỏ oxy lên bề mặt của màng bao gói hoặc chai lọ. Ví dụ, có thể bổ sung enzyme glucoseoxidase và catalase. Men glucoseoxidase sẽ oxy hóa glucose thành axit gluconic và hydrogen peroxide. Sau đó, catalase sẽ chuyển hydrogen peroxide thành nước và oxy và cuối cùng là làm giảm hàm lượng oxy trong bao gói. Các enzym này có thể được thêm vào bề mặt của polyetylen hoặc polypropylen [43].
Phản ứng với các enzym để giảm nồng độ oxy được thể hiện như các phản ứng dưới đây:
H2O2+ ½ Catalase -> ½ O2+ H O2
6. Chất kháng oxy hóa được sử dụng trong bao bì thực phẩm 6.1 Chất chống oxy hóa tự nhiên
6.1.1 α- tocophenol
Hình 12:Cấu trúc hóa học của α- tocophenol
Cơng thức phân tử của α- tocophenol: C29H50O2 Tính chất vật lý:
Màu vàng nhạt, kim trong suốt
không mùi, không vị hoặc có mùi nhẹ Điểm sơi: 210°C ở 0,1 mmHg
Điểm nóng chảy ở 3°C
Tan trong nước 1,9X10-6 mg/L ở 25°C
Tan trong dung dịch etanol , 20,82 mg/L ở 33°C Giới thiệu
Alpha-tocopherol, một trong tám dạng đồng phân của vitamin E, là chất chống oxy hóa tan trong chất béo mạnh nhất được biết đến trong tự nhiên. Tuy nhiên, theo nghiên cứu là α-tocopherol phản ứng với các gốc lipid (các gốc lipid này được sinh ra trong phản ứng dây chuyền) tạo ra các hợp chất có khả năng bảo vệ màng tế bào khỏi q trình oxy hóa. Từ đó loại bỏ các gốc tự do trung gian và ngăn ngừa các phản ứng lan truyền liên tục diễn ra [47], cụ thể là lipoprotein tỷ trọng thấp bị oxy hóa, do đó nó đóng vai trị như một chất chống oxy hóa chính để ngăn ngừa
xơ vữa động mạch. Trong những năm gần đây, nhiều vai trò của α-tocopherol đã được khám phá hơn nữa, không chỉ bao gồm các chức năng chống oxy hóa mà cịn bao gồm các chức năng chống oxy hóa, tín hiệu tế bào và điều hịa gen.
Ngoài ra, vitamin E là một họ tám phân tử, mỗi phân tử bao gồm một vòng chromanol và một chuỗi bên béo. Chúng bao gồm hai nhóm, tocopherol và tocotrienols, dựa trên chuỗi tương ứng là bão hịa hoặc khơng bão hịa. Ngồi ra, α-