Tiểu luận Đóng gói Map

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Tiểu luận công nghệ chế biến thịt & thủy sản: ĐÓNG GÓI MAP Tp. HCM, tháng 5-2011 SVTH: Tạ Phú Lộc 60701378 Nguyễn Văn Phụng 60701855 Mai Thế Tình 60702499 Đỗ Phú Toàn 60702510 Nguyễn Văn Việt 60702948 GVHD: Ths Nguyễn Thị Hiền MỤC LỤC Trang 1.Tổng quan ..................................................................................................................... 1 1.1. . Khái niệm ............................................................................................................ 1 1.2. . Bao bì. ................................................................................................................ 1 1.3. Khí gas. ............................................................................................................... 2 2.1.1. Carbon Dioxide ......................................................................................... 2 2.1.2. Nitrogen ..................................................................................................... 3 2.1.3. Oxygen ...................................................................................................... 3 2.1.4. Khí gas khác............................................................................................... 3 2. Các phương pháp MAP .............................................................................................. 4 2.1. Phương pháp thụ động (Passive MAP). ................................................................ 4 2.2. Phương pháp chủ động (Active MAP) ................................................................. 4 2.3.1. High carbon dioxide MAP .......................................................................... 4 2.3.2. High oxygen MAP. .................................................................................... 4 2.3.3. Carbon monoxide MAP .............................................................................. 5 3. Các thiết bị dùng trong phương pháp MAP ............................................................... 6 3.1. Snorkel machines – Máy sử dụng ống hút khí để hút chân không. ........................ 6 3.2. Vacuum chamber machines – Máy hút khí bằng buồng hút chân không. .............. 6 3.3. Form, fill and seal machines ................................................................................ 7 3.4. Thermo-forming packaging machines .................................................................. 8 4. Nghiên cứu và ứng dụng.............................................................................................. 8 4.1. Nghiên cứu của C.A. Conte-Junior và cộng sự, 2010 ........................................... 9 4.2. Nghiên cứu của Herminia vergara và cộng sự, 2005 ............................................. 10 4.3. Nghiên cứu của R. Rajkumar và cộng sự, 2007 .................................................... 12 4.4. Nghiên cứu của J. Fernández-Lópezvà cộng sự, 2008 .......................................... 13 Tài liệu tham khảo ........................................................................................................... 17 Trang 1 1. Tổng quan. Quá trình nghiên cứu về phương pháp bảo bảo các sản phẩm từ thịt đã có từ xa xưa như sấy khô, muối chua… Ngày nay do yêu cầu của cuộc sống hiện đại thực phẩm không những đáp ứng về mặt dinh dưỡng mà còn các yếu tố và an toàn và đặc biệt là cảm quan, người tiêu dùng càng có xu hướng sử dụng các sản phẩm có đặc điểm giống thực phẩm tươi sống hơn. Việc ra đời của phương pháp MAP (phương pháp bảo bảo bằng cách thay đổi khí quyển trong bao bì) là một trong những bước phát triển đáp ứng yêu cầu tất yếu đó. Các ứng dụng thương mại của việc sử dụng phương pháp bảo quản bằng MAP đã nghiên cứu từ những năm 1930. Khởi đầu là việc áp dụng CAS (phương pháp bảo quản bằng cách điều chỉnh khí quyển) và là tiền thân của MAP, có thể kể đến như nghiên cứu của Killefer (1930) báo cáo tăng được gấp đôi thời gian bảo quản của thịt heo và thịt cừu lạnh khi lưu trữ trong môi trường CO2 100%. Tuy nhiên phương pháp CAS có mặt hạn chế đó là khả năng ứng dụng trong phân phối lẽ thấp. Vì thế đầu năm 1970 các sản phẩm bán lẻ sử dụng phương pháp MAP được giới thiệu và được ứng dụng rộng rãi cho đến ngày nay. 1.1. Khái niệm. MAP - Modified Atmosphere Packaging : “Thực phẩm được bao gói trong bao bì với thành phần không khí đã được sửa đổi khác hẳn không khí bên ngoài” (Hintlian & Hotchkiss, 1986). Nguyên tắc của phương pháp MAP: Sử dụng bao bì thấm khí chọn lọc nhằm làm chậm quá trình hư hỏng của thịt và thủy sản. Phương pháp này thường được sử dụng song song với phương pháp bảo quản lạnh, lúc này hiệu quả bảo quản tăng lên, ví dụ đối với thịt đỏ là từ 5 – 8 ngày, cá tăng từ 4 - 7 ngày (bảo quản lạnh) tăng lên tương ứng là 7 – 12 ngày và 16 - 21 ngày (sử dụng kết hợp cả 2 phương pháp). Các vi sinh vật gây hư hỏng trong quá trình bảo quản thịt và thủy sản chủ yếu là các vi sinh vật hiếu khí, vì thế môi trường bảo quản chúng được thay đổi theo xu hướng tạo môi trường yếm khí (20% carbon dioxide khi bảo quản thịt) nhằm hạn chế mức phát triển tối đa của các vi sinh vật này. Ngoài ra việc áp dụng phương MAP còn có tác dụng giữ màu đỏ tự nhiên của thịt (thịt bò). Màu sắc của thịt được quyết định bởi sự biến đổi của myoglobin qua quá trình bảo quản myoglobin từ màu đỏ tía biến đổi thành oxymyoglobin, đó là màu đỏ, và metmyoglobin màu nâu. Trong phân phối thì màu đỏ của oxymyoglobin được yêu thích hơn, vì thế lượng oxygen từ 60% đến 80% khi tiến hành bảo quản bằng phương pháp MAP. Trong lĩnh vực bảo quản thủy sản sau đánh bắt, việc ứng dụng phương pháp MAP không những góp phần làm giảm sự phát triển của vi sinh vật (do pH của thủy sản gần như trung tính nên quá trình hư hỏng do vi sinh vật diển ra với tốc độ nhanh chóng) mà còn góp phần ngăn chặn quá trình oxy hóa chất béo trong thủy sản do các enzyme oxy hóa gây ra. Vì thế hàm lượng carbon dioxide áp dụng trong trường hợp này thông thường là 20 - 50%. 1.2. Bao bì. Bao bì là một trong hai yếu tố quan trọng trong phương pháp MAP, tính thấm khí giúp duy trì thành phần khí trong bao bì theo tỷ lệ mong muốn theo thời gian bảo quản và tránh đọng ẩm bề mặt, khả năng truyền suốt giúp tăng tính cảm quan của sản phẩm, khả năng tạo hình, hàn nhiệt… Trang 2 giúp cho quá trình đóng gói bao bì diễn ra thuận lợi. Vì thế trong kỹ thuật MAP các bao bì thường sử dụng là : PE, PP, PS, PVC, EVOH, OPP, PA… Bảng 1.1. Tóm tắt đặc tính của một số loại bao bì thường dùng. [9] Tính trong suốt Tính chịu nhiệt Sử dụng Tính thấm oxygen cc/m 2 /24h Tính thấm hơi nước cc/m2 /24h Amorphous polyester APET Tốt -40°C - 70°C Tất cả 20 - 40 11 - 16 Recycled Polyethylene Terephtalate RPET Tốt -40°C - 70°C Tất cả 20 - 40 11 - 16 Crystalline polyester CPET kém -40°C - 220°C Tất cả 20 - 40 11 - 16 Orientated polystyrene OPS Tốt -40°C - 70°C Thực phẩm chiên và lạnh 1680 - 1900 21 - 24 High impact polystyrene HIPS Tốt 0°C - 70°C Thực phẩm chiên và lạnh 1500 12 - 14 Polypropylene PP khá -40°C - 130°C Tất cả 1300 - 2000 6 - 8 PP/EVOH / PP khá -18°C - 121°C Tất cả 0,01 - 0,1 0,1 - 0,3 Polylactic acid PLA Tốt 0°C - 40°C Thực phẩm lạnh < 50 < 12 1.3. Khí gas. Khí gas là yếu tố quan trọng quyết định khả năng bảo quản của phương pháp MAP, tỷ lệ thành phần khí trong bao bì trong mỗi thời điểm khác nhau trong quá trình bảo quản có ảnh hưởng tích cực hay tiêu cực đến thời gian sử dụng và chất lượng sản phẩm rau trái. Trong phương pháp MAP thông thường chỉ sử dụng ba loại khí: oxygen, nitrogen, carbon dioxide. Trong một số trường hợp việc sử dụng kết hợp khí carbon monoxide với ba loại khí trên cũng góp phần làm tăng giá trị của sản phẩm. 1.3.1. Carbon Dioxide (CO2). CO2 sử dụng như là khí hạn chế sự gia tăng của vi khuẩn hiếu khí và nấm mốc. Không có bất cứ nghi ngờ nào về vai trò và tầm quan trọng của nó trong bao bì thực phẩm sử dụng MAP. Thông thường có thể nói CO2 kéo dài thời gian bảo quản của thực phẩm. Tuy nhiên chất béo và nước hấp thu CO2 rất dể dàng và nếu quá nhiều sẽ ảnh hưởng đến hương vị, giảm độ ẩm trong bao bì vì thế nên cân nhắc cẩn thận. Nếu CO2 chỉ sử dụng để ngăn sự phát triển của vi khuẩn hiếu khí và nấm mốc thì hàm lượng dưới 20% được khuyến khích. Trang 3 1.3.2. Nitrogen (N2). N2 là một khí trơ được sử dụng để đuổi O2 khỏi bao bì. Nó sử dụng như là khí giúp “đổ đầy” ngoài ra nó cũng có hiệu ứng tương tự CO2. Tuy nhiên khác biệt rõ nhất của hai loại khí này là CO2 ức chế vi khuẩn và nấm mốc theo nguyên tắc tạo môi trường kỵ khí. 1.3.3. Oxygen (O2). O2 là yếu tố cần thiết cho quá trình hô hấp và củng là yếu tố đẩy nhanh sự hư hỏng của thực phẩm. Tuy vậy nó ức chế với các vi sinh vật kỵ khí bắt buộc. Nói chung O2 nên được loại bỏ trong MAP nhưng một vài trường hợp một lượng O2 lại mang đến một nhân tố tích cực: + Giữ màu sắc tự nhiên của thực phẩm. + Kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn kỵ khí có nhiều trong cá… 1.3.4. Khí gas khác. Gần đây việc sử dụng các loại khí gas: carbon monoxide, khí trơ, sulphur dioxide trong phương pháp MAP đã bước đầu được xã hội chấp nhận. Tuy nhiên chỉ sử dụng với hàm lượng hạn chế và quy mô áp dụng nhỏ. Lý do là ngoài giá trị kinh tế mang lại, đây là những khí gây hại với con người, ảnh hưởng đến vệ sinh an toàn thực phẩm. Carbon monoxide (CO): trong phân phối các sản phẩm từ thịt việc sử dụng khí này trong bảo quản có thể làm ngăn cản sự hóa nâu của thịt. Khả năng này được lý giải là do sự kết hợp của CO với hemoglobin có trong cơ thịt. Ngoài ra phản ứng giữa CO và mioglobin tạo màu đỏ tươi, độ bền màu tốt hơn so với phản ứng giữa O2 và mioglobin khi bảo quản ở điều kiện thông thường. Ngoài ra việc ứng dụng khí này vào vào kỹ thuật MAP còn có tác dụng giảm sự phát triển của vi sinh vật (Nissen, Aune and Nesbakken, 2001). Bảng 1.2. Bảng tỷ lệ khí gas sử dụng trong phân phối hàng bán lẽ bằng phương pháp MAP. [9] Thực phẩm 02 % CO2 % N2 % Thịt đỏ 70 30 - Nội tạng gia súc 80 20 - Thịt gia cầm - 30 70 Nội tạng gia cầm 70 30 - Hải sản (ít béo) 30 40 30 Hải sản (nhiều béo) - 40 60 Động vật thân mềm 30 40 30 Thịt qua chế biến - 30 70 Hải sản qua chế biến - 30 70 Thịt gia cầm qua chế biến - 30 70 2. Các phương pháp MAP. Phương pháp MAP trong công nghệ chế biến thịt đơn thuần là sự tạo môi trường theo mong muốn nhằm hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và các mục đích khác như là tạo màu đỏ tươi (thịt đỏ), ngăn chặn quá trình oxy hóa chất béo (cá béo)…Sự biến đổi thành phần khí trong bao bì trong quá trình bảo quản chủ yếu là do quá trình thủy phân glycogen trước co cứng (thịt tươi), kết quả là gia tăng hàm lượng CO2, giảm hàm lượng oxy và tăng hơi nước sinh ra… Trang 4 2.1. Phương pháp thụ động (Passive MAP). Phương pháp này được thực hiện như sau: đầu tiên thịt, thủy sản hay các sản phẩm từ chúng qua quá trình xử lý sơ bộ sau đó được bao gói với bao bì phù hợp. Phương pháp này không có sự can thiệp về thành phần không khí bên trong bao bì, vì thế mục đích chủ yếu của phương pháp này là ngăn chặn sự thâm nhập của vi sinh vật từ môi trường vào sản phẩm và làm chậm quá trình thủy phân glycogen do hàm lượng oxygen giảm. 2.2. Phương pháp chủ động (Active MAP). Trong phương pháp này hỗn hợp khí đã được trộn sẵn với tỷ lệ thích hợp được thổi vào bao bì chứa sản phẩm qua xử lý. Dựa vào thành phần và tỷ lệ các loại khí trong bao bì có thể phân thành các hướng ứng dụng như: phương pháp sử dụng nồng độ oxy thấp (low oxygen MAP), phương pháp sử dụng nồng độ oxy cao (hight oxygen MAP), phương pháp sử dụng khí CO (carbon dioxide MAP)…Tuy nhiên việc áp dụng các phương pháp này trong từng loại sản phẩm phải trải qua nghiên cứu thực nghiệm. 2.2.1. High carbon dioxide MAP. CO2 với lượng 20-30% có khả năng hạn chế sự phát triển của vi sinh vật đặc biệt là các vi khuẩn hiếu khí và nấm mốc. Phương pháp sẽ đạt hiệu quả cao nếu bảo quản ở nhiệt độ thấp lý do là khả năng bão hòa CO2 gia tăng khi giảm nhiệt độ, môi trường có chứa CO2 hòa tan sẽ tạo áp lực thẩm thấu ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của sinh vật dẫn đến ức chế hay kìm hãm hoạt động sống của chúng. Một số nghiên cứu cho thấy rằng khả năng kháng vi sinh vật của CO2 chủ yếu phụ thuộc vào sự tác động qua màng tế bào. Các ý kiến khác cho rằng tiến trình tác động lên màng tế bào chỉ bị ức chế và cấu trúc màng tế bào không bị phá hủy nghiêm trọng. CO2 có ảnh hưởng trực tiếp đến hệ enzyme vì vậy có tác dụng ức chế sự phát triển của vi sinh vật. Tuy nhiên, CO2 hòa tan nhiều trong chất béo và nước hơn N2. Tốc độ hòa tan tăng khi nhiệt độ giảm. Các yếu tố này làm giảm áp suất trong bao gói, kết quả làm cho bao gói bị hư hỏng. Sự hòa tan CO2 trên bề mặt mô cơ thịt, cá làm giảm pH sản phẩm, dẫn đến làm cho khả năng giữ nước của protein giảm. 2.2.2. High oxygen MAP. Phương pháp này sử dụng nồng độ oxy cao trong hỗn hợp khí thổi vào ban đầu mục đích là duy trì hàm lượng oxy luôn lớn hơn 40% so với các khí khác trong suốt thời gian bảo quản. Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng oxy đến sự phát triển của vi sinh vật. Trang 5 Khả năng ức chế vi sinh vật của oxy là do nồng độ oxy cao khiến áp lực của oxy tạo ra lớn trong bao bì, điều này làm biến đổi quá trình trao đổi khí giữa bên trong và bên ngoài tế bào vi sinh vật, vì thế dẫn đến kìm hãm hay ức chế chúng. Ngoài ra việc áp dụng phương pháp này vào bảo quản thịt còn góp phần giữ được màu đỏ tươi của thịt. Thời gian giữ được màu lên đến 10 - 14 ngày so với 3 - 7 ngày khi chỉ bao gói trong màng PVC. Màu sắc của thịt được quyết định bởi các sắc tố mà trong đó myoglobin chiếm khoảng 80%, còn lại là hemoglobin khoảng 20%. Màu sắc của thịt tươi và thịt qua quá trình bảo quản đều phụ thuộc vào myoglobin, nhưng do tác động của các điều kiện mà có sự khác biệt đáng kể giữa mỗi dạng tạo thành và độ bền của mỗi dạng. Sơ đồ chuyển hóa được trình bày theo sơ đồ dưới đây: Hình 3.2 : cơ chế biến đổi myoglobin trong quá trình bảo quản thịt. Myoglobin từ màu đỏ tía biến đổi thành oxymyoglobin (màu đỏ), quá trình này diễn ra thuận lợi khi nồng độ oxygen đạt nồng độ cao. Vì thế khi bảo quản thịt đỏ thì phương pháp sử dụng oxygen nồng độ cao chiếm ưu thế. 2.2.3. Carbon monoxide MAP. Phương pháp này ít phổ biến do sự lo ngại về tính an toàn khi sử dụng tuy nhiên nghiên cứu về lĩnh vực này đã xuất hiện từ lâu. Năm 1970: nghiên cứu việc kéo dài thời gian sử dụng trên rau diếp lạnh đông, năm 2002 luật pháp Hoa kỳ chính thức cho phép sử dụng trong các sản phẩm phân phối trên thị trường. Khả năng bảo quản của phương pháp chủ yếu là do vai trò của khí CO, tuy vậy thông thường phương pháp này thường kết hợp với phương pháp oxy thấp để tăng khả năng ức chế. Trong công nghệ chế biến thịt và thủy sản phương pháp này còn được dùng để giữ màu của sản phẩm. Điều này là bởi vì CO sẽ liên kết mạnh mẽ với hem trong Myoglobin tạo thành COMb (mạnh hơn 240 lần so với oxygen) làm cho nó có khả năng chống lại sự tự oxi hóa. Nhiều kết quả nghiên cứu kết luận rằng khi sử dụng CO ở mức thấp 0,1 – 5% có tác dụng ổn định đáng kể màu đỏ của cơ thịt. Ngoài ra có thể kéo dài thời hạn bảo quản cũng như tạo lá chắn đối với sự hư hỏng. Sorheim và cộng sự, 1997 đã chỉ ra rằng sử dụng CO ở mức thấp kết hợp với Trang 6 bao gói điều chỉnh khí quyển (MAP với lượng oxygen thấp) không có rủi ro đến sức khỏe người tiêu dùng. 3. Các thiết bị dùng trong phương pháp MAP. Các thiết bị dùng trong phương pháp MAP có thể chia làm 2 nhóm chính: + Các thiết bị làm việc gián đoạn: Snorkel machines; Vacuum chamber machines. + Các thiết bị làm việc liên tục: Form, fill and seal machines; Thermo-forming packaging machines 3.1. Snorkel machines – Máy sử dụng ống hút khí để hút chân không. Đặc điểm: Máy loại này làm việc bán tự động, dùng kỹ thuật hút chân không để bao gói sản phẩm và được ứng dụng trong các cơ sở có qui mô sản xuất nhỏ. Nguyên tắc hoạt động : Sản phẩm cần bao gói được công nhân cho vào các túi bao bì plastic đã hàn kín một đầu, đầu chưa hàn kín được đặt vào vị trí hàn miệng bao của máy Snorkel machines, tại đây ống hút khí dạng bản mỏng được đưa vào bên trong bao bì. Máy hoạt động hút hết không khí bên trong bao bì tạo môi trường chân không, sau đó một hỗn hợp khí thích hợp được nạp vào bên trong bao bì qua ống hút này. Ống hút khí được bộ phận của máy đưa ra khỏi bao bì chứa sản phẩm và miệng bao được máy hàn kín lại bằng nhiệt. Hình 3.1. Cơ chế hoạt động của máy Snorkel 3.2. Vacuum chamber machines – Máy hút khí bằng buồng hút chân không. Đặc điểm: Máy làm việc bán tự động, sử dụng bao bì dạng màng và kỹ thuật hút chân không để bao gói sản phẩm có kích thước nhỏ gọn. Máy được dùng nhiều trong các cơ sở sản xuất qui mô nhỏ. Nguyên tắc hoạt động : Sản phẩm cần bao gói được công nhân đặt vào trong túi nhỏ dạng màng. Buồng hút được mở ra và túi dạng màng chứa sản phẩm được đặt vào bên trong buồng, sau đó buồng hút được đóng lại. Người ta cho máy hoạt động để hút hết phần không khí bên trong bao bì, cả phần không khí trong khoảng không buồng hút cũng được rút chân không. Khi môi trường bên trong buồng hút là chân không thì một hỗn hợp khí thích hợp được nạp vào qua một ống dẫn khí. Túi bao bì sau đó được hàn kín bằng nhiệt và người ta mở nắp buồng lấy sản phẩm ra ngoài. Trang 7 Hình 3.2. Cơ chế vận hành của máy Vacuum chamber machines. Tuy nhiên thiết bị có hạn chế vì tổn thất khí gas qua các lần đóng mở khi bao gói từng sản phẩm. 3.3. Form, fill and seal machines. Đặc điểm: + Thiết bị làm việc liên tục, có thể đạt tốc độ lên đến 120 gói mỗi phút (độc lập với kích cỡ gói) nên được ứng dụng nhiều trong các xí nghiệp lớn vì mức độ tự động hoá khá cao. + Gồm có 2 loại : Vertical form-fill-seal (VFFS – Thiết bị bao gói theo chiều dọc) và Horizontal form-fill-seal (HFFS – Thiết bị bao gói theo chiều ngang). Cả 2 đều sử dụng kỹ thuật nạp khí trực tiếp vào trong bao bì mà không hút chân không nên lượng O2 đạt được cao nhất 80% (Bao gói High O2 MAP). Nguyên tắc hoạt động : Sản phẩm cần bao gói được đặt trên băng tải có phủ một lớp màng bao, sản phẩm được đưa đến hệ thống nạp khí. Trước khí vào hệ thống nạp khí, sản phẩm được phủ lên trên một lớp màng bao nữa. Trong hệ thống nạp khí, thành phần khí thích hợp được nạp liên tục vào bên trong không gian hệ thống và giữa sản phẩm cùng 2 lớp bao bì. Sau đó 2 mép cạnh của bao bì được hàn kín bằng nhiệt rồi ra khỏi hệ thống nạp khí qua bộ phận hàn kín 2 đầu còn lại của bao bì và cắt rời từng sản phẩm. (a) ( b) Hình 3.3. Cơ chế vận hành của máy HFFS (a) và VFFS (b) Trang 8 Hạn chế: do máy không sử dụng hệ thống hút chân không mà tạo môi trường chân không bằng cách nạp khí trực tiếp vào bên trong bao bì nên sự tiêu thụ khí gas là cao nhất. Khí gas sử dụng theo tiêu chuẩn để tạo hình, làm đầy, ghép mí khoảng 30-300 slm. 3.4. Thermo-forming packaging machines. Đặc điểm: hác với VFFS và HFFS, máy Thermo-forming packaging machines có kết hợp với khay chứa và lớp nắp cải tiến, buồng chân không, máy hút chân không dùng kỹ thuật bù chân không để rút hết không khí ra và sau đó nạp hỗn hợp khí vào khay và lớp nắp. Vì các máy này có dùng bước hút chân không trước khi nạp khí nên lượng O2 đạt được có thể lên tới 85-95%. Nguyên tắc hoạt động : + Vật liệu tạo khay có dạng tấm mỏng được cuộn ống, khi những tấm đó được kéo rút qua một bộ phận tạo khay bằng cách dùng nhiệt thì sẽ tạo ra các khay có hình dạng cụ thể. Trường hợp vật liệu không thể tạo hình bằng nhiệt, các khay đã được tạo hình sẵn sẽ được đưa lên băng