Bao bì thực phẩm đông lạnh

Kỹ thuật bao bì thực phẩm Bao bì thực phẩm lạnh đông
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
ĐẠI HỌC QUỐC GIA
KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC
BÁO CÁO BAO BÌ THỰC PHẨM
BAO BÌ LẠNH ĐÔNG
GVHD: PGS.TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO
SVTH : HC07TP
- 1 -
Kỹ thuật bao bì thực phẩm Bao bì thực phẩm lạnh đông
I. Quá trình lạnh đông thực phẩm
1. Giới thiệu quá trình lạnh đông thực phẩm
a) Lạnh đông thực phẩm là gì:
Đông lạnh là 1 trong những phương pháp thuận lợi nhất để bảo toàn chất lượng
thực phẩm, bao gồm cả những thực phẩm tươi sống hay đã qua chế biến, thường áp
dụng đối với mặt hàng xuất khẩu.
Bảo quản lạnh đông là phương pháp bảo quản ở nhiệt độ dưới nhiệt độ đông đặc
của nước trong thực phẩm, có kèm theo sự tạo thành tinh thể nước đá. Nước trong
thực phẩm có dạng chất hòa tan và dạng keo.
b) Một số thực phẩm lạnh đông chủ yếu:
- Thịt gia súc: thịt bò, thịt heo, thịt cừu…
- Thịt và trứng gia cầm: gà, vịt, ngỗng…
- Thủy hải sản: cá, tôm, sò, mực, nghêu, hến…
- Rau quả: rau diếp, spinach, cải bắp, dâu, khổ qua, vải,
nhãn…
- Nước trái cây.
- Bánh mì, pasta, pizza…
- Sữa, kem, bánh pudding, mousse…
c) Điểm đông đặc của thực phẩm:
Điểm đông đặc của thực phẩm luôn nhỏ hơn điểm đông đặc của nước tinh khiết
(0

o
C) do trong thực phẩm luôn có chứa những chất hòa tan. Điểm đông đặc phụ
thuộc vào nồng độ chất hòa tan và khối lượng phân tử chất hòa tan.
Ngay cả ở nhiệt độ - 25
o
C, chỉ có 90 – 95 % nước trong thực phẩm thực sự
đóng băng. Lượng nước này không bao gồm nước liên kết (nghĩa là nước liên kết
hóa học với những phần tử đặc biệt như carbonyl, nhóm amino của protein và liên
kết hydro). Vì vậy không bao giờ có điểm lạnh đông cố định.
Tuy nhiên, phần lớn nước trong thực phẩm (khoảng 75 – 80 %) được đông kết ở
nhiệt độ -5
o
C đến -1
o
C. Khoảng nhiệt độ này được gọi là điểm tới hạn hay vùng
lạnh đông.
Trong suốt quá trình lạnh đông, nước dần dần chuyển đổi thành nước đá, nồng
độ muối hữu cơ và vô cơ hòa tan tăng lên, điểm lạnh đông tiếp tục hạ thấp.
d) Mục đích của quá trình lạnh đông:
- 2 -
Kỹ thuật bao bì thực phẩm Bao bì thực phẩm lạnh đông
Mục đích của quá trình lạnh đông là ngăn ngừa sự tăng trưởng và hoạt động của
những vi sinh vật và côn trùng trong thực phẩm, ngăn ngừa sự hoạt động của những
enzyme, làm chậm các phản ứng hóa học và sinh hóa.
e) Cơ chế tác dụng của sự lạnh đông:
Vi sinh vật và côn trùng sẽ dần bị khô nguyên sinh chất do sự tăng áp suất thẩm
thấu của môi trường, do nồng độ chất hòa tan tăng dần trong quá trình lạnh đông và
nước trong cơ thể vi sinh vật và côn trùng đông đặc chậm hơn nên nước từ trong cơ
thể chúng bị kéo ra ngoài.
Sự tạo đá trong cơ thể vi sinh vật và côn trùng có thể phá vỡ tế bào của chúng.

Sự thay đổi trạng thái phospholipid trong màng tế bào làm thay đổi khả năng
vận chuyển qua màng tế bào.
Sự suy giảm quá trình hô hấp ở những mô nhạy cảm của côn trùng, như là mô
thần kinh và cơ bắp làm ức chế sự phát triển của vi sinh vật và côn trùng.
Sự thay đổi pH và hạ thấp nhiệt độ cũng như sự giảm hàm lượng các khí tự do
trong thực phẩm làm ức chế hoạt động của vi sinh vật và các enzyme, làm giảm tốc
độ các phản ứng hóa học và sinh hóa.
f) Sự thay đổi của thực phẩm trong quá trình lạnh đông:
Nhiệt độ thay đổi theo chiều hướng giảm dần đến dưới điểm đông đặc của nước.
Trong suốt giai đoạn đầu của quá trình làm lạnh, nhiệt độ giảm nhanh xuống dưới
điểm lạnh đông của nước (0
o
C). Khi đó lượng nhiệt yêu cầu tách ra lớn trong giai
đoạn 2 để chuyển lượng lớn nước liên kết thành nước đá, sự thay đổi nhiệt độ rất ít
và giai đoạn này được gọi là giai đoạn ngưng nhiệt. Có khoảng 3/4 nước được
chuyển đổi tạo thành nước đá, nhiệt độ một lần nữa bắt đầu giảm và trong suốt giai
đoạn thứ 3 này hầu như lượng nước còn lại đóng băng. Một lượng nhỏ nhiệt đã
được tách ra trong suốt giai đoạn 3 này.
Sự kết tinh làm phá vỡ tế bào, mô thực phẩm. Làm lạnh với tốc độ nhanh thì
tinh thể tạo ra bé sẽ ít ảnh hưởng đến cấu trúc thực phẩm. Hoạt độ nước a
w
của thực
phẩm giảm do nước bị đông đá và nồng độ chất hòa tan tăng lên. Hiện tượng mất
nước nghiêm trọng được gọi là “cháy lạnh”. pH thay đổi từ 0.3 – 2 đơn vị do một số
ion H
+
và OH
-
bị tách ra khỏi nước khi nước bị đông đặc. Ngoài ra hàm lượng các
khí tự do trong thực phẩm cũng giảm.

2. Các phương pháp lạnh đông thực phẩm
a) Hệ thống làm lạnh gián tiếp:
Sản phẩm được bao gói và không tiếp xúc trực tiếp với chất làm lạnh. Tuy nhiên
phương pháp này có tốc độ làm lạnh chậm, sản phẩm chất lượng kém.
b) Hệ thống làm lạnh trực tiếp:
- 3 -
Kỹ thuật bao bì thực phẩm Bao bì thực phẩm lạnh đông
Sản phẩm không bị bao bì ngăn cách với chất làm lạnh, tốc độ làm lạnh nhanh
hơn.
Phương pháp lạnh đông nhanh (lạnh đông rời) IQF: Từng phần nhỏ riêng biệt
của sản phẩm được tiếp xúc trực tiếp với chất làm lạnh.
3. Các thiết bị lạnh đông thực phẩm
a) Lạnh đông dạng khí thổi (đông gió):
Không khí lạnh được thổi qua liên tục trên sản phẩm, tốc độ dòng không khí thổi
là 5 – 15 m/s.
Lạnh đông dạng khí thổi có tính linh hoạt với nhiều loại sản phẩm nhưng không
hiệu quả do dòng khí thổi không đồng đều trên sản phẩm.
b) Lạnh đông dạng đĩa hay lạnh đông tiếp xúc:
Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra ngang qua mặt trên và mặt dưới của đĩa, tác
nhân nhiệt là chất lỏng làm lạnh. Quá trình lạnh đông được hình thành nhờ sự tiếp
xúc trực tiếp giữa đĩa kim loại và sản phẩm.
Lạnh đông dạng đĩa kém linh hoạt hơn lạnh đông dùng khí thổi.
c) Lạnh đông dạng phun hoặc ngâm vào dung dịch:
 Cấp đông dạng ngâm thẩm thấu:
Môi trường lạnh đông thường sử dụng là dung dịch muối NaCl, nhiệt độ khoảng
- 15
o
C, có điểm eutectic là -21,2
o
C.

 Cấp đông băng chuyền (Lạnh đông dạng phun):
Lạnh đông dạng phun cũng giống như lạnh đông dạng hỗn hợp trong ống sinh
hàn, hơi lạnh được phun vào sản phẩm và nhiệt tách ra làm thay đổi trạng thái môi
trường lạnh.
Thông thường hay sử dụng tác nhân lạnh là CO hay N
2
lỏng phun trên sản phẩm.
Một số hệ thống sử dụng CO rắn (nước đá khô) đặt nằm dưới sản phẩm, sự thăng
hoa của nước đá khô xảy ra ở nhiệt độ -78
o
C, có thể làm lạnh đông xuống ít nhất
-75
o
C, quá trình lạnh đông xảy ra trong trường hợp này rất nhanh và sự mất dịch sẽ
giảm xuống ít hơn 1%.
CO và N
2
cũng có thể sử dụng trong phương pháp lạnh đông bằng khí thổi với
thiết bị lạnh đông dạng xoắn ốc.
II. Chức năng của bao bì thực phẩm lạnh
đông
Bảo quản lạnh đông có thể kéo dài đáng kể thời hạn sử dụng thực phẩm, tuy
nhiên chất lượng của thực phẩm vẫn có thể bị giảm dần theo thời gian. Hạn sử dụng
- 4 -
Kỹ thuật bao bì thực phẩm Bao bì thực phẩm lạnh đông
của sản phẩm thực phẩm đã được đóng gói phụ thuộc vào bản chất thực phẩm, môi
trường xung quanh và bao bì.
Việc chọn chất liệu bao bì và loại bao bì đúng có thể làm cho chất lượng thực
phẩm ít bị giảm sút nhất.
Một trong những vấn đề xảy ra khi đông lạnh thực phẩm là độ ẩm của thực

phẩm giảm. Bên cạnh đó là việc xuất hiện những tinh thể đá ở trong bao bì. Không
chỉ vậy một lượng nhỏ nước chưa bị đông là môi trường để xảy ra các phản ứng oxy
hóa có hay không có enzyme. Bao bì là 1 hàng rào để chống lại các tác hai trên. Đó
là lý do tại sao phải chọn chất liệu bao bì và loại bao bì dành cho thực phẩm đông
lạnh.
Bao bì thực phẩm có 4 chức năng chính:
 Chứa đựng: Đảm bảo số lượng và chất lượng, tránh những sự hư hại
vật lý gây ra do bị nén khi xếp chồng hay va đập trong thời gian lưu kho và vận
chuyển. Những gói thực phẩm đông lạnh ở dưới đáy có thể bị hư hại nhiều hơn
nữa nếu các công ten nơ được thả trên một bề mặt cứng.
 Bảo vệ:
- Tránh mất mát hương vị và sự hấp thụ hay thay đổi của
những mùi vị khác lạ có thể xuất hiện khi thực phẩm chưa đóng gói mà đem
lạnh đông.
- Để tránh sự khử nước gây ra bởi sự thất thoát
hơi nước qua thành bao bì hay những nếp hàn ghép mí của bao bì. Độ hao
ẩm này loại nước khỏi bề mặt của thực phẩm đông lạnh. Sự hao ẩm nghiêm
trọng được gọi là “cháy lạnh”. Sự thất thoát lớp nước trên bề mặt có thể rất
mỏng, nhưng có thể ảnh hưởng đến vẻ ngoài và chất lượng cuối cùng của
sản phẩm.
- Giới hạn sự oxy hóa do không khí thâm nhập
vào bao bì. Sự oxy hóa này được đẩy mạnh bởi những enzyme có trong thực
phẩm.
- Ngăn chặn sự oxi hóa trong thực phẩm có
hàm lượng chất béo cao. Tốc độ oxy hóa có thể gia tăng dưới tác dụng của
ánh sáng cũng như nhiệt độ. Nhiệt độ và ánh sáng làm gia tăng hoạt tính
enzym và nhữn phản ứng hóa học, cũng như gia tăng sự hư hỏng thực phẩm
bởi vi khuẩn.
 Thông tin: Giới thiệu sản phẩm, thu hút người tiêu dùng.
 Tính thuận tiện: Phân phối, lưu kho, quản lý, tiêu dùng.

- 5 -
Kỹ thuật bao bì thực phẩm Bao bì thực phẩm lạnh đông
III. Yêu cầu về vật liệu bao bì lạnh đông
Vật liệu bao bì lạnh đông phải đáp ứng được một số yêu cầu sau:
- Chịu được nhiệt độ thấp.
- Có thể chịu được cả nhiệt độ cao (Những sản
phẩm cho vào lò vi ba và những sản phẩm sẽ được đun sôi ngay trong bao
bì).
- Không độc và không làm cho thực phẩm có mùi
vị lạ.
- Ngăn chặn được sự thất thoát hay xâm nhập của
hơi nước và không khí.
- Có thể cơ giới hóa, tự động hóa trong việc chế
tạo và đóng gói.
- Có thể trang trí lên bề mặt vật liệu.
- Không biến đổi khi tan giá, vận chuyển, phân
phối.
IV. Đặc điểm một số vật liệu bao bì thực phẩm
lạnh đông
Những loại vật liệu thường dùng trong bao bì lạnh đông bao gồm: Giấy, plastic,
nhôm. Người ta cũng có thể ghép lớp các loại vật liệu trên thành màng ghép nhiều
lớp hoặc kết hợp các loại vật liệu khác nhau trong cùng một bao bì.
1. Plastic
- 6 -
Kỹ thuật bao bì thực phẩm Bao bì thực phẩm lạnh đông
Hình 1: CTHH một số loại plastic thường dùng
a) Polyethylene (PE):
Tỷ lệ sử dụng so với tổng lượng plastic cao nhất: 40 – 50 % / năm.
PE trùng hợp từ khí ethylene CH
2

=CH
2
.
Điều kiện trùng hợp:
- P = 1000 – 3000 at (Áp suất cao hạn chế sự tạo
mạch nhánh quá lớn gây sự sắp xếp không trật tự của các mạch và tạo nên
nhiều vùng cấu trúc vô định hình làm giảm tính bền cơ và tính chống thấm)
- t
o
= 100 – 300
o
C (t
o
> 300
o
C sẽ gây thoái hóa
mạch polymer)
Có thể mang nhánh hoặc không. Sự phát sinh mạch nhánh làm ngăn cản sự phát
triển độ dài mạch chính. Xác định mạch nhánh bằng phương pháp quang phổ hồng
ngoại. Mạch chính hay mạch nhánh quá dài đều ngăn cản sự kết tinh hay đóng rắn
hoàn toàn khối PE, ở giai đoạn làm nguội. Các vùng có cấu trúc không định hình
thường ở giữa khối PE. Các vùng có khả năng tạo cấu trúc kết tinh là những vùng
chứa mạch polymer không quá dài.
Màng PE khi bị chiếu xạ sẽ có biến đổi:
- Vàng hơn, độ
trong suốt cao hơn.
- 7 -
Kỹ thuật bao bì thực phẩm Bao bì thực phẩm lạnh đông
- Trở nên cứng và dòn hơn.
- Chịu nhiệt tốt hơn (chịu được 105

o
C trong thời
gian dài, 230
o
C trong thời gian ngắn)
Độ dày:
- Tấm: 25 – 100 μm
- Màng phủ bên ngoài: 10 – 20 μm
Khả năng in ấn trên bề mặt không cao, dễ bị nhòa nét in do màng PE có thể bị
kéo dãn.
Thấm khí, hương => Thực phẩm hấp thu mùi vị lạ, mất giá trị cảm quan.
Có thể pha thêm phụ gia vào PE: TiO2 (tạo độ đục), C (tạo màu đen ngăn chặn
ánh sáng thấy được), các tác nhân trượt, chất làm chậm cháy hoặc chất màu.
b) Ethylene vinyl acetate (EVA):
EVA là copolymer đồng trùng hợp của ethylene và vinyl acetate, tỷ lệ phối trộn
có ảnh hưởng lớn đến tính chất EVA.
Tỷ lệ vinyl acetate : ethylene trong EVA làm chất tạo màng khoảng 1 – 20 %:
- 7 – 8 % : Tính chất giống LPDE.
- 15 – 20 % : Tính chất giống PVC nhưng dẻo hơn
=> Dùng làm màng co.
So sánh tính chất với LDPE:
- Nhiệt độ hàn ghép mí thấp hơn.
- Độ bền cơ cao hơn.
- Tính chống thấm hơi nước và khí thấp hơn.
- Các đặc tính được ổn định ở nhiệt độ thường.
- Tính chất trượt thấp (hệ số ma sát cao) => Phải
tăng thêm chất phụ gia của tác nhân trượt để tạo độ láng bóng bề mặt.
- Có thể hàn nhiệt nhưng với nhiệt độ cao hơn
PVC.
- Khả năng in tốt.

- Dễ bị hư hỏng ở nhiệt độ cao.
- Tính mềm dẻo cao hơn.
- Không gây ô nhiễm môi trường khi hư hỏng cấu
trúc.
- 8 -
Hình 2: Màng PE
Kỹ thuật bao bì thực phẩm Bao bì thực phẩm lạnh đông
c) Polypropylene (PP):
Phương pháp trùng hợp PP từ cao su rắn hoặc từ dầu lỏng ở áp suất cao hiệu quả
không cao: Xảy ra sự nối kết không trật tự cho ra 1 loại cao su hoặc 1 chất như dầu
nhờn.
Phương pháp trùng hợp của Natta với xúc tác lập thể đặc hiệu Ziegler trên
monomer propylene CH
2
=CH-CH
3
dưới áp suất khoảng 100 at và nhiệt độ thấp:
Trùng hợp được PP có trọng lượng phân tử cao với cấu trúc lập thể không nhánh.
Xúc tác được tách khỏi PP bằng
dd HCl nồng độ thấp trong methyl
alcohol. Sau đó PP được rửa sạch
bằng nước để tách acid, chưng cất
hơi nước để tách tạp chất dễ bay
hơi, làm khô, đùn ép và tạo viên.
Cấu trúc không gian của PP gồm
4 loại:
-
Atactic
-
Isotactic

- Syndiotactic
- Stereoblock
Mạch PP có cấu trúc dạng xoắn như lò xo (cấu tạo cis-trans), không có mạch
nhánh.
Trong quá trình chế tạo mạch PP đã được kéo giãn theo chiều dài => Có xu
hướng tạo vùng kết tinh cao => Tính chống thấm khí, hơi rất cao, cứng vững, tính
chịu nhiệt cao. Màng PP có thể giãn theo chiều ngang, tuy hệ số giãn không cao.
Màng trong suốt, độ bóng bề mặt cao, khi bị vò cho tiếng thanh hơn PE.
Tỷ trọng thấp 0.885 – 0.905 g/cm
3
Tính chịu nhiệt:
- T
o
nc
= 132 – 149
o
C => Có thể thanh trùng.
- T
o
min
= - 18
o
C => Không dùng làm bao bì
thủy sản lạnh đông (Nhiệt độ trung tâm các sản phẩm thủy sản lạnh đông
phải đạt tới - 18
o
C)
- T
o
hàn

= 140
o
C => Khó hàn kín hơn PE
- 9 -
Hình 4: Một số cấu trúc không gian khác của PP
Kỹ thuật bao bì thực phẩm Bao bì thực phẩm lạnh đông
Tính chống thấm khí, hơi tốt, chống thấm chất béo tốt.
Tính bền cơ cao, khá cứng vững, không mềm dẻo như PE, không bị kéo giãn dài
=> Được chế tạo thành sợi, dệt thành bao bì đựng lương thực.
Khả năng in ấn cao, rõ nét.
Hình 5: Bao bì PP đựng rau trái
d) Polyvinyl Chloride:
Trùng hợp từ các monomer vinyl chloride CHCl-CH
2
(VCM), ở áp suất thấp. Có
thể trùng hợp ở cả 2 vị trí đầu của nối đôi.
Màng PVC được sản xuất theo phương pháp đùn ép và thổi thành màng qua khe.
Tỷ trọng 1.4 g/cm
3
, cao hơn PE và PP => Tốn 1 lượng lớn PVC để có 1 diện tích
màng cùng độ dày so với PE và PP.
VCM ảnh hưởng thần kinh, gây ung thư => Lượng VCM trong sản phẩm PVC
được khống chế < 1 ppm (mức an toàn).
Giá thành thấp PVC hơn các polymer trùng hợp khác.
Loại PVC đã được dẻo hóa bởi phụ gia sẽ bị biến tính cứng dòn sau 1 thời gian
=> Trong thực phẩm chỉ dùng loại PVC không dẻo hóa:
- Sản phẩm PVC không dẻo hóa thường bị
giảm màu và mất màu khi gia nhiệt đến gần nhiệt độ chế tạo => phải cho
thêm chất ổn định.
- Chống thấm hơi, nước kém hơn PE, PP.

- Tính chống thấm khí, chống dầu mỡ khá cao
=> Bao bì chứa thực phẩm có hàm lượng béo cao.
- Không bị hư hỏng bởi acid và kiềm.
- Bị phá hủy bởi 1 số dung môi hữu cơ, đặc
biệt là clorofom và ketone.
- 10 -
Kỹ thuật bao bì thực phẩm Bao bì thực phẩm lạnh đông
- Màng PVC có khuynh hướng đóng thành
khối do tương tác tĩnh điện giữa chúng.
e) Polyvinylidene chloride (PVDC):
PVDC là copolymer trùng hợp từ monomer vinylidene chloride C(Cl)
2
– CH
2
(VDC) và 1 loại monomer khác như vinyl chloride (VCM), methyl acrylate (MA),
acrylonitrile (AN).
Được dùng phổ biến làm bao bì thực phẩm (khoảng 81 ngàn tấn/năm trên thế
giới)
PVDC/VCM trong suốt, mềm dẻo, bền cơ học, bám dính tốt, tính chống thấm
khí cao.
Tính chịu nhiệt:
- T
o
nc
= 135
o
C => Có thể thanh trùng.
- T
o
min

= - 18
o
C
- T
o
hàn
= 121 – 148
o
C
Ứng dụng: PVDC/MA hoặc PVDC/AN có tính chống thấm khí cao => Làm lớp
che phủ bên ngoài nhiều loại vật liệu khác, PVDC làm màng bọc rau quả, các
thực phẩm tươi sống bảo quản lạnh hoặc một số thực phẩm ăn liền như phô mát,
thịt nguội… do tính bám dính tốt, mềm dẻo.
- 11 -
Kỹ thuật bao bì thực phẩm Bao bì thực phẩm lạnh đông
màng pvdc
Hình 7: Màng PVDC bọc rau quả
f) Polyethylene terephthalate (PET, Mylar, Milinex, Hoslaphane,
Terphane):
PET thuộc nhóm polyester là loại copolymer từ trùng ngưng giữa ethylene
glycol và dimethyl terephthalate (DMT) hoặc acid terephthalic (TPA) dưới áp suất
thấp, với ethylene glycol là chất nền khởi đầu cho quá trình trùng hợp.
- 12 -