Đề tài Bao bì và thiết bị đóng gói sản phẩm rau quả

deûo vaø coù tính dính, neân chæ duøng ñeå laøm chaát keát dính.  PP duøng trong bao bì ñöôïc ñònh höôùng theo moät chieàu doïc trong quaù trình cheá taïo maøng. Tính chaát: BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 29  Tæ troïng: 0.885 ÷ 0.905 g/cm3.  Tính chòu nhieät: - Tmax = 132 ÷1490C. - Tmin = -180C. - Thaøn = 1400C.  Maøng coù theå giaõn daøi khi chòu löïc keùo, nhöng khoâng ñaùng keå.  Khoù bò raùch, beàn vôùi taùc ñoäng cuûa löïc cô hoïc (cao hôn PE).  Trong hôn LDPE hay HDPE, cöùng vaø dai hôn LDPE.  Ñoä boùng beà maët cao.  Khaû naêng choáng laïi caùc taùc nhaân: - Choáng thaám khí vaø aåm toát hôn PE. - Choáng thaám daàu môõ raát toát. - Beàn hoaù hoïc vôùi muoái, axit vaø kieàm. - Bò hö hoûng trong dung moâi höõu cô.  Khaû naêng in aán cao (ñeïp, roõ neùt). II.3.2 Oriented Polypropylene (OPP): - OPP cũng được tạo thành do phản ứng trúng hợp các monomer là các tiểu đơn vị propylene. - OPP chính là sản phẩm của quá trình định hương lại PP bằng kéo giãn theo phương ngang (vuông góc với chiều dọc) Tính chaát:  Tæ troïng: 0.902 ÷0.907 g/cm3.  Tính chòu nhieät: - Tmax = 140÷1460C. - Tmin = -500C. - Thaøn = 1500C. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 30  Maøng khoâng bò giaõn daøi khi chòu löïc keùo, OPP luoân ñöôïc cheá taïo daïng maøng.  Raát beàn cô nhöng deã bò xeù raùch khi ñaõ coù moät veát ñöùt nhoû vaø ñöôøng xeù raát thaúng  Trong suoát.  Ñoä boùng beà maët cao hôn PP.  Khaû naêng choáng laïi caùc taùc nhaân: - Choáng thaám khí vaø aåm toát hôn PP. - Choáng thaám daàu môõ raát toát. - Beàn hoaù hoïc vôùi muoái, axit vaø kieàm. - Bò hö hoûng trong dung moâi höõu cô.  Khaû naêng in aán toát.  Tính beàn cô cuûa OPP cao hôn PP. ÖÙng duïng: OPP ñöôïc duøng laøm lôùp maøng ngoaøi cuøng cuûa bao bì gheùp vì noù coù tính chòu nhieät, beàn cô hoïc, choáng thaám khí, hôi nöôùc toát vaø deã bò xeù raùch. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 31 II.4 POLYSTYRENE (PS). Ñöôïc taïo thaønh do phaûn öùng truøng hôïp caùc monomer laø caùc tieåu ñôn vò styrene. Thöôøng ôû daïng isotactic. Ñieàu kieän polymer hoaù: aÙp suaát thaáp, nhieät ñoä khoaûng 250-400OF Tính chaát:  Tæ troïng: 1,05 ÷1,06  Tmax =79 ÷ 96OC  Tmin = 57÷70O C  Tchaûy = 190 OF  Trong suoát.  Daïng maøng coù tính cöùng.  Vôùi ñoä daøy cao ñeå laøm chai loï chöùa ñöïng thì coù ñoä cöùng vöõng cao hôn PET. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 32  Daïng khoâng ñònh höôùng chòu löïc cô thaáp, daïng ñònh höôùng beàn cô hoïc, khoâng giaõn döôùi löïc keùo.  Khaû naêng choáng laïi caùc taùc nhaân: - Maøng ngaên khí vaø aåm keùm raát keùm, choáng thaåm thaáu daàu môõ keùm. - Beàn vôùi axit thöïc phaåm, kieàm, muoái; bò phaân huyû trong dung moâi höõu cô.  In aán roõ neùt, ñeïp. ÖÙng duïng:  Duøng trong caáu truùc nhieàu lôùp: moät lôùp moûng PS seõ cho beà maët ñoä saùng boùng cao.  Dùng làm khay chứa rau quả, dùng làm lớp lót cho các bao bì để có thể nhìn thấy rõ sản phẩm bên trong. II.5 ETHYLENE VINYL ALCOHOL (EVOH) EVOH là copolyme của ethylene với vinyl alcohol có những tính chất chức năng gần với PVDC. EVOH được tạo thành từ tác nhân ban đầu là EVA và được tiếp tục trùng hợp từ một lượng lớn VA với ethylene. Hàm lượng ethylene tồn tại trong s3n phẩm EVOH khoảng 30 – 45%. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 33 EVOH thường ghép chung với các màng plastic để tăng tính chống thấm O2 và các loại khí khác. EVOH có tính chống thấm khí O2 tốt hơn PVDC ở độ ẩm môi trường thấp, nhưng ở độ ẩm cao thì giảm đáng kể. EVOH thường dùng làm lớp bao phủ chống thấm khí O2 của màng ghép nhiều lớp. Tính chất:  EVOH có khoảng nhiệt tồn tại rộng hơn so với PVDC (-17 - 150 oC)  Tỉ trọng 1,2 thấp hơn PVDC, do đó diện tích màng lớn hơn so với khi sử dụng cùng 1 lượng PVDC.  EVOH được đặt vào bên trong của màng nhiều lớp để duy trì độ ẩm của V thấp nhằm sử dụng hiệu quả tính chống thấm khí O2 của EVOH. Ứng dụng:  EVOH được dùng trong thực phẩm vì tính bền cơ học cao, trong suốt, mềm dẻo, chống thấm khí, mùi hương tốt. Chi phí sử dụng EVOH cao hơn OPP nhưng EVOH không hấp thu những mùi hương của môi trường.  EVOH có tính chống thấm khí nhạy cảm với độ ẩm môi trường, phải được dùng trong bao bì thực phẩm màng ghép 3 lớp chống thấm khí hương. II.6 POLYCARBONAT. Polycarbonat ít ñöôïc söû duïng roäng raõi trong coâng ngheä saûn xuaát bao bì do nhöõng vaán ñeà veà cheá taïo vaø nhöõng toàn taïi veà maët tính chaát cô hoïc ôû caû nhieät ñoä cao vaø thaáp. Do ñoù, giaù thaønh cuûa noù raát cao. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 34 Caáu taïo. Polycarbonat ñöôïc taïo thaønh khi truøng hôïp hai loaïi monomer laø phosgene vaø Bisphenol A. Phaûn öùng taïo Polycarbonat: Tính chaát.  Tyû troïng 1.2.  Nhieät ñoä noùng chaûy 195oC.  Trong suoát.  Tính beàn nhieät: polycarbonat coù khaû naêng chòu nhieät cao.  Beàn cô hoïc, chòu ñöôïc caùc va chaïm toát. Ít bò giaõn döôùi taùc duïng cuûa löïc.  Chòu ñöôïc acid tuy nhieân tan maïnh trong kieàm. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 35  Hoaøn toaøn trô vôùi thaønh phaàn cuûa thöïc phaåm.  Tính choáng thaám khí vaø aåm keùm neân thöôøng keát hôïp vôùi caùc loaïi khaùc.  Khi ñònh höôùng khoâng taêng khaû naêng choáng thaám maø chæ taêng ñoä beàn keùo caêng. ÖÙng duïng.  Khoâng thích hôïp ñeå laøm bao bì daïng maøng co.  Polycarbonat ñöôïc öùng duïng trong moät soá loaïi bao bì cöùng nhö khay trong caùc bao bì ngoaøi choáng thaám ñeå coá ñònh vò trí saûn phaåm.  Do noù coù khaû naêng chòu nhieät cao neân polycarbonat coù theå ñöôïc söû duïng ñeå cheá taïo caùc loaïi bao bì coù quaù trình thanh truøng thöïc phaåm. Tuy nhieân, do giaù thaønh maéc, tính choáng thaám khí vaø nöôùc keùm neân loaïi vaät lieäu naøy hieám ñöôïc söû duïng roäng raõi nhö PET, nylon, PP hoaëc HDPE. Noù cuõng keát hôïp vôùi caùc loaïi vaät lieäu khaùc ñeå taïo neân bao bì phuø hôïp. II.7 TÚI LƯỚI PA (Polyamide): Dây chuyền sản xuất túi lưới *Ưu điểm của túi lưới: - Mềm dẻo, bền chắc. - Đẹp, tiện dụng và có thể tái sử dụng. - Phù hợp với bao gói thủ công và tự động. - Màu sắc đa dạng BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 36 - Nhiều kiểu mắt lưới khác nhau (Rhombus, Minimesh, L-Z, KARO) - Khối lượng bao gói dao động trong khoảng rộng. MINIMESH L-Z KARO RHOMBUS * Nhược điểm - Không cứng vững. - Không thể in nhãn trực tiếp. - Không chống va chạm cơ học. - Không có khả năng bảo quản… BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 37 Dùng túi lưới có mắt lưới nhỏ giúp tăng độ vững chắc áp dụng bao gói các khối lượng lớn. II.8 KHAY, HỘP KẾT HỘP MÀNG PLASTIC: Các loại khay plastic có ngăn nhỏ giúp bảo vệ trái cây khỏi các va chạm cơ học giữa các trái trong cùng bao gói và với bên ngoài. Khay plastic mang tính thẩm mỹ và tiện dụng cao. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 38 - Rau quả tươi được chia thành các đơn vị nhỏ tiện lợi cho người tiêu dùng. - Đặc điểm của sản phẩm còn hô hấp hiếu khí. - Có thể được chứa đựng trong bao bì LDPE có thẩm thấu khí CO2 và O2, H2O theo sự chênh lệch áp suất. - Đựng trên khay bằng ESP và bọc lên phía trên bằng màng EVA hay PVC. - Cũng có thể đựng khay PS và phủ màng LLDPE hay đựng trong hộp bằng PS, PET (bao PVC, khay EPS) (bao PVC, khay EPS) (hộp PET) BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 39 BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 40 BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 41 III.THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI: III.1 Thiết bị rót chai: - Thể tích chai: 500ml - Năng suất: 4000 – 5000 chai/giờ II.2 Thiết bị đóng gói bánh snack: - Tốc độ đóng gói: 40 - 65 gói/phút - Khối lượng: 50 grams/ gói - Kích thước: rộng: 50 mm - 100 mm dài: 40 mm - 150 mm BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 42 PHẦN V: BAO BÌ TETRA PAK I. ĐẶC ĐIỂM: Bao bì tetrapak là loại bao bì màng ghép rất nhẹ nhằm mục đích vô trùng, đảm bảo chất lượng tươi, nguyên cho sản phẩm giàu dinh dưỡng và vitamin từ nguồn nguyên liệu. Bao bì nhẹ có tính bảo vệ môi trường, tiện ích cho sử dụng, chuyên chở, phân phối và bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ thường với thời gian dài. Phương thức đóng bao bì tetra pak được áp dụng cho những loại thức uống dạng lỏng, đồng nhất hoặc dạng huyền phù, nhũ tương với kích thước hạt rất nhỏ, độ nhớt không quá cao như dạng sữa béo, sữa gầy, nước ép rau quả. Theo phương thức đóng gói tetra pak, thức uống được tiệt trùng trước khi đóng vào bao bì: bao bì tetra pak dạng phức hợp được tiệt trùng riêng bằng hơi H2O2 trước khi được rót dịch thành phẩm vào. Dịch lỏng được tiệt trùng bằng nhiệt độ cao, thời gian cực ngắn: t=1430C, thời gian 5- 6 giây, thời gian nâng nhiệt và hạ nhiệt độ tiệt trùng cũng xảy ra rất nhanh: 5- 6 phút. Bản chất của phương pháp này là tiệt trùng riêng lẻ thức uống dạng lỏng, sau đó rót định lượng dịch vào bao bì và hàn kín trong môi trường vô trùng. Sau khi đóng bao bì, sản phẩm được giữ ở nhiệt độ thường trong thời gian khoảng 6 tháng vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm. Phương pháp đóng bao bì tetra pak đi đôi cùng phương pháp tiệt trùng ở nhiệt độ cao, thời gian cực ngắn gọi là phương pháp UHT đảm bảo sản phẩm không bị đổi màu, mùi. Cấu trúc bao bì tetra pak:  Lớp 1: màng HDPE : chống thấm nước, bảo vệ lớp in bên trong bằng giấy và tránh bị trầy sước.  Lớp 2: giấy in ấn: trang trí và in nhãn.  Lớp 3: giấy carton: tạo hình dáng hộp, lớp này có độ cứng và dai chịu đựng được những va chạm cơ học.  Lớp 4: màng PE: lớp keo kết dính giữa giấy carton và màng Al.  Lớp 5: màng Al: ngăn chặn ẩm, ánh sáng, khí và hơi.  Lớp 6: Ionomer: lớp keo kết dính giữa màng nhôm và màng PE trong cùng.  Lớp 7: PE: cho phép bao bì dễ hàn và tạo lớp trơ tiếp xúc với sản phẩm bên trong. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 43 Lớp kết dính giữa lớp Al và giấy carton, được cấu tạo bởi vật liệu PE đồng trùng hợp, lớp này cũng là lớp chống thấm phụ trợ cho lớp PE trong cùng và lớp màng nhôm mỏng, màng nhôm chống thấm khí, hơi và hơi nước tốt. II.ỨNG DỤNG: Áp dụng cho những loại thức uống dạng lỏng, đồng nhất hoặc huyền phù, nhũ tương với kích thước hạt rất nhỏ, độ nhớt không quá cao như nước ép rau quả. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 44 III.THIẾT BỊ: - Năng suất: 3000-4000 hộp/h - Loại: 0,2;0,5;0,7;1l BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 45 PHẦN VI: MAP – KỸ THUẬT ĐÓNG GÓI KHÍ QUYỂN ĐIỀU CHỈNH ỨNG DỤNG CHO ĐÓNG GÓI RAU QUẢ TƯƠI. I. GIỚI THIỆU: Những năm gần đây, thị trường sản phẩm rau quả tươi đã phát triển rất mạnh. Động lực của sự phát triển này là do nhu cầu của người tiêu dùng ngày càng tăng, họ muốn tiêu thụ sản phẩm tươi, bổ dưỡng và không có các chất bảo quản. Tuy nhiên, sản phẩm rau quả tươi một mặt đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng nhưng mặt khác nó lại là một thách thức cho nhà sản xuất về vấn đề bảo quản tránh những hư hỏng do các phản ứng hóa sinh và vi sinh vật. Điều này đã được khắc phục đáng kể bằng cách ứng dụng kỹ thuật MAP. Việc áp dụng kỹ thuật khí quyển điều chỉnh với nồng độ O2 cao trong việc bảo quản các sản phẩm rau quả tươi bán lẻ có nhiều ưu điểm so với kỹ thuật đóng gói truyền thống hay đóng gói với hàm lượng oxi thấp. Kết quả nghiên cứu của hội đồng Châu Âu đã chỉ ra rằng việc sử dụng O2 với hàm lượng tương đối cao có hiệu quả trong việc ức chế các enzyme gây biến màu nguyên liệu, ngăn cản quá trình lên men yếm khí, quá trình mất hơi nước và sự sinh trưởng của các vi khuẩn yếm khí hay hiếu khí. Đặc tính của MAP Kéo dài độ tươi lâu sản phẩm nhờ giảm sự hô hấp và giảm tốc độ lão hoá sản phẩm mà không hoàn toàn cản trở quá trình hô hấp hiếu khí. Không giống như kiểu đóng gói sát khít vào sản phẩm và dễ bị xâm nhiễm bởi oxy và các chất bẩn, MAP có khả năng kiểm soát luồng khí lưu chuyển vào, ra bao bì, nó kéo dài đáng kể thời gian được bảo quản an toàn. MAP có thể bao quản độ tươi sống của nhiều loại thực phẩm, cũng như tăng độ an toàn thực phẩm và tiện lợi hơn cho người tiêu dùng. Không phải tất cả các loại màng MAP đều được chế tạo với đặc tính giống nhau, tuỳ theo loại sản phẩm mà nó bao gói, MAP sẽ có đặc tính thích hợp loại sản phẩm đó. Các loại rau quả khác nhau thì có mức độ hô hấp khác nhau. Do đó, khi chế tạo MAP, người ta phải nắm rõ mức độ hô hấp của loại rau quả cần bảo quản.  Ưu điểm: - Kĩ thuật đóng gói bằng MAP đơn giản, rẻ, dễ áp dụng BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 46 - Có thể bao gói những sản phẩm lớn nhỏ khác nhau, áp dụng từ lúc vận chuyển, bảo quản và ngay cả lúc bày bán, và có thể quảng cáo ngay cả trên bao bì.  Nhược điểm: - Cấu tạo của MAP không theo một công thức chung mà phải tuỳ thuộc vào từng loại rau quả, như vậy sẽ tốn công sức cho việc nghiên cứu đời sống của từng loại rau quả tươi. - Hiện nay phương pháp này cũng chỉ đang trong tiến trình nghiên cứu, chưa được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ bảo quản rau quả. II. THIẾT LẬP SỰ CÂN BẰNG CỦA KHÍ QUYỂN ĐIỀU CHỈNH (EQUILIBRIUM MODIFIED ATMOSPHERE) Không giống một số sản phẩm đóng gói khác, các thực phẩm rau trái tươi sau quá trình thu hoạch sẽ tiếp tục hô hấp, vì vậy các quá trình bao gói theo sau phải đảm bảo cho quá trình hô hấp của rau quả được tiếp tục. Việc bao gói rau quả trong các bao bì kín sẽ làm cho hàm lượng O2 bị giảm và hàm lượng CO2 tăng lên do quá trình hô hấp. Việc hiệu chỉnh khí quyển trong bao gói nhằm mục đích giảm tốc độ hô hấp của rau quả từ đó sẽ làm tăng thời gian bảo quản của thực phẩm. MAP có thể được tạo thành một cách bị động trong các bao gói kín như là hệ quả của quá trình hô hấp nếu khả năng thấm khí của bao gói phù hợp với tốc độ hô hấp của thực phẩm. Tuy nhiên điều này rất ít gặp trong thực tế vì vậy người ta đã chủ động thay đổi khí quyển trong bao bì bằng hỗn hợp O2, N2 và CO2. Người ta đã bơm vào một hỗn hợp khí bao gồm 5-10% O2, 5- 10% CO2 và 80-90% N2 để ngăn cản quá trình hóa nâu của các loại rau salad. Điều mấu chốt quyết định sự thành công của quá trình đóng gói bao bì MAP là việc lựa chọn bao bì có tính thấm phù hợp để có thể tạo ra được một môi trường cân bằng tối ưu cho quá trình bảo quản, thông thưòng là khoảng 3-10% O2 và 3-10 CO2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bao gói MAP là:  Tốc độ hô hấp của thực phẩm (chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, loại thực phẩm bao gói, kích thước, độ chín và mức độ xử lý)  Tính thấm của màng bao  Thể tích của bao gói  Diện tích bề mặt  Mức độ tiếp xúc với ánh nắng trực tiếp. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 47 Vì vậy ta thấy việc hiệu chỉnh khí quyển cho phù hợp với từng loại sản phẩm là rất phức tạp. Có rất nhiều trường hợp trong thực tế do sản phẩm được bao gói trong các màng bao có tính thấm không phù hợp nên quá trình hô hấp sẽ làm cho môi trường bên trong bao bì biến thành môi trường yếm khí (ví dụ 20% CO2). Để khắc phục người ta đã phát triển màng bao có kích thước lỗ micro (microperforated film), có tốc độ truyền oxi rất nhanh để đảm bảo môi trường bên trong là hiếu khí (5–15% O2 và 5–15% CO2), được sử dụng cho các loại thực phẩm hô hấp mạnh như bông cải xanh (broccoli), cà rốt, nấm rơm và rau spinach. Tuy nhiên nhược điểm của màng bao này là khá đắt tiền, quá trình bay hơi nước xảy ra nhanh, dễ tổn thất các hợp chất hương và vi sinh vật có thể xâm nhập vào trong bao bì khi gặp điều kiện thuận lợi như ẩm thấp … III. NGUYÊN TẮC - HIỆU QUẢ CỦA MAP CÓ HÀM LƯỢNG O2 CAO: Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng MAP có hàm lượng O2 cao đã có thể khắc phục được các nhược điểm của việc sử dụng hàm lượng O2 thấp như có hiệu quả trong việc ức chế các enzyme làm mất màu sản phẩm, ngăn cản quá trình lên men yếm khí và ức chế sự phát triển của vi sinh vật. Khả năng ức chế vi sinh vật do việc sử dụng O2 liều lượng cao có thể được giải thích như sau: do O2 có tính oxi hóa mạnh nên có khả năng tạo ra các gốc tự do tác dụng với các đại phân tử trong cơ thể vi sinh vật như protein, lipid … làm ảnh hưởng đến sự sinh trưỏng và phát triển của chúng. Đối với các vi sinh vật hiếu khí tuy chúng có enzyme peroxidase và catalase để chuyển hoá oxi nhưng khi nồng độ O2 và CO2 trong sản phẩm cao sẽ có thể làm ức chế và giảm hoạt tính của chúng. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 48 Ảnh hưởng của nồng độ oxi đối với sự sinh trưởng và phát triển của VSV. Cơ chế ức chế các phản ứng hóa nâu do enzyme xúc tác: polyphenol oxidase (PPO) là enzyme xúc tác cho phản ứng hoá nâu trên bề mặt rau quả sau khi cắt. PPO thúc đẩy quá trình oxi hóa các hợp chất phenolic thành các hợp chất quinones không màu, sau đó các hợp chất quinone này sẽ được polyme hóa để tạo thành các hợp chất có màu melanin. Các nhà khoa học cho rằng nồng độ O2 hay Ar cao có thể đóng vai trò ức chế phản ứng trên hay là việc tạo ra các hợp chất quinone không màu với liều lượng cao có thể gây ra sự ức chế ngược các phản ứng hóa nâu. Phản ứng hóa nâu rau quả Hiệu quả của MAP có thể được tăng cường bằng cách sử dụng kết hợp với Argon (Ar) và nitrous oxid (N2O). Hai chất này được cho phép dùng ở EU nhưng ở Air Liquide S.A. (Paris, France) thì chỉ khuyến khích sử dụng Ar và hạn chế việc sử dụng N2O. So với N2, Ar ức chế hoạt động của enzyme, sự phát triển của vi sinh vật và các phản ứng phân hủy tốt hơn. Đặc biệt là một số nghiên cứu cho thấy Ar và N2O có khả năng ức chế sự phát triển của nấm mốc, giảm tốc độ sinh khí ethylene và hạn chế tối đa các phản ứng phân hủy làm giảm giá trị cảm quan của thực BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 49 phẩm. Tuy Ar là một khí trơ nhưng nó vẫn có thể ức chế vi sinh vật là do Ar có khối lượng phân tử gần giống phân tử O2 và có khả tăng tan tốt trong nước nếu so với N2 và O2. Vì thế Ar có thể chiếm chỗ của oxi trong các trung tâm hoạt động của enzyme từ đó ức chế phản ứng hóa nâu do enzyme xúc tác. Ngoài ra Ar và N2O rất nhạy cảm đối với vi sinh vật, cơ chế của quá trình ức chế chưa được hiểu rõ nhưng nhiều giả thiết cho rằng có thể các chất này tác động lên màng membrane của tế bào vi sinh vật từ đó làm ảnh hưởng đến các quá trình trao đổi chất. IV. KỸ THUẬT BAO GÓI MAP: IV.1 Cách bảo quản rau quả bằng màng MAP Rau quả sau thu hoạch vẫn còn thực hiện quá trình quang hợp hô hấp. Lúc này, lượng CO2 xung quanh rau quả được tiêu thụ, trong khi đó lượng O2 được tạo ra nhiều, khi đó đường đựoc tổng hợp thúc đẩy quá trình chin quả, làm giảm tuổi thọ rau quả. Do vậy lượng O2 cần được hạn chế, lượng CO2 tăng lên. Tuy nhiên nếu lượng O2 giảm đi khá nhiều sẽ dẫn đến hô hấp yếm khí làm lên men rượu cũng ảnh hưởng không tốt đến chất lượng của rau quả. Vì vậy, Bao bì MAP được thiết kế để ngăn cản có chọn lọc, giúp điều chỉnh được mức độ lưu chuyển O2 và khống chế có hiệu quả nồng độ O2 trong bao bì. Trước hết ta cần tìm hiểu phản ứng hoá học và hệ số hô hấp (hệ số hô hấp là tỉ lệ CO2/O2 ) Hệ số hô hấp có thể lớn hơn, nhỏ hơn và bằng 1.. Thường hệ số hô hấp có chỉ số là 1 đối với nhiều loại thực phẩm bảo quản trong điều kiện đông lạnh theo tiêu chuẩn thông thường. Để làm chậm sự hô hấp, nồng độ CO2 tăng lên có thể ngăn sự phát triển vi sinh vật ở một số thực phẩm và lại có tác dụng như thuốc trừ nấm ở một số thực phẩm khác. Có một vài loại sản phẩm rất nhạy cảm với nồng độ CO2 cao, tuy vậy cần xác định mức tối ưu cho mỗi loại sản phẩm. Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất, ảnh hưởng quyết định tới mức độ hô hấp của sản phẩm. Ở nhiệt độ bình thường, các sản phẩm chóng hỏng. Vì vậy nhiều sản phẩm được làm đông lạnh IV.2 Hàm lượng tối ưu của các chất: Nồng độ các chất khí ngay sau quá trình hàn bao bì được khuyến cáo nằm trong khoảng 80- 95% O2 và 5-20% N2. Sau khi đóng bao thì hàm lượng O2 trong đó sẽ giảm dần và N2 sẽ tăng dần. Để kéo dài thời gian bảo quản ta nên khống chế lượng O2 > 40% và CO2 trong khoảng 10- 25% trong suốt quá trình đông lạnh. Điều này có thể thực hiện bằng cách hạ nhiệt độ bảo quản, hạn chế các tổn thương trên bề mặt rau trái, giảm tỉ lệ thể tích bao bì và thể tích khí chiếm chỗ, sử BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 50 dụng màng bao có khả năng giữ lại O2 nhưng cho CO2 thoát ra ngoài hay có thể sử dụng các túi có khả năng hút CO2 và sản sinh ra một lượng O2 tương ứng đặt trong bao bì. Để có thể đảm bảo hàm lượng O2 > 40% và CO2 trong khoảng 10-25% trong suốt quá trình bảo quản, ta nên bơm vào trong bao bì ngay từ đầu một lượng O2 thật lớn. Nhìn chung thì ra không cần bơm CO2 vì CO2 sẽ được sinh ra trong quá trình hô hấp. Tuy nhiên đối với các sản phẩm có tốc độ hô hấp thấp và bảo quản trong điều kiện khó sản sinh ra khí CO2 thì việc bổ sung 5-10% CO2 là cần thiết. Tỉ lệ tối ưu cho quá trình bảo quản là bơm vào trong bao bì một hỗn hợp khí gồm 80-85% O2 và 15-20% CO2 Thiết bị đóng gói MAP có hai dạng phụ thuộc vào hàm lượng O2 tối đa mà máy có thể bơm vào trong sản phẩm trong quá trình bao gói: - Dạng cổ điển: có hai loại là máy vertical form-fill-seal (VFFS) và horizontal form-fill- seal (HFFS) machines. Loại máy này không có giai đoạn hút chân không nên hàm lượng tối đa có thể đạt đưọc là 80% O2 - Dạng hiện đại: có kết hợp hút chân không trước khi bơm khí vào, khi đó hàm lượng O2 tối đa có thể đạt đưọc là 85-95% IV.3 Tỉ số giữa thể tích bao gói/thể tích trống trong bao bì: Để có thể duy trì lượng O2 > 40% và CO2 trong khoảng từ 10-25% trong bao gói trong suốt quá trình bảo quản, ta cần phải giảm tỉ số giữa thể tích bao gói và thể tích trống trong bao bì bằng cách giảm khối lượng đóng gói hay tăng thể tích trống. Giảm khối lượng rau quả bao gói sẽ có tác dụng làm giảm mức độ hô hấp tức là quá trình phân hủy O2 sẽ diễn ra chậm hơn. Tăng thể tích trống trong bao bì sẽ có tác dụng làm tăng hàm lượng O2 được bơm vào trong bao bì. Tuy nhiên biện pháp này chỉ mang tính tương đối vì người tiêu dùng sẽ không chấp nhận mua một gói rau quả tươi MAP nếu khối lượng sản phẩm quá ít và thể tích khí trong đó quá nhiều. IV.4 Điều chỉnh nhiệt độ bảo quản: Nhiệt độ bảo quản có ảnh hưởng rất lớn đến việc bảo quản sản phẩm. Nhiệt độ thích hợp cho quá trình bảo quản nên được duy trì dưới 8oC, lý tưởng nhất là trong khoảng từ 0-3oC vì nhiệt độ càng cao thì tốc độ hô hấp của rau quả sẽ càng mạnh. Nghiên cứu đã cho thấy rằng khi duy trì nhiệt độ bảo quản trong khoảng 3-5oC thì cảm quan của sản phẩm không bị thay đổi đồng thời hàm lượng O2 chỉ giảm từ 70% xuống 50%, hàm lượng CO2 chỉ tăng đến 15% sau 10 ngày bảo BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 51 quản. Nhưng nếu nhiệt độ bảo quản được tăng lên khoảng 8oC thì cảm quan của sản phẩm bị thay đổi rất nhiều, hàm lượng O2 giảm từ 80% xuống đến 35-40% và lượng CO2 tăng lên đến 35-40% sau 10 ngày bảo quản. IV.5 Chất liệu bao bì: Để tìm loại màng có cấu trúc thích hợp, cần xem xét các mục dưới đây: - Có thể lựa chọn loại nhựa như plastome polyolefin, polyetylen, polypropylen, styren-butadien, etylen-vinyl axetat làm màng bọc bao gói. - Lựa chọn các cấu trúc màng: màng đơn, màng kép, màng nhiều lớp. - Độ dày màng, tổng độ dày, tỷ lệ giữa các loại lớp màng . - Phụ gia làm chất trơn, chống vón, chống mờ. - Điều kiện gia công màng, nhiệt độ đùn ép, chế độ xử lý sơ bộ. - Các polyme có tính thấm oxy cao là chất dẻo nhiệt rắn plastome, (POP), copolyme etylen vinyl axetat (EVA) và nhựa polyetylen tỷ trọng cực thấp (U LDPE). POP có khả năng là chất liệu tốt nhất để áp dụng cho MAP, tiếp đó là EVA, ULDPE và các loại polyme khác. Có thể áp dụng ba loại cấu trúc màng khi sản xuất MAP với khối lượng lớn. Đó là các loại màng đơn, màng nhiều lớp, và màng kép. Màng đơn và màng nhiều lớp đều được sản xuất theo phương pháp đùn ép. Màng kép gồm 2 lớp màng tách biệt nhưng được ghép lại với nhau bằng keo dính hay cũng lại nhờ phương pháp đùn ép. Ba cấu trúc trên đều có những ưu nhược điểm khác nhau và sẽ được lựa chọn tuỳ theo từng trường hợp cụ thể. Ngoài việc điều chỉnh khí quyển, người ta còn bổ sung thêm một số khí để chống sự oxy hóa và để chống vi sinh vật vào màng. IV.6 Một số ví dụ về màng MAP:  Màng OTR: Là một loại màng chất dẻo, cấu trúc có độ thấm khí nhất định. Cấu trúc này có khả năng làm giảm độ hô hấp yếm khí, hạn chế nồng độ ô-xy chứa trong bao. - OTR 2000: Loại bao có độ thấm khí với mức thấm là 2000 ml ô-xy trong 1 giờ/m2. - OTR 4000: BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 52 Cụ thể như trái thanh long, sau khi thu hoạch, bảo quản trong bao OTR kết hợp với nhiệt độ thấp (100C) có thể kéo dài thời gian tồn trữ quả lên đến 49 ngày, tăng gấp ba lần so với quả không được bao gói được thí nghiệm trong cùng điều kiện Đối với loại đậu Hà Lan, nếu sử dụng bao OTR 4000 ở 100C, có thể duy trì chất lượng của đậu trong 20 ngày.  Màng PE: Có độ thấm khí kém nên để tăng cường chất lượng bảo quản rau quả, phải dùng kỹ thuật đục lỗ. PE 40 có nghĩa là màng có 40 lỗ với đường kính 0,1mm/lỗ. Nếu bảo quản trong bao PE, cũng ở 100C, có thể tồn trữ quả lên đến 35 ngày, tăng hai lần so với quả không được bao gói. Trong số các loại màng PE ta có các loại màng sau: HDPE, LDPE, LLDPE, PP….. Trong đó màng LDPE (dày 50m) và PP (dày 25m) được sử dụng nhiều hơn, tuy nhiên bao LDPE cho rau tươi hơn. Chú ý: Nếu kết hợp xử lý SO2 với nồng độ 5% trong thời gian 30 phút với việc sử dụng bao bì OTR 2000 hoặc PE ở nhiệt độ thấp (120C) sẽ kéo dài thời gian bảo quản lên 20 ngày, tăng thời gian bảo quản quả, cải thiện màu sắc và không gây tổn thương vỏ quả.  Màng MAP cải tiến: Màng có thành phần chủ yếu (tham gia tạo màng): tinh bột của chuối, MC (metylxenlulose), gelatin và parafin; phụ gia giúp màng tan được trong nước, tính bám dính cao và có khả năng giữ ẩm là TEA, PG, PVA127. Với các thành phần như thế, màng sau khi có khả năng cô đặc dưới dạng rắn (hình 1) và có thể hòa tốt trong nước dưới dạng huyền phù để sử dụng (hình 2), khả năng khô nhanh khi hình thành màng (t<10 phút) ở nhiệt độ môi trường. IV.7 Kết quả việc sử dụng MAP để bảo quản rau quả tươi: BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 53 Vải được bảo quản bằng màng MA ở nhiệt độ lạnh thích hợp sau ba tuần (trái) và vải không được bảo quản bằng màng MA nhưng được giữ ở nhiệt độ lạnh thích hợp sau ba tuần (phải). Xoài được bảo quản bằng màng MA ở nhiệt độ lạnh thích hợp (phải) và xoài đối chứng (trái) Xoài được bảo quản bằng MAP và xoài đối chứng IV.8 Giới thiệu các quy trình và thiết bị bao gói: Hệ thống bao gói salad theo chiều dọc (vertical form-fill-seal (VFFS)) * Hệ thống hút chân không: BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 54 Hút chân không trong buồng Thiết bị hút chân không sử dụng ống hút khí * Các kiểu hệ thống đóng gói: Đóng gói khay chuyển động theo chiều ngang (horizontal form-fill-seal (HFFS)) BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 55 Thiết bị đóng gói TFFS (thermoform-fill seal) Các sản phẩm đóng gói sử dụng MAP: BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 56 BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 57 PHẦN VII: MÀNG BAO SINH HỌC I. KHÁI QUÁT VỀ MÀNG SINH HỌC: Màng bảo quản rau quả tươi là vật liệu bao quanh rau quả sau thu hoạch nhằm ngăn cản sự tiếp xúc giữa rau quả và các vi sinh vật phá huỷ, khí oxy, hạn chế một phần độ ẩm. Từ đó rau quả sẽ không bị dập úng, không bị phá huỷ bởi vi sinh vật hay các tác nhân khác từ môi trường. Hiện nay người ta đã tạo ra rất nhiều loại màng bảo quản, nhưng chúng ta cần chọn lựa loại màng nào tối ưu nhất (rẻ tiền, dễ kiếm, không ô nhiễm môi trường,….) I.1 Tác dụng của màng bao: Màng bọc lên bề mặt vỏ trái cây sẽ có tác dụng : - Kìm hãm quá trình hô hấp . -Tạo dáng vẻ . - Ngăn ngừa nấm bệnh xâm nhập . - Làm giảm quá trình thoát hơi nước trên bề mặt vỏ trái cây (Guilbert & Biquet, 1989). Mục đích : làm cho đời sống của trái cây được kéo dài ra, do đó nó có ý nghĩa về mặt bảo quản. I.2 Đặc tính của màng - Không độc, không mùi vị . - Điều khiển được tính thấm khí và khả năng ngăn ngừa sự thoát ẩm của rau quả đối với môi trường xung quanh. - Có tính đàn hồi, khó bị xé rách. I.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lực chọn màng: Việc lựa chọn màng bảo quản được quyết định bởi các yếu tố ảnh hưởng đến thời hạn bảo quản: I.3.1. Nhiệt độ: Nhiệt độ là yếu tố của môi trừơng có ảnh hưởng quyết định nhất đến chất lượng và thời gian bảo quả rau quả. Khi nhiệt độ tăng làm gia tăng quá trình hô hấp và gia tăng sự mất nước làm cho rau quả nhanh hư hỏng. Khi nhiệt độ thấp dưới điểm đóng băng sẽ dẫn đến sự hủy hoại cấu trúc của tế bào. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 58 Sự tăng giảm nhiệt độ đột ngột làm thay đổi cường độ hô hấp đột ngột sẽ gây hiện tượng bệnh lý cho rau quả. Để kéo dài thời gian bảo quản cần chọn nhiệt độ thích hợp và duy trì ổn định ở nhiệt độ đó I.3.2. Độ ẩm của không khí: Độ ẩm ảnh hưởng lớn đến sự bốc hơi nước của rau quả, độ ẩm thấp làm gia tăng sự bốc hơi nước và khi độ ẩm không khí cao sẽ làm cho rau quả dễ bị úng thối. Khi bảo quản nên duy trì độ ẩm tối ưu nhằm tránh sự hư hỏng. I.3.3. Thành phần khí quyển: Thành phần khí quyển ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất. Khi gia tăng hàm lượng CO2 và giảm nồng độ khí O2 trong khí quyển có tác dụng hạn chế sự hô hấp của rau quả. II. MÀNG POLYMER SINH HỌC Trên cơ sở phương pháp sản xuất, các vật liệu polyme sinh học được chia thành ba nhóm chính sau:  Polyme được tách trực tiếp từ các nguồn tự nhiên (chủ yếu là thực vật) ví dụ như các polysaccarit (tinh bột, cellulose) và protein (như casein, gluten của bột mì)  Polyme được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp hóa học từ monome. Ví dụ, vật liệu polylactat là một polyeste sinh học được polyme hóa từ monome axit lactic. Các monome này được sản xuất nhờ phương pháp lên men các cacbon hyđrat tự nhiên.  Polyme được sản xuất nhờ vi sinh vật hoặc vi khuẩn cấy truyền gen. Vật liệu polyme sinh học điển hình nhất trong trường hợp này là polyhyđroxy - alkanoat; chủ yếu là polyhyđroxybutyrat (HB) và copolyme của HB và hyđroxy- valerat (tên thương mại là biopol). Cả ba loại polyme sinh học nói trên đều có tiềm năng làm nguồn vật liệu cho bao bì trong tương lai gần và sẽ thay thế các loại bao bì vật liệu polyme hiện tại có nguồn gốc dầu mỏ (như PE, PS). Nói chung các polyme sinh học nói trên đều có hiệu quả cao và dễ chế biến thành màng mỏng bằng công nghệ gia công chất dẻo thông thường (tuy còn hơi đắt); còn đối với polyme đi từ polysaccarit và protein, vấn đề hiệu quả càng rõ ràng hơn, đặc biệt là cellulose, nguồn polyme tự nhiên rất sẵn có và rẻ. Các loại giấy bóng kính (celophan) khá bền, nhạy cảm với độ ẩm được sản xuất từ cellulose là một loại vật liệu rất thích hợp làm bao bì. Để khắc phục tính nhạy cảm với độ ẩm của giấy bóng kính, người ta thường phủ thêm bằng sáp nitrocellulose (NC - W) hoặc polyvinyliđen clorua (PVDC). Một số dẫn xuất của xenluloza hiện cũng sẵn có trên thị trường là xenluloza axetat, etylcellulose, hyđroxy - etyl cellulose và hyđroxy - propyl cellulose và cellulose điaxetat. Tinh bột cũng là một BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 59 dạng polysaccarit được sử dụng rộng rãi, có cấu trúc dạng hạt và là thành phần chính của ngũ cốc, khoai tây. Tinh bột chủ yếu là hỗn hợp của amyloza (một polyme mạch thẳng) và amylopectin (một polyme phân nhánh). Ngoài vai trò làm thực phẩm, chất kết dính, chất làm đặc v.v.... Gần đây tinh bôt đã được chú ý trong vai trò làm vật liệu bao bì. Chúng có khả năng phân hủy sinh học cao, đồng thời lại có giá rẻ. Tuy tính bền cơ kém hơn nhưng màng tinh bột cũng có đặc điểm ngăn khí tốt, có tính nhiệt dẻo. Trong thực tế, người ta có thể bổ sung lượng lớn polyme tổng hợp như PVA hoặc polycaprolactam vào tinh bột để tạo ra loại màng có độ trong phù hợp. Vật liệu này có tính chất phân hủy sinh học khác hẳn loại màng tinh bột trộn PE trước đây (khi bị phân hủy vẫn để lại các hạt PE nhỏ). Tinh bột biến tính cũng là một dạng thay thế. Hiện nay trên thị trường đã có một số vật liệu từ tinh bột biến tính. Công nghệ chế biến tinh bột thành vật liệu bao bì thực phẩm sẽ thuận lợi hơn so với công nghệ đi từ cellulose, trong khi chi phí lại thấp hơn đồng thời lại là vật liệu dễ bị phân hủy sinh học. Gần đây protein cũng được coi là chất liệu tạo màng dễ phân hủy. Protein rất hấp dẫn các nhà hóa học polyme vì chúng có nhiều chức năng hóa học, sẵn có trong tự nhiên và khá III. MỘT SỐ LOẠI MÀNG BAO SINH HỌC III.1 Màng chitosan: Chitosan là một loại polyme sinh học, được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm vì có những tác động tốt trên bệnh nhân ung thư. Hai nước nghiên cứu nhiều về Chitosan hiện nay là Trung Quốc và Nhật Bản. Ở Việt Nam, Chitosan được sản xuất từ vỏ tôm đã được sử dụng thay hàn the trong sản xuất bánh cuốn, bánh su sê... Mới đây nhất, các nhà khoa học thuộc Đại học Nông Lâm TP HCM đã thành công trong việc tạo màng Chitosan làm vỏ bảo quản thực phẩm tươi sống, dễ hư hỏng như cá, thịt, rau quả... mà không làm mất màu, mùi vị của sản phẩm Cấu trúcphân tử của Chitosan BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 60 Nguồn gốc của chitosan: Chitosan là một dạng chitin đã bị khử axetyl, tên khoa học β-1,4-poly-D-glucosamin công thức phân tử (C6H11NO4). Trọng lượng phân tử trung bình 10000-50000 Dalton. Không giống chitin nó lại tan được trong dung dịch axit yếu. Chitin là polyme sinh học có nhiều trong thiên nhiên chỉ đứng sau cellulose. Cấu trúc hóa học của chitin gần giống với cellulose. 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. Chitin có gốc từ chữ "chiton", tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp. Chitin là thành phần cấu trúc chính trong vỏ (bộ xương ngoài) của các động vật không xương sống trong đó có loài giáp xác (tôm, cua), có trong màng tế bào nấm thuộc họ Zygemycetes, sinh khối nấm mốc và vài loài tảo. 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,ll triệu tấn/năm. Vì vậy việc chế biến màng bảo quản chitosan đã giải quyết phần nào lượng chất thải trên, tương lai cho thấy tiềm năng phát triển của loại màng này là rất cao Cấu trúc phân tử chitin. III.1.1 Đặc tính của chitosan: - Là polysacharide không độc hại, có khối lượng phân tử lớn. - Là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác nhau. - Chitosan có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị, không tan trong nước, dung dịch kiềm và axit đậm đặc nhưng tan trong axit loãng (pH=6), tạo dung dịch keo trong, có khả năng tạo màng tốt, nhiệt độ nóng chảy 309 - 311oC. Ở dạng muối acetate, ascorbate, lactate, malate… thì có thể tan trong nước. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 61 - Có tính acid yếu, pKa=6-6.8 - Tham gia phản ứng tạo phức với kim loại: Ni, Cu, Zn, Cd… III.1.2 Tác dụng của chitosan: - Phân huỷ sinh học dễ hơn chitin - Chitosan và các dẫn xuất của chúng đều có tính kháng khuẩn, như ức chế hoạt động của một số loại vi khuẩn như E.Coli, diệt được một số loại nấm hại dâu tây, cà rốt, đậu và có tác dụng tốt trong bảo quản các loại rau quả có vỏ cứng bên ngoài. - Khi dùng màng chitosan, dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng không khí cho thực phẩm (Nếu dùng bao gói bằng PE thì mức cung cấp oxy bị hạn chế, nước sẽ bị ngưng đọng tạo môi trường cho nấm mốc phát triển) - Màng chitosan cũng khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng làm bao gói. - Màng chitosan làm chậm lại quá trình bị thâm của rau quả. Rau quả sau khi thu hoạch sẽ dần dần bị thâm, làm giảm chất lượng và giá trị. Rau quả bị thâm là do quá trình lên men tạo ra các sản phẩm polyme hóa của oquinon. Nhờ bao gói bằng màng chitosan mà ức chế được hoạt tính oxy hóa của các polyphenol, làm thành phần của anthocyanine, flavonoide và tổng lượng các hợp chất phenol ít biến đổi, giữ cho rau quả tươi lâu hơn. - Hạn chế quá trình chín - Hạn chế quá trình hô hấp và thoát hơi nước - Đảm bảo cấu trúc và màu sắc sản phẩm III.1.3 Cách tạo màng bọc chitosan: - Chitosan được nghiền nhỏ bằng máy để gia tăng bề mặt tiếp xúc. - Pha dung dịch chitosan 2% trong dung dịch acid acetic 1,5%. - Sau đó bổ sung chất phụ gia PEG - EG 10% (tỷ lệ 1:1) vào và trộn đều, để yên một lúc để loại bọt khí. - Sau đó đem hỗn hợp thu được quét đều lên một ống inox đã được nung nóng ở nhiệt độ 64-65oC (ống inox được nâng nhiệt bằng hơi nước). BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 62 - Để khô màng trong vòng 35 phút rồi tách màng. - Lúc này người ta thu được một vỏ bóng có mầu vàng ngà, không mùi vị, đó là lớp màng chitosan có những tính năng mới ưu việt. III.1.4 Ứng dụng của chitosan: - Trong thực tế người ta đã dùng màng chitosan để đựng và bảo quản các loại rau quả như táo, lê, bơ, tiêu, khoai tây, khoai lang, cà chua, đào, dưa chuột, đậu, quả kiwi v.v... - Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: y học, xử lý nước thải, công nghiệp nhuộm, giấy, mỹ phẩm, thực phẩm... III.1.5 Ưu điểm của màng chitosan: - Dễ phân huỷ sinh học. - Vỏ tôm phế liệu là nguồn nguyên liệu tự nhiên rất dồi dào, rẻ tiền, có sẵn quanh năm, nên rất thuận tiện cho việc cung cấp chitin và chitosan. - Tận dụng phế thải trong chế biến thủy sản để bảo quản thực phẩm ở nước ta. Thành công này còn góp phần rất lớn trong việc giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường do các chất thải từ vỏ tôm gây ra. III.2 Màng tinh bột: III.2.1 Nguyên tắc: Giống như các chất cao phân tử khác, tinh bột có khả năng tạo màng tốt. Để tạo màng các phân tử tinh bột (Amiloza và Amilopectin) sẽ dàn phẳng ra, sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hydro và gián tiếp qua phân tử nước. Có thể thu được màng từ dung dịch phân tán trong nước. Màng thu được từ thể phân tán trong nước thường dễ dàng tan ra trong nước. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 63 III.2.2 Phương pháp tạo màng: Cho tinh bột phân tán trong nước đến một nồng độ nhất định không quá đặc hoặc không quá loãng, hồ hoá sơ bộ để tạo ra một độ nhớt nhất định. Khuấy thật kỹ. Rót dung dịch tinh bột thành lớp mỏng lên bề mặt kim loại phẳng và nhẵn được gia nhiệt thích hợp. Để màng khỏi bị dính lại sau khi khô, có thể phết một ít parafin để trơ hoá bề mặt kim loại. Các giai đoạn hình thành màng : - Giai đoạn 1: từ bề mặt nước bốc hơi, nồng độ tinh bột tăng lên, các hạt tinh bột dịch gần nhau, hướng từ biên vào tâm dưới tác dụng của dòng môi trường phân tán sắp xếp lại thành lớp đơn hạt đặc. - Giai đoạn 2: nước nằm giữa các hạt tiếp tục bốc hơi. Các hạt tiếp xúc nhiều hơn và bị biến dạng. Sức căng bề mặt lúc này có vai trò rất lớn, có khuynh hướng làm căng bề mặt của hệ thống. Mức độ biến dạng của các hạt phụ thuộc vào modun và độ nhớt của chúng. Có thể thêm vào các chất hoá dẻo để tạo màng có độ đồng thể hơn. - Giai đoạn 3: khi tiếp xúc với nhau các hạt bắt đầu thể hiện lực cố kết. Các tính chất cơ lý của màng sẽ phụ thuộc vào các hiện tượng xảy ra trong giai đoạn này. Khi khô thể tích của màng bị giảm, dẫn đến sự co ngót về chiều dày và xuất hiện ứng suất nội. Sự co ngót màng càng lớn khi nồng độ tinh bột càng nhỏ và sự hydrat hoá càng cao. Do đó người ta thường thêm vào các chất pha loãng để làm giảm sự hydrat hoá và do đó giảm sự co ngót. Màng thu được từ dung dịch có nồng độ thấp tốc độ bay hơi lớn, mạch phân tử tinh bột được định hướng một cách mạnh mẽ, thường có độ bền cao nhưng ứng suất nội lớn. Khi làm khô chậm, màng kém bền hơn tuy nhiên lại không có ứng suất nội. Vì vậy tốc độ bốc hơi nước phải được điếu chỉnh hợp lý bằng cách thay đổi nhiệt độ, thay đổi tốc độ chuyển dịch và trao đổi không khí, thay đổi độ nhớt và nồng độ tinh bột trong dung dịch. Khi thay đổi các thông số này ta sẽ thu được màng có cấu trúc và tính chất khác nhau. Qúa trình bốc hơi nước từ màng xảy ra theo 5 giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: nứơc nhiều nên sự bốc hơi nước xảy ra từ bề mặt tự do của chất lỏng. Áp suất hơi bão hoà là trở ngại duy nhất cho sự bốc hơi. - Giai đoạn 2: trên bề mặt màng tạo ra lớp thể gel nhớt , nước phải thắng trở lực của lớp này. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 64 - Giai đoạn 3: hình thành cấu trúc. - Giai đoạn 4: bốc hơi của nước sonvat hoá là nước liên kết vững hơn với tinh bột. Ngoài ra nước phải thắng trở lực của lớp màng đã tạo thành. - Giai đoạn 5: do kết quả của sự bốc hơi màng đã tạo ra. Để thu được màng tinh bột có tính chất đàn hồi cao ngưới ta có thể thêm các chất hoá dẻo để chúng làm tăng khoảng cách giữa các phân tử, làm giảm lực Van der Waals do đó làm yếu lực cố kết nước và làm tăng động năng của các phân tử. Chất hóa dẻo thường cùng bản chất hoá học nhưng có trọng lượng phân tử bé hơn . Vì vậy màng tinh bột thực phẩm người ta hay dùng glixerin làm chất hoá dẻo. Cũng có thể thu được màng tinh bột từ dung dịch tinh bột hoà tan trong kiềm sau đó tái sinh lại. Màng tinh bột trong suốt và đàn tính cao cũng có thể thu được bằng phương pháp nhúng. Chuẩn bị dung dịch tinh bột cũng giống như phương pháp tráng trên bản kim loại ở trên. Dung dịch tinh bột phải có độ nhớt thích hôp, để phủ kín đều bề mặt bản phim. Sau đó được gia nhiệt ở nhiệt độ thích hợp để làm chín tinh bột . Cũng cần lưu ý đôi khi màng thu được giòn, dễ bị rách là do khi tạo màng đã đồng thời xảy ra hai quá trình sau: -Sự giảm dần dần thể tích của chất tạo màng (tinh bột) do nước bị bốc hơi. -Sự hình thành dần dần và sự vững chắc hoá cấu trúc cục bộ dẫn tới làm mất độ chảy và làm xuất hiện một độ bền nào đó ở trong màng còn chưa được hoàn chỉnh. Ta đều biết bề mặt kim loại cũng như bề mặt bản phim là những bề măt rắn không có khả năng thay đổi kích thứơc chiều dài của mình, do đó trong màng sẽ phát sinh ra ứng suất nội. Nếu ứng suất này bé hơn độ bền của cấu trúc đã hình thành lúc đó, thì khi co ngót không làm rách màng. Nếu ứng suất này lớn hơn độ bền của cấu trúc màng lúc đó thì màng bị rách. Có thể khắc phục các hiện tượng trên bằng cách tăng nhiệt độ tạo màng lên một ít để tăng chuyển động nhiệt của các hạt tinh bột do đó sẽ phá vỡ cấu trúc mới tạo ra. Hoặc bằng cách tăng sự tạo cấu trúc để màng vừa tạo thành bền và đàn hồi để không bị đứt khi co ngót (thường thêm chất hoá dẻo). BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 65 III.3 Màng bacterial cellulose (BC): III.3.1 Quá trình hình thành màng cellulose từ Acetobacter xylinum: Sơ đồ quá trình tổng hợp Cellulose của Acetobacter xylinum Glu : glucose GHK : glucose hexokinase G6P : glucose 6 phosphat G1P : glucose 1 phosphat PGM : phosphoglucoemutase UGP : UDP glucose pyro-gluco 6 phosphat PGA : phosphogluconic acid PGI : phosphoglucose isomerase FHK : fructose hexokinas Frc : fructose F6P : fructose 6 phosphat 1PFK : fructose 1 phosphate kinas F1P : fructose 1 phosphate PTS : phosphotransfer system FDP : fructose 1,6 phosphate G6PD : glucose 6 phosphate dehydrogenase Trong môi trường nuôi cấy Acetobacter xylinum thì các sợi nhỏ phát triển càng dài. Các tế bào Acetobacter xylinum khi sống trong môi trường lỏng sẽ thực hiện quá trình trao đổi chất của mình bằng cách hấp thụ đường glucose, kết hợp đường với một acid béo để tạo thành tiền chất nằm ở màng tế bào. Tiền chất này tiết ra ngoài nhờ hệ thống lỗ nằm ở trên màng tế bào cùng với một enzyme có thể polyme hoá glucose thành cellulose. III.3.2 Màng Bacterrial Cellulose (BC): Là lớp màng đặc do vi khuẩn Acetobacter xylinum tạo nên trên bề mặt môi trường có bản BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 66 chất là hemicellulose. Hemicellulose là những polysaccharide không hoà tan vào nước nhưng hoà tan trong dung dịch kiềm tính. Acetobacter xylinum là vi khuẩn hiếu khí, gram âm, có dạng hình que, kích thước khoảng 2µm thay đổi tuỳ loài. Chúng có thể di động hoặc không di động, không sinh bào tử. Vi khuẩn Acetobacter xylinum cho phản ứng catalase dương tính, có khả năng oxy hoá tiếp tục ethanol thành acid acetic, CO2 và H2O. Ngoài ra, vi khuẩn Acetobacter xylinum còn có thể chuyển hoá glucose thành acid, glycerol thành dihydroxyaceton và tổng hợp cellulose… Về mặt cấu trúc Bacterial Cellulose có cấu trúc dạng bó sợi đan xen lẫn nhau. Mỗi sợi rộng khoảng 100nm và dày 3-8nm. Đường kính của BC là nhỏ hơn so với tự nhi ên và sợi nhân tạo. Đặc tính cấu trúc của BC phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện nuôi cấy đặc trưng. Tuỳ thuộc vào yêu cầu ứng dụng mà ta chọn điều kiện nuôi cấy tĩnh hay động. III.4 Một số màng khác: III.4.1 Màng lipid Các sucrose ester của các acid béo là những sản phẩm không mùi, không màu, không độc hại. Khi tạo thành màng, nó có khả năng hạn chế sự trao đổi khí giữa quả và môi trường không khí bên ngoài, trì hoãn sự chín của quả. III.4.2 Màng polysaccharide Được làm từ tinh bột, cellulose,…Do đó nó có độ bền cơ học tốt vì có độ dãn nở cao, dễ kéo căng và có khả năng ngăn cản sự hấp thu dầu mỡ, oxi rất tốt. III.4.3 Màng protein Có nguồn gốc từ động vât và thực vật, loại màng này có cấu trúc bền vững và có khả năng ngăn cản khí rất tốt vì protein là một polymer của acid amin và protein có khả năng tạo cấu trúc bậc ba, bậc bốn. Nhưng bên cạnh đó, protein có nhược điểm là có tính háo nước nên các tính chức năng bị ảnh hưởng bởi độ ẩm và là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, ngoại trừ keratin. III.4.4 Màng sáp Màng được làm từ sáp ong hay paraffin, có khả năng hạn chế các quá trình hydrate hóa và tạo vẻ ngoài bóng đẹp cho trái cây được bảo quản. BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 67 III.4.5 Màng ăn được Ở Mỹ ,các nhà ghiên cứu của Khoa Khoa học & Công nghệ thực phẩm, ĐH Bang Oregon đã phát triển một loại màng (film) ăn được từ các chất tự nhiên để bảo vệ thực phẩm. Nhìn bên ngoài, màng này giống như giấy gói bánh kem hay bánh mì xăng-uých, đủ mỏng để không ảnh hưởng đến kết cấu của thực phẩm mà nó bao bọc. Nó có thể chứa các vitamin và các chất dinh dưỡng khác để làm tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm thực phẩm. Nhóm nghiên cứu đã kết hợp chitosan, một chất xơ tìm thấy trong vỏ của tôm và hysozome, là một protein của lòng trắng trứng để tạo màng bọc thực phẩm kháng khuẩn. Trong khi chitosan polymer tự nhiên ức chế sự phát triển của vi trùng gây thối rữa trong những quả mọng tươi và các thực phẩm khác. Hysozome cũng tốt như các sunfit hoá học khác trong ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật có hại mà không làm thay đổi hương vị và chất lượng của sản phẩm. III.4.6 Màng protexan: Chất lỏng không mùi vị và không ảnh hưởng đến sức khoẻ Sau khi quả được nhúng vào dung dịch rồi để trải ra ngoài, dung dịch bốc hơi, tạo thành một màng mỏng bảo vệ quanh quả Màng này có tác dụng giảm tổn thất khối lượng quả trong quá trình bảo quản, giảm cường độ hô hấp, làm chậm chín nên kéo dài thời gian bảo quản, bảo vệ tốt mùi, chất dinh dưỡng, vitamin, vị. Dùng thay thế cho bảo quản lạnh. III.4.7 Màng Waxol (Sáp) Màng chống tác dụng của nấm, hạn chế sự hô hấp sự chin, sự bốc hơi của quả Màng sáp thường gồm các chất tạo màng, chất diệt nấm và các chất phụ khác Ở Ấn Độ, người ta đã dùng có kết quả các chất sáp sau đây để bảo quản: Bảng: Waxol 0-12 Chất Dung lượng Chất Dung lượng Sáp cây caebona 26g Nước sôi 2233ml Sáp mía 13g Nước lạnh 2000ml Acid oleic 5g Cánh kiến 500g Trietylamin 8g Natri octophenyl-phenal (SOPP) 10g BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 68 Bảng: Waxol 12 Chất Dung lượng Chất Dung lượng Sáp mía 40g Triethylamin 13-19g Sáp parafin 20g Nước nóng 500g Sáp cây caebona 20g Nước nguội 225ml Acid oleic 7g SOPP 0.2 hỗn hợp Hỗn hợp này có dạng nhũ tương, có hàm lượng chất khô là 12% khi dùng, có thể pha loãng với nước để có độ khô 4, 6, 8, 9% BAO BÌ – THIẾT BỊ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM RAU QUẢ GVHD: Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1. Gudmund Skjak- Brack, Thorleif Anthonsen, Paul Standford, “Chitin & Chitosan”, 1989 2. Jongen - Fruit and vegetable processing improving quality - CRC Press, 2002, 400p. 3. Quaùch Ñónh, Nguyeãn Vaên Tieáp, Nguyeãn Vaên Thoa, Coâng ngheä sau thu hooaïch vaø cheá bieán rau quaû -NXB KHKT, 1996 4. TS. Đống Thị Anh Đào, “Kỹ thuật bao bì thực phẩm”, Nhà Xuất bản Đại học Quốc Gia TP. HCM (2005)