Tiểu luận Kỹ thuật hiện đại ứng dụng trong công nghệ chế biến thịt thủy sản

Trường Đại học Bách Khoa- Đại học Quốc gia TpHCM Khoa Kỹ Thuật Hóa Học Bộ Môn Công Nghệ Thực Phẩm

 Báo Cáo Tiểu Luận CNCB thịt, thuỷ sản: Các Kĩ Thuật Hiện Đại ứng Dụng Trong CNCB Thịt, Thuỷ Sản GVHD: ThS. Nguyễn Thị Hiền Nhóm thực hiện: Đặng Minh Đạt 60700484 Trần Chí Hải 60700686 Trương Vĩnh Lộc 60701383 Năm học 2010-2011 Mục lục: 1. Giới thiệu ................................................................................................................................. 4 2. Tổng quan về kỹ thuật sử dụng áp lực cao .............................................................................. 5 2.1. Định nghĩa ......................................................................................................................... 5 2.2. Cơ sở khoa học .................................................................................................................. 6 3. Thiết bị ..................................................................................................................................... 7 3.1. Buồng áp ........................................................................................................................... 7 3.2. Hệ thống tạo áp suất ......................................................................................................... 8 3.3. Bộ phận hiệu chỉnh nhiệt độ ............................................................................................ 10 3.4. Bộ phận nạp và tháo mẫu ................................................................................................ 11 3.5. Quy trình vận hành: hai loại hệ thống ............................................................................ 11 4. Ứng dụng áp suất cao trong các sản phẩm thịt ...................................................................... 13 4.1. Thịt tươi:.......................................................................................................................... 13 4.2. Jambon thịt lợn: .............................................................................................................. 14 4.3. Jambon được nấu chín: ................................................................................................... 15 4.4. Jambon muối hun khói: ................................................................................................... 15 4.5. Thịt bò băm viên (beefburger): ....................................................................................... 17 4.6. Áp suất cao hỗ trợ cho quá trình lạnh đông và rã đông: ................................................ 19 4.7. Độ rủi ro của quá trình áp suất cao: .............................................................................. 20 5. Kết luận .................................................................................................................................. 21 Tài liệu tham khảo: .................................................................................................................. 22 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT SINH HỌC ......................................................................................... 23 1. Định Nghĩa: ............................................................................................................................ 23 2. Phân loại bacteriocin: ............................................................................................................. 24 2.1 Bacteriocin từ vi khuẩn Gram âm .................................................................................... 24 2.2 Bacteriocin từ vi khuẩn Gram dương ............................................................................... 24 3. Bản chất hóa học .................................................................................................................... 26 4. Tính chất: ............................................................................................................................... 27 5.Cơ chế kháng khuẩn và phổ kháng khuẩn .............................................................................. 28 6. Khả năng tự miễn bacteiocin của tế bào chủ ......................................................................... 30 7. Ứng dụng : ............................................................................................................................. 30 7.1 Định nghĩa: ...................................................................................................................... 30 7.2 Đặc điểm: ......................................................................................................................... 31 8.Thành tựu: ............................................................................................................................... 32 8.1 Tiến hành thí nghiệm ........................................................................................................ 32 8.2 Kết quả: ............................................................................................................................ 32 8.3 Nhận xét kết quả :............................................................................................................. 34 Tài liệu tham khảo: .................................................................................................................... 35 PHẦN 3: KỸ THUẬT CHIẾU XẠ TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỊT, HẢI SẢN ........ 36 1. Định nghĩa chiếu xạ: .............................................................................................................. 36 2. Lịch sử thực phẩm chiếu xạ: .................................................................................................. 36 3. Cơ sở khoa học của quá trình chiếu xạ: ................................................................................. 38 4. Thiết bị: .................................................................................................................................. 38 5. Ảnh hưởng của chiếu xạ lên thịt: ........................................................................................... 39 5.1 Giới thiệu chung: ............................................................................................................. 39 5.2 Ảnh hưởng của chiếu xạ lên mùi vị của sản phẩm thịt: ................................................... 40 6.1 Nghiên cứu về ảnh hưởng của tia gama lên các acid béo trên thịt bò chiếu xạ: (Rayna Stefanova, Stoyan Toshkov, Nikola V. Vasilev, Nikolay G. Vassilev, Ilko N. Marekov (2011)): ................................................................................................................................................ 53 6.2 Kéo dài thời gian sử dụng cho các loại sản phẩm thịt truyền thống được bán tại siêu thị (Sweetie R.Kanatt,M.ShobitaRao,S.P.Chawla, ArunSharma (2010)): .................................. 56 6.3 Ứng dụng chiếu xạ vào sản xuất một số loại sản phẩm thịt RTE giàu acid folic (I. Galán, ML. García, MD. Selgas (2011)) ........................................................................................... 62 Tài Liệu Tham Khảo: ................................................................................................................. 65 CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT XỬ LÝ ÁP SUẤT CAO 1. Giới thiệu Ngày nay, quy trình chế biến thực phẩm đòi hỏi phải đạt nhu cầu của người tiêu dùng về nhiều mặt như: thực phẩm phải có chất lượng cao và đạt vệ sinh an toàn, khả năng cung cấp dinh dưỡng tốt, có giá trị cảm quan tốt, sử dụng ít phụ gia, ít tổn thất về cảm quan và dinh dưỡng do các quá trình xử lý. Do đó, các quy trình xử lý thực phẩm không sử dụng nhiệt như xử lý bằng áp suất cao (High hydrostatic pressure - HHP), xử lý bằng trường xung điện (pulsed electric fields), xử lý bằng sóng siêu âm (ultrasound), xử lý bằng phương pháp hóa học … đang được quan tâm và nghiên cứu rất nhiều nhằm mục đích có thể ứng dụng cho quy mô công nghiệp. Trong công nghệ thực phẩm, phương pháp áp suất thủy tĩnh cao lần đầu tiên được Hite (USA) ứng dụng để xử lý thịt và sữa với mục đích làm giảm số tế bào vi sinh vật vào năm 1899. Hơn 100 năm sau, sản phẩm thực phẩm qua xử lý bằng kỹ thuật trên xuất hiện đầu tiên ở thị trường Nhật Bản vào đầu những năm 1990 [12]. Từ đó, ngày càng nhiều thực phẩm áp dụng kỹ thuật này được thương mại hóa, ví dụ như các sản phẩm từ cá, hải sản, thịt, các sản phẩm rau trái như guacamole, jelly, nước quả… (Considine và cộng sự, 2008; Goh và cộng sự, 2007; Murchie và cộng sự, 2005; Smelt, 1998; Torres và cộng sự, 2005) [6]. Công nghệ bảo quản mới sử dụng một áp suất nén tương đương với trọng lượng của 2 con voi ép lên phần diện tích chỉ bằng một đồng xu, trong thời gian khoảng 10 phút. Thực phẩm đóng gói chân không sẽ được nhúng vào trong các thùng nước. Sau đó các thùng này sẽ được đóng kín lại và bơm thêm nước vào. Khi áp suất của nước tăng lên, thực phẩm sẽ bị nén lại. Quá trình này sẽ giúp tiêu diệt các loại vi khuẩn, enzim và nấm mốc bằng cách bẻ gãy các cấu trúc phân tử và làm vỡ thành tế bào của chúng. Sau khi dừng nén áp suất, thực phẩm sẽ quay trở lại kích thước và hình dạng ban đầu. Lý do thực phẩm không bị nghiền nát là vì áp suất nén được trải đều trên khắp bề mặt của sản phẩm. Mặc dù hiện nay phương pháp áp suất cao mới chỉ được ứng dụng trong bảo quản, song lại có tiềm năng lớn vì thực phẩm thay đổi cấu trúc do áp suất cao sẽ được tiêu hóa dễ dàng hơn. Việc xử lý bằng áp suất cao có thể cải thiện được tính chất các loại thực phẩm, đặc biệt là sữa chua hoặc phomat. Sữa chua sản xuất theo phương pháp gel hóa dưới tác động của áp lực sẽ đặc hơn những loạl sản phẩm làm theo cách thông thường. Một đặc điểm của phomat là nó cần thời gian (từ vài tháng đến vài năm) để đủ độ chín thì mới có thể dem bán. Nhờ xử lý ở áp suất cao mà quá trình chín của phomat sẽ nhanh hơn. Việc xử lý cá và thịt ở áp suất cao đã được nghiên cứu khá kỹ lưỡng. Thịt và cá ở áp suất 300 MPa sẽ bị "nấu chín" trong khi mùi vị vẫn giữ nguyên. Đối với thịt bò, áp suất 80 - 100 MPa làm cho màu sắc của nó được ổn định, tạo sự hấp dẫn khi trưng bày trong tủ kính. Thịt tươi bị thay đổi khi để lâu nhưng thịt được xử lý bằng áp suất cao có chất lượng tốt hơn mà hình thức lại không bị biến đổi. Thị trường thực phẩm chế biến và xử lý ở áp suất cao tại Nhật Bản phát triển mạnh hơn ở phương Tây. Hàng loạt sản phẩm như hoa quả, mứt và sữa chua xử lý theo phương pháp này đã được bán từ nhiều năm nay. Gần đây các sản phẩm đi từ gạo như bánh, cơm hộp xử lý ở áp suất cao cũng đã được đưa ra thị trường. Hiện nay ở Mỹ, người ta đang nói nhiều về loại nước cam, sau 12 tuần giữ lạnh vẫn có hương vị như nước cam tươi, hay chuối không bị thâm đen sau một thời gian dài. Hiện mới chỉ có một vài nhà chế biến thực phẩm ở Mỹ sử dụng loại công nghệ này. Tuy vậy, nhiều nhà khoa học dự đoán rằng công nghệ bảo quản cao áp sẽ trở thành “cải tiến vĩ đại nhất” trong ngành chế biến thực phẩm kể từ sau công nghệ đóng hộp thương mại. Sữa là một trong những thực phẩm có thể cung cấp nguồn dinh dưỡng cân đối vào đầy đủ nhất cho con người. Tuy nhiên, việc bảo quản vào kéo dài thời gian bảo quản (shelf-life) là vấn đề phức tạp liên quan đến sự cân bằng giữa việc tiêu diệt/ ức chế vi sinh vật với các giá trị cảm quan và dinh duỡng. Trong khoảng 15 năm gần đây, phương pháp xử lý bằng áp suất cao (High hydrostatic pressure - HHP) áp dụng cho sữa và các sản phẩm từ sữa đang được quan tâm như là một phương pháp mới cho bảo quản thực phẩm. Từ các nghiên cứu được về biến đổi và ảnh hưởng của phương pháp cho các kết quả có thể sẽ được ứng dụng cho ngành công nghiệp sữa (dairy industry), đảm bảo an tòan vi sinh, tối thiểu hóa các quá trình chế biến, sản phẩm có cấu trúc mới lạ, có giá trị cảm quan và dinh dưỡng cao [1]. 2. Tổng quan về kỹ thuật sử dụng áp lực cao 2.1. Định nghĩa Kỹ thuật sử dụng áp suất cao là phương pháp xử lý mẫu (thực phẩm) dưới áp suất cao trong một môi trường truyền áp ổn định. Để tạo áp lực tác động từ mọi phía là như nhau, người ta sử dụng môi trường truyền áp là chất lỏng (nước) nên các thuật ngữ sử dụng cho phương pháp này là xử áp thực phẩm bằng áp suất thủy tĩnh cao (High hydrostatic pressure treatment/processing/technique) hoặc xử lý bằng áp suất thủy tĩnh siêu cao (Ultra-high hydrostatic pressure treatment). Trong nhiều trường hợp, khoảng giá trị giới hạn áp suất từ 100 đến 1000 MPa được đề xuất như một phương pháp thanh trùng và tiệt trùng không sử dụng nhiệt, tránh ảnh huởng đến các giá trị cảm quan và dinh dưỡng. 2.2. Cơ sở khoa học Cơ sở khoa học của phương pháp sử dụng áp suất cao dựa trên hai nguyên lý: • Nguyên lý pascal: áp suất phân bố nhanh và đồng nhất trong môi trường truyền áp, không phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của mẫu cần xử lý. • Nguyên lý Le Chatelier – Braun: áp suất sẽ thúc đẩy các phản ứng có sự giảm thể tích tự do (thể tích hoạt hóa của phản ứng có giá trị âm). Các ưu điểm của kỹ thuật xử lý thực phẩm bằng áp suất thủy tĩnh cao: • Chất lượng cảm quan không thay đổi đáng kể so với trước khi xử lý • Sự tổn thất dinh dưỡng không đáng kể, chất lượng tốt hơn hẳn so với các phương pháp sử dụng nhiệt. • Môi trường truyền áp ổn định đảm bảo cho độ đồng nhất của sản phẩm cao. • Trong một số trường hợp, có thể hạn chế hiện tượng tái nhiễm vi sinh vật vào sản phẩm hoặc hiện tượng nhiễm chéo • Có thể thay đổi một số tính chất có lợi cho thực phẩm. Ví dụ như phương pháp xử lý bằng áp suất cao là có thể hạ nhiệt độ bảo quản lạnh. Dưới áp suất 200 MPa nhiệt độ có thể hạ xuống tới - 20oC mà nước không bị đóng băng, điều đó cho phép bảo quản thực phẩm dưới OoC mà không tạo ra các tinh thể băng làm ủng hoa quả. Tuy nhiên việc giữ áp suất cao trong một thời gian dài sẽ rất tốn kém. Một cách làm khác là làm lạnh nước tới 20oC ở áp lực 200 MPa, sau đó ngừng gia áp để nước tự đóng băng. Lúc này việc đóng băng sẽ rất nhanh và đều khắp bề mặt sản phẩm; các tinh thể băng sẽ rất nhỏ, vì vậy chất lượng sản phẩm ít bị ảnh hưởng. Nhờ xử lý ở áp suất cao mà độ tươi của các loại nước hoa quả kéo dài lâu hơn, làm giảm căng thẳng về kho chứa và vận chuyển. Với những ưu điểm về chất lượng cảm quan và dinh dưỡng nên có xu hướng dùng kỹ thuật sử dụng áp suất cao để phát triển dòng sản phẩm cao cấp như thực phẩm hữu cơ (organic food) dành cho nhóm người tiêu dùng có thu nhập cao. Tuy vậy, phương pháp này cũng có một vài nhược điểm: • Tùy thuộc theo từng đối tượng nguyên liệu, vi sinh vật và hệ enzyme không bị tiêu diệt hoàn toàn. Nếu muốn ức chế hệ enzyme và vi sinh vật trong mẫu thực phẩm đạt đến độ an toàn đòi hỏi phải sử dụng một áp suất rất lớn, điều này là không khả thi nếu phương pháp được áp dụng ở quy mô công nghiệp; do vậy, cần có giải pháp kết hợp với các kỹ thuật khác để đạt hiệu quả mong muốn. • Chi phí đầu tư rất lớn, thiết bị mắc tiền. • Phạm vi sử dụng: chỉ áp dụng cho một số đối tượng thích hợp. • Cấu tạo thiết bị rất cồng kềnh • Thể thích buồng xử lý rất giới hạn, năng suất thấp. Đối với các đối tượng thực phẩm là mẫu lỏng như sữa, nước ép quả … có hai phương thức thực hiện. Ngoài phương pháp thông thuờng là cho thực phẩm vào màng bao polymer rồi hàn kín và xử lý như thực phẩm rắn thì ta cũng có thể không cần sử dụng thêm lưu chất để truyền áp, sử dụng trực tiếp mẫu thực phẩm như là lưu chất để tăng áp. Trong các bài báo nghiên cứu về ảnh hưởng của phương pháp áp suất thủy tĩnh cao (HHP) đến hệ VSV và thành phần hóa học của thịt cá, người ta sử dụng môi truờng truyền áp gián tiếp như nước , dung dịch nuớc và glycol , hệ nước- propylene glycol (tỉ lệ 1:1 v/v), hệ nhũ tương dầu thực vật 10% và nước, dung dịch nước và Mobil Hydrasol 78 5% , polyetyleneglycol. 3. Thiết bị Các thành phần chính của thiết bị xử lý áp suất cao được chia làm bốn bộ phận chính • Buồng áp • Hệ thống tạo áp suất • Bộ phận hiệu chỉnh nhiệt độ • Bộ phận nạp và tháo mẫu 3.1. Buồng áp - Buồng áp thân hình trụ dày, chịu được áp suất cao. Buồng áp chia làm ba loại • Monoblock (buồng một lớp): thép không rĩ, áp suất làm việc 400-600MPa, khả năng chịu áp không cao so với 2 loại buồng áp khác. • Multilayer vessel (buồng nhiều lớp): vật liệu là thép không rỉ, lắp ráp bằng cách lớp trong nguội được ép với lớp ngoài nóng, khả năng chịu áp tăng. • Wire-wound vessel (buồng quấn dây): ứng dụng hầu hết ở qui mô công nghiệp + Dây thép lò xo: độ bền uốn 1600/mm2; độ bền đứt: 1900 N/mm2 + Chiều dài dây: vài trăm km/buồng áp + Chịu áp cao; giảm khối lượng V-100l, M=29 tấn còn 10 tấn Hình 1.1: cấu tạo buồng áp dạng quấn dây - Nắp đậy: dạng hình trụ có ren không liên tục - Bố trí thiết bị: đặt đứng hoặc ngang Hình 1.2: thiết bị được bố trí nằm đứng hoặc nằm ngang 3.2. Hệ thống tạo áp suất - Môi trường truyền áp: lỏng hoặc khí, nhung trong ngành thực phẩm đều sử dụng môi trường truyền áp là lỏng. - Nước cất: khả năng bị nén thấp, không làm biến dạng thực phẩm dưới áp suất cao - Thực tế: dung dịch nuớc và glycol, hệ nước- propylene glycol (tỉ lệ 1:1 v/v), hệ nhũ tương dầu thực vật 10% và nước, dung dịch nước và Mobil Hydrasol 78,5% - Phương pháp thực hiện • Tăng áp trực tiếp + Pham vi áp dụng: chỉ áp dụng cho mẫu lỏng, mẫu lỏng cũng chính là môi trường truyền áp. + Cách thực hiện: bơm mẫu vào buồng áp, sử dung piston để nén mẫu Hình 1.3: phương pháp tăng áp suất trực tiếp. + Nguyên tắc: tạp lực đẩy lên piston thông qua môi trường truyền áp (sử dụng bơm để môi trường truyền áp tác động lên piston) + Ưu điểm: tốc độ tăng áp nhanh + Nhược điểm: Vấn đề ăn mòn dễ xảy ra Vấn đề rò rĩ và bù áp • Tăng áp gián tiếp + Pham vi áp dụng: mẫu có trạng thái bất kì nhưng lưu ý loại bao bì sử dụng phải có khả năng chịu áp. + Cách thực hiện: nạp mẫu vào buồng áp, bơm môi trường truyền áp vào thiết bị và đuổi khí, sau đó sử dụng bộ phận khuếch đại để tăng áp. Hình 1.4: phương pháp tăng áp suất trực tiếp. + Nguyên tắc: bộ phận khuếch đại hoạt động tương tự như trong phương pháp tăng áp trực tiếp. + Ưu điểm: Phạm vi áp dụng rộng hơn Mẫu không tiếp xúc trực tiếp với thiết bị nên vấn đề ăn mòn bị hạn chế. + Nhược điểm: yêu cầu bộ phận khuếch đại phải nằm riêng 3.3. Bộ phận hiệu chỉnh nhiệt độ - Phương pháp hiệu chỉnh từ bên ngoài (external regulation) • Điện trở quấn quanh buồng áp • Vỏ áo xung quanh buồng áp - Phương pháp hiệu chỉnh từ bên trong (internal regulation) • Thiết bị trao đổi nhiệt • Thiết bị gia nhiệt - Phương pháp hiệu chỉnh nhiệt độ môi trường truyền áp • Thiết bị trao đổi nhiệt: đặt bên ngoài So sánh ưu- nhược
Thể tích buồng áp không bị ảnh hưởng, thiết kế buồng áp đơn giản
Khoảng nhiệt độ bị giới hạn. 3.4. Bộ phận nạp và tháo mẫu • Mẫu trong bao bì: hệ thống nạp và tháo mẫu tương tự t.bị retort • Mẫu ngoài bao bì (lỏng): bơm, đường ống, van 3.5. Quy trình vận hành: hai loại hệ thống 3.5.1. Hệ thống gián đoạn - Các bước thực hiện Nạp mẫu trong bao bì vào buồng áp cho nước vào buồng cao áp và bài khí đóng buồng cao áp tăng áp suất giữ áp xả áp tháo mẫu - Lưu ý: • Chọn vật liệu là bao bì nhựa ôm sát mẫu • Chọn phương pháp bao gói phải kín, thích hợp dạng bao gói chân không. Hình 1.5: Hệ thống gián đoạn 3.5.2. Hệ thống trên dây chuyền - Các bước thực hiện Sử dụng bơm áp suất thấp nạp mẫu vào buồng áp  tăng áp suất bằng môi trường truyền áp để tác động lên piston nén mẫu giữ áp xả áp tháo mẫu - Lưu ý: rót sản phẩm trong điều kiện vô trùng. Hình 1.6: Hệ thống trên dây chuyền in-line (mẫu lỏng) 3.5.3. So sánh ưu nhược điểm Hệ thống gián đoạn Hệ thống trên dây chuyền Ưu điểm Nhược điểm
Phạm vi áp dụng
Các đối tượng mẫu trong cùng 1 quá trình xử lý
Hiện tượng tái nhiễm- nhiễm chéo
Vệ sinh thiết bị Nhược điểm Ưu điểm
Phương pháp nạp/ tháo mẫu
Thời gian “chết”
Yêu cầu loại bao bì