Sử dụng kĩ thuật áp suất cao

Chương 2 Kỹ thuật áp suất cao
2.2 SỬ DỤNG KỸ THUẬT ÁP SUẤT CAO TRONG CHẾ BIẾN TỐI
THIỂU. [6, 7, 12, 13, 14, 15]
2.2.1. Khái niệm
Kỹ thuật áp suất cao (high pressure processing – HPP) là một trong những kỹ thuật chế
biến tối thiểu thực phẩm, trong đó, thực phẩm được đặt dưới áp suất cao, có thể kết hợp với
nhiệt độ hoặc không, nhằm mục đích tiêu diệt vi sinh vật hoặc nhằm thay đổi các đặc tính
của thực phẩm. Kỹ thuật này vẫn giữ được chất lượng của thực phẩm, giữ được trạng thái
tươi ngon tự nhiên đồng thời kéo dài thời gian bảo quản của thực phẩm.
Kỹ thuật áp suất cao là kỹ thuật không sử dụng nhiệt (non-thermal processing), thậm chí
khi áp suất tăng thì nhiệt độ chỉ tăng rất ít. Nó được áp dụng trong thực phẩm bắt đầu từ thế
kỷ 20. Hite(1899) là người đầu tiên đã nỗ lực nghiên cứu để kéo dài thời gian bảo quản thực
phẩm bằng xử lý áp suất cao. Nhưng phải mãi đến năm1990 thì kỹ thuật này mới được áp
dụng trong công nghiệp và đầu tiên là ở Nhật Bản (Hayashi 1989) cho việc thanh trùng các
thực phẩm acid để bảo quản lạnh. Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về kỹ thuật áp suất cao ở
Châu u, Mỹ nhưng phát triển trong công nghiệp của nó vẫn còn chậm hơn Nhật, nguyên
nhân chủ yếu là do vốn đầu tư lớn.
2.2.2 Ưu, nhược điểm của kỹ thuật áp suất cao.
Ưu điểm
- Tiêu diệt tế bào sinh dưỡng của vi sinh vật, có thể tiêu diệt cả bào tử nếu kết
hợp với nhiệt độ cao.
- Vô hoạt enzyme
- Không gây độc
- Đảm bảo sự đồng đều khi xử lý trên toàn bộ khối sản phẩm
- Nếu dùng phương pháp này có thể giảm hay không dùng chất bảo quản
Nhược điểm
- Vẫn còn tồn tại vi sinh vật
- Thiết bò đắt tiền
- Yêu cầu thực phẩm phải chứa khoảng 40% nước tự do để đảm bảo hiệu quả
tiêu diệt vi sinh vật.
- Giới hạn trong việc lựa chọn bao bì cho sản phẩm

2.2.3. Cơ chế tác dụng của kỹ thuật áp suất cao (Knorr & Earnshaw, 1995)
Sử dụng áp suất cao trong thực phẩm với khoảng áp suất từ 300MPa-800MPa, có tác
dụng vô hoạt vi sinh vật hoặc enzym mà không phá huỷ màu sắc, mùi vò, thành phần dinh
dưỡng của thực phẩm so với kỹ thuật xử lý nhiệt thông thường.
SV: Võ Thò Thu Hằng 20 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt
Chương 2 Kỹ thuật áp suất cao
Cơ chế tác động lên tế bào sinh dưỡng của vi sinh vật:
 Gây biến tính các protein
 Tác dụng lên màng tế bào, làm thay đổi cấu trúc của màng, gây ra sự rối loạn
trao đổi chất trong và ngoài tế bào.
 Ảnh hưởng có hại lên vật chất di truyền như acid ribonucleic (RNA), acid
nucleic, ribosome…làm biến đổi cấu trúc của chúng và gây cản trở quá trình tổng
hợp protein, quá trình sao chép vật chất di truyền.
Cơ chế tác động lên bào tử:
 Đối với bào tử vi sinh vật, áp suất cao tác động theo cơ chế bao gồm 2 giai đoạn:
 Giai đoạn 1: Bào tử dưới tác dụng của áp suất cao sẽ được kích thích hoạt động
và nảy mầm.
 Giai đoạn 2: Sau khi nảy mầm, khả năng nhạy cảm với áp suất tăng, bào tử sẽ bò
áp suất cao tiêu diệt.
Cơ chế tác động lên enzyme:
 Enzyme có bản chất protein, dưới tác dụng của áp suất cao, các protein bò biến
tính, gây vô hoạt các enzyme.
 Các enzyme có cấu trúc bậc 1 chỉ bò ảnh hưởng rất ít từ áp suất cao (Hereman,
1993). Enzyme có cấu trúc bậc 2 khá nhạy cảm với áp suất do liên kết chủ yếu
trong cấu trúc là liên kết hydro. Enzyme có cấu trúc bậc 3 và bậc 4 thì bền vững
hơn bậc 2 nhưng cũng bò phá vỡ trong suốt quá trình xử lý.
2.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả tác động lên vi sinh vật của kỹ
thuật áp suất cao: (Hendrickx et al., 1998)
 Số lượng vi sinh vật ban đầu : p suất tác động càng cao và thời gian tác động
càng dài khi số lượng vi sinh vật ban đầu trong thực phẩm càng lớn.

 Thành phần vi sinh vật:
♦ Nếu có những vi sinh vật có khả năng sinh bào tử thì bào tử sinh ra có
khả năng kháng áp suất rất cao. Ví dụ như: sử dụng áp suất cao tới
1200MPa cũng không đủ khả năng tiêu diệt bào tử của Bacillus subtilis
và Clostridium botulinum
♦ Vi khuẩn Gram (+) có khả năng kháng áp suất mạnh hơn vi khuẩn Gram
(-)
♦ Nấm men và nấm mốc có khả năng chòu được tác động của áp suất tốt
hơn là vi khuẩn.
 Loại enzyme : mỗi loại enzyme có khả năng kháng áp suất khác nhau. Có thể sắp
xếp khả năng kháng áp suất theo chiều tăng dần của một vài loại enzyme điển
SV: Võ Thò Thu Hằng 21 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt
Chương 2 Kỹ thuật áp suất cao
hình như sau: Lypoxygenase < Lactoperoxidase < Pectinmethylesterase < Lipase
< Phosphatase < Catalase < Polyphenoloxydase < Peroxidase
 Thời gian xử lý : phải đủ dài để có thể tiêu diệt được vi sinh vật có khả năng
kháng áp suất cao nhất.
 pH của thực phẩm : pH thấp thì hiệu quả tác động của áp suất cao lên vi sinh vật
sẽ cao hơn do pH thấp sẽ làm giảm tính kháng áp suất của chúng.
 Chất chống vi sinh vật : có thể kết hợp giữa xử lý thực phẩm bằng áp suất cao và
sử dụng các chất chống vi sinh vật như Nisin, Acid sorbic,
Ethylenediamintetraacetic acid (EDTA)… thì hiệu quả ức chế, tiêu diệt vi sinh vật
sẽ tăng cao.
 Nhiệt độ xử lý: nhiệt độ xử lý cao thì khả năng ức chế, tiêu diệt vi sinh vật tăng.
 Để tăng hiệu quả tác động, người ta thường sử dụng kỹ thuật áp suất cao kết
hợp với các yếu tố khác như chế độ xử lý nhiệt nhẹ nhàng, độ acid của môi
trường thấp hay có bổ sung các chất chống vi sinh vật được phép sử dụng.
Bảng 2.2: Xử lý áp suất ở một số vi sinh vật, enzyme và hợp chất cao phân tử
(Thomas Ohlson, 2002)
Vi sinh vật hoặc

vật chất
Ví dụ Áp suất (MPa)
G (-)
Pseudomonas, Samolnella, Yersinia
300
G (+)
Micrococcus, Staphylococcus
600
Nấm men
Saccharomyces, Candida
400
Vi khuẩn sinh bào
tử
Bacillus, Clostridium
900 (90
o
C)
Enzyme
Peroxydase, cellulase, peptidase,
pectinmethylesterase
400-500
Polyphenoloxidase 700-1000
Protein Đông tụ 400
Tinh bột Hồ hoá 400-600
Polysaccharide Gel hoá 600
SV: Võ Thò Thu Hằng 22 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt
Chương 2 Kỹ thuật áp suất cao
Bảng 2.3: Một số ứng dụng của kỹ thuật áp suất cao, (Campden New technology
bulletin, No 14)
Sản phẩm Nhà sản xuất Điều kiện xử lý

Mứt, trái cây dressing,
xốt, jelly
Meidi-ya company,
Nhật Bản
400MPa, 10-30 phút,
20
o
C
Nước ép nho Pokka corp., Nhật Bản
120-400MPa, 2-20 phút,
20
o
C + xử lý nhiệt
Trái cây không lạnh
đông
Nishin oil Mill, Nhật
Bản
50-200MPa
Thòt bò giần mềm
Fuji ciku Mutterham,
Nhật Bản
50-100MPa, 30-40 phút,
20
o
C
Trái lê tàu Avomex, Mỹ 700MPa, 600-800 L/h
Nước ép cam UltiFruit, Pháp 500MPa, 5-10 phút
2.2.5. Thiết bò áp suất cao trong sản xuất thực phẩm
Mặc dù kỹ thuật áp suất cao có chi phí đầu tư lớn hơn các kỹ thuật chế biến thông
thường khác nhưng việc sử dụng nó đã đem lại những cơ hội mới cho công nghiệp thực

phẩm và đáp ứng được những yêu cầu của người tiêu dùng về sản phẩm tiện lợi, chất lượng
cao, an toàn. Có 2 hệ thống xử lý thực phẩm bằng áp suất cao là hệ thống gián đoạn và hệ
thống bán liên tục.
Cấu tạo: Thiết bò áp suất cao bao gồm các thành phần chính là:
- Ống áp lực và vỏ ống.
- Hệ thống tạo áp lực
- Thiết bò kiểm soát nhiệt độ
- Hê thống điều khiển nguyên liệu
Hầu hết các ống áp lực được làm từ vật liệu là thép không rỉ có ứng suất lớn, có thể chòu
được áp suất 400-600MPa. Đối với trường hợp áp suất cao hơn, các ống áp lực được chế tạo
gồm nhiều lớp được nén ép lại với nhau (Mertens,1995).
Nguyên lý hoạt động: Thực phẩm đã bao gói sẽ được đặt trong ống áp lực. Sau khi tất cả
không khí được loại bỏ khỏi ống áp lực thì một môi trường tạo áp lực (nước hoặc dầu) được
bơm từ bộ phận chứa vào ống áp lực và dùng bộ phận khuếch đại áp lực cho tới khi đạt
được áp suất mong muốn. Bộ phận khuếch đại áp lực thường sử dụng là bơm áp lực cao.
SV: Võ Thò Thu Hằng 23 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt
Chương 2 Kỹ thuật áp suất cao
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kỹ thuật áp suất cao [7]
Có thể kiểm soát nhiệt độ trong thiết bò bằng cách bơm môi trường nóng hoặc lạnh qua
lớp vỏ áo bao quanh ống áp lực. Cách này đáp ứng được yêu cầu để duy trì nhiệt độ không
đổi. Tuy nhiên, nếu cần thiết phải điều chỉnh thay đổi nhiệt độ, do quán tính nhiệt của ống
lớn và vùng trao đổi nhiệt tương đối nhỏ nên cách vận hành kiểm soát nhiệt độ trên đáp ứng
rất chậm. Trong trường hợp này, việc sử dụng thiết bò trao đổi nhiệt bên trong ống áp lực là
phù hợp nhất.
Một hệ thống xử lý bằng áp suất cao được thương mại hoá tại Nhật Bản là hệ thống xử
lý nước ép trái cây bán liên tục năng suất 4000-6000l/h ở áp suất 400-500MPa trong 1-5
phút, tại nhiệt độ phòng như hình vẽ sau:
SV: Võ Thò Thu Hằng 24 GVHD: Thầy Lại Quốc Đạt