Luận án tiến sĩ hóa học nghiên cứu chế tạo và tính chất của màng polyme ứng dụng để bảo quản quả

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN KHOA HỌC

VIỆN HOÁ HỌC

PHẠM THỊ THU HÀ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT
CỦA MÀNG POLYME ỨNG DỤNG ĐỂ
BẢO QUẢN QUẢ
Chuyên ngành: Hoá Hữu cơ
Mã số:
62.44.27.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. GS. TS. Nguyễn Văn Khôi
2. PGS.TS. Thái Hoàng

HÀ NỘI - 2012


VIỆN HOÁ HỌC

PHẠM THỊ THU HÀ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT

CỦA MÀNG POLYME ỨNG DỤNG ĐỂ
BẢO QUẢN QUẢ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC

Hà Nội - 2012


3


MỞ ĐẦU
Hoa quả sau khi thu hoạch vẫn là những tế tào sống và vẫn tiếp tục các hoạt
động hô hấp và trao đổi chất thông qua một số quá trình biến đổi. Chính những biến
đổi này làm cho quả nhanh chín, nhanh già, nhũn... dẫn tới hỏng nếu không áp dụng
biện pháp đặc biệt để làm chậm quá trình này.
Trước nhu cầu bức thiết về công nghệ bảo quản sau thu hoạch, từ lâu đã có
nhiều công trình nghiên cứu trong nước nhằm tìm ra cách thức bảo quản rau quả có
hiệu quả phù hợp với điều kiện Việt Nam. Một số qui trình bảo quản sơ bộ đã được
công bố như phương pháp rửa kết hợp thanh trùng nhẹ cho một số loại rau quả. Ngoài
ra còn có một số phương pháp khác như xử lý nhiệt, hoá chất, bảo quản trong một số
loại bao bì. Các phương pháp này có thể kéo dài thời hạn bảo quản của hoa quả nhưng
không nhiều, mặt khác lại không giữ được giá trị cảm quan bên ngoài cho hoa quả nên
việc áp dụng trong thực tế chưa được rộng rãi.
Hiện nay, có 2 công nghệ bảo quản hoa quả đang được nghiên cứu và sử dụng
khá phổ biến là bảo quản bằng lớp phủ ăn được và bảo quản bằng màng bao gói khí
quyển biến đổi (MAP).
Lớp phủ ăn được áp dụng trực tiếp trên bề mặt quả bằng cách nhúng, phun hay
quét để tạo ra một khí quyển biến đổi. Lớp màng bán thấm tạo thành trên bề mặt hoa
quả sẽ giảm bớt quá trình hô hấp và kiểm soát sự mất độ ẩm, nhờ đó duy trì chất lượng

và kéo dài thời hạn sử dụng của quả tươi. Các loại rau quả được chọn để bảo quản
cũng rất đa dạng như cà chua, cam, bưởi, vải, nhãn, dứa, hồng, xoài... Hầu hết các
nghiên cứu đều cho kết quả khả quan.
Công nghệ thứ hai là bảo quản bằng màng bao gói khí quyển biến đổi. Đây là
phương pháp bảo quản mà quả được đựng trong túi màng mỏng có tính thẩm thấu chọn
lọc hoặc đựng trong sọt có lót màng bao gói. Thậm chí quả còn được đựng trong
container lớn được lót bằng vật liệu tổng hợp có tính thẩm thấu chọn lọc đối với các
loại khí.
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu bảo quản quả bằng màng polyme gần đây bắt đầu
được quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, những công trình đã công bố cho thấy các
nghiên cứu đều tập trung vào việc sử dụng màng MAP và dung dịch tạo lớp phủ ăn

4


được nhập ngoại để bảo quản quả mà chưa có công trình nào đề cập chế tạo các vật
liệu này. Với mong muốn góp phần giải quyết những nhu cầu cấp thiết mà thực tế đặt
ra, đề tài “Nghiên cứu chế tạo và tính chất của màng polyme ứng dụng để bảo quản
quả” nhằm nghiên cứu và chế tạo vật liệu có thể đáp ứng nhu cầu bảo quản rau quả sau
thu hoạch, góp phần tăng hiệu quả kinh tế.
Với mục tiêu đó, những nhiệm vụ mà luận án phải thực hiện là:
a) Nghiên cứu chế tạo vật liệu dạng dung dịch từ shellac
-

Tạo màng và xác định tính chất của màng shellac với chất hóa dẻo (hình thái
học, tính chất cơ lý, tính chất nhiệt của màng).

b) Nghiên cứu chế tạo vật liệu bảo quản quả dạng nhũ tương polyvinyl axetat
(PVAc)
-

Nghiên cứu quá trình tổng hợp PVAc bằng phương pháp trùng hợp nhũ

tương;
-

Sử dụng các phương pháp phân tích đánh giá độ chuyển hóa, độ bền nhũ, trọng
lượng phân tử trung bình (TLPTTB), hình thái học bề mặt, cấu trúc, tính chất
nhiệt của sản phẩm.

c) Nghiên cứu công nghệ chế tạo màng bao gói khí quyển biến đổi (MAP) trên cơ
sở polyethylen (PE) với các phụ gia vô cơ
-

Nghiên cứu quá trình trộn và cắt hạt nhựa, phân tích khả năng trộn và phân tán
phụ gia đồng thời sử dụng một số phương pháp phân tích đánh giá.

-

Nghiên cứu quá trình thổi màng và đánh giá các tính chất của màng MAP
(chiều dày màng, hình thái học bề mặt, tính chất cơ lý, độ bền mối hàn).

d) Nghiên cứu và thử nghiệm vật liệu bảo quản cho 2 loại quả (vải và mận), đánh
giá các tính chất của quả trong quá trình bảo quản: hao hụt khối lượng, tỷ lệ hư
hỏng, hàm lượng đường, độ cứng.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Các phương pháp bảo quản rau, quả tươi sau thu hoạch

Hầu hết quá trình suy giảm khối lượng và chất lượng của hoa quả tươi đều diễn
ra trong giai đoạn từ khi thu hoạch đến khi tiêu thụ. Ước tính tỷ lệ tổn thất hoa quả sau

5


thu hoạch do hư hỏng có thể lên tới 20-80% [1]. Nguyên nhân là do hoa quả sau khi
thu hoạch vẫn là những tế bào sống và vẫn tiếp tục các hoạt động hô hấp và trao đổi
chất thông qua một số quá trình biến đổi. Chính những biến đổi này làm cho hoa quả
nhanh chín, nhanh già, nhũn... dẫn tới hỏng nếu không áp dụng biện pháp đặc biệt để
làm chậm các quá trình này [2]. Rau quả sau thu hoạch thường trải qua một số biến đổi
như: biến đổi sinh hoá, biến đổi vật lý và biến đổi hoá học. Hiểu rõ đặc tính hô hấp của
quả tươi cũng như cơ chế của những biến đổi trên có thể kéo dài thời hạn bảo quản của
chúng.

1.1.1.
1.1.1.1.

Trao đổi chất sau thu hoạch và bảo quản các sản phẩm tươi
Quá trình chín và thời hạn sử dụng

Quá trình chín là một quá trình thoái hóa được điều chỉnh nội sinh dẫn đến hỏng
và thối rữa không thể dừng lại nhưng chỉ có thể làm chậm lại. Trong khi hư hỏng và
thối rữa góp phần quan trọng làm tổn thất sau thu hoạch, thì quá trình chín gây ra tổn
thất thậm chí còn cao hơn. Trong quá trình chín, sản phẩm dễ bị tổn thương do nấm tấn
công. Tất cả các hoocmôn tố thực vật chính bao gồm auxin, giberela, cytokinin,
abscisic axit và đặc biệt là etylen, đều gây ảnh hưởng tới một trong các quá trình chín
và lão hóa [3]. Tuy nhiên, lão hóa đi kèm với quá trình chín của quả. Khái niệm và
phân biệt giữa 2 hiện tượng này là khá khó khăn và đôi khi còn gây nhầm lẫn. Quá

trình lão hóa là một quá trình tự nhiên và thoái hóa liên quan đến sự già hóa. Đặc trưng
của quá trình lão hóa đối với sản phẩm tươi sau thu hoạch có thể được mô tả bởi những
thay đổi như làm giảm clorophyl, thoái hóa màng tế bào, giảm hàm lượng RNA và
protein, làm biến đổi cấu trúc (có thể dẫn đến làm mềm và gây ra các ảnh hưởng tiêu
cực). [4].
1.1.1.2.

Hô hấp

Hô hấp là quá trình trao đổi chất quan trọng nhất diễn ra trong bất kỳ tế bào sống
nào. Hô hấp được mô tả là sự phân hủy oxy hóa của các chất nền phức tạp có trong tế
bào, chẳng hạn như cacbohydrat, protein và chất béo thành những phân tử đơn giản
hơn (CO2 và H2O) với việc sản sinh năng lượng và các phân tử khác được sử dụng bởi
tế bào cho các phản ứng tổng hợp. Mục đích chính của hô hấp là để cung cấp năng
lượng và các chất giúp tế bào thực hiện các phản ứng trao đổi chất cần thiết cho việc
duy trì tổ chức tế bào [5].

6


Hô hấp có thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí, tùy thuộc vào sự sẵn
có của oxy. Đối với rau, quả sau thu hoạch, phần lớn năng lượng được cung cấp bởi hô
hấp hiếu khí, chủ yếu liên quan đến ba con đường trao đổi chất: chuyển hóa glucozit,
chu kỳ tricacboxylic axit (TCA) và vận chuyển electron. Tuy nhiên, trong điều kiện
mức độ nồng độ oxy thấp (thường nhỏ hơn 1 -2% đối với thực vật), hô hấp kỵ khí (lên
men) được bắt đầu, trong đó pyruvat chủ yếu bị chuyển hóa thành etanol và
axetalđehyt [6].
Hô hấp cũng là một chỉ số tuyệt vời của vấn đề trao đổi chất; nó cũng có thể được
dùng như một tiêu chuẩn hữu ích cho việc bảo quản sản phẩm tươi. Mặc dù mối liên hệ
chính xác giữa hô hấp và thời hạn sử dụng đã không được cụ thể ở phạm vi nhất định,

tỷ lệ hư hỏng của sản phẩm liên quan đến tốc độ hô hấp của chúng. Sản phẩm có tốc
độ hô hấp thấp (táo, hành tây, khoai tây, cà rốt...) có thể bảo quản dài hơn trong khi sản
phẩm hô hấp nhanh, như dâu tây và nấm có thời hạn bảo quản ngắn. Như vậy, sản
phẩm trồng trọt có thể được phân loại vào nhóm khác nhau về khả năng bảo quản tốc
độ hô hấp của chúng [7].
Do tốc độ hô hấp là một chỉ số quan trọng của quá trình trao đổi chất của sản
phẩm sau thu hoạch, các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ này sẽ được xem xét chính trong
quá trình bảo quản rau quả tươi sau thu hoạch. Nhiều công nghệ bảo quản sản phẩm
tươi liên quan đến hô hấp nhờ điều khiển điều kiện môi trường (ví dụ như nhiệt độ thấp
và khí quyển biến đổi O2 thấp và CO2 cao) [8, 9].
1.1.1.3.
Hao hụt do thoát hơi nước
Mất nước có thể gây ra những thay đổi không mong muốn về ngoại quan như héo
và quắt, làm mềm tế bào, hụt trọng lượng và làm thay đổi hương vị. Nó cũng gây mất
nước, làm tăng tốc quá trình lão hóa. Hầu hết rau quả không còn khả năng thương mại
hóa khi chúng bị mất đi 5-10% trọng lượng tươi. Nước mất chủ yếu là do sự thoát hơi
của sản phẩm tươi [10]. Động lực của quá trình vận chuyển ẩm là gradient áp suất hơi
từ bề mặt sản phẩm đến môi trường bảo quản. Trừ khi áp suất hơi nước trong khí
quyển bảo quản cân bằng áp suất trên bề mặt sản phẩm, còn lại thì hàm lượng ẩm sẽ
liên tục bay hơi khỏi vỏ sản phẩm. Như vậy, các đặc điểm của sản phẩm như cấu trúc
bề mặt của lớp biểu bì và diện tích bề mặt riêng của quả tiếp xúc với không khí ảnh
hưởng trực tiếp đến tốc độ bay hơi. Áp suất hơi nước trên bề mặt sản phẩm thường gần

7


bằng áp suất hơi nước bão hòa tại nhiệt độ nhất định, trong khi trong không khí bảo
quản áp suất hơi nước sẽ thấp hơn so với hơi bão hòa. Vì nhiều yếu tố có liên quan đến
thoát hơi, một thuật ngữ tổng quát được gọi là "hệ số thoát hơi" được sử dụng trong
thực tế để định lượng quá trình thoát hơi nước [11].

Trao đổi chất, tốc độ thoát hơi cũng có liên quan với quá trình trao đổi chất hô
hấp. Tốc độ sản sinh ra nước liên quan trực tiếp đến tỷ lệ hấp thụ O 2 và sinh nhiệt.
Người ta ước tính rằng chỉ có 42% lượng nhiệt có thể được sử dụng cho các phản ứng
tổng hợp, phần nhiệt còn lại này được sử dụng cho bay hơi. Bất kỳ phương pháp nào
làm giảm tốc độ hô hấp đều có thể góp phần giảm thoát hơi. Tuy nhiên, rất ít biết về
thoát hơi trong điều kiện khí quyển biến đổi. Mặc dù không thể ngăn ngừa sự thoát hơi,
nhưng một số biện pháp có thể làm giảm hao hụt thoát hơi, chẳng hạn như việc bảo
quản ở độ ẩm cao, bao phim từng sản phẩm, và nhiệt độ thấp, có thể làm tăng độ ẩm
tương đối trong luồng bảo quản sản phẩm [12-14].
1.1.1.4.

Các yếu tố gây suy giảm chất lượng

Rối loạn sinh lý: Sản phẩm tươi thường bị các rối loạn sinh lý khác nhau có
nguồn gốc từ việc tiếp xúc với nhiệt độ không mong muốn, C 2H4, O2 thấp (<1%), CO2
cao (> 12%) và sự mất cân bằng dinh dưỡng. Trong số các điều kiện môi trường bất lợi
gây ra rối loạn sinh lý, bảo quản ở nhiệt độ quá thấp thường hay gặp nhất. Các loại quả
có nguồn gốc nhiệt đới và cận nhiệt đới, ở nhiệt độ dưới điểm tới hạn (10-12 0C),
thường có sự phá vỡ hủy sinh lý, được gọi là tổn thương do đóng đá [15]. Các triệu
chứng của tổn thương do đóng đá chung quan sát được là rỗ, thịt quả bị thâm, chín bất
thường và tăng khả năng hư hỏng. Những tổn thương này được thể hiện khi sản phẩm
được chuyển từ nhiệt độ đóng đá đến nhiệt độ thường. Một hậu quả khác của tổn
thương do đóng đá là việc tạo ra mùi không mong muốn. Các phương pháp thông
thường để ngăn ngừa tổn thương do đóng đá liên quan chủ yếu đến việc giới hạn nhiệt
độ bảo quản và xử lý trên một ngưỡng nhất định [16].
Các phản ứng sinh hóa: ngoài quá trình trao đổi chất sơ cấp, các phản ứng sinh
hóa thứ cấp xảy ra trong tế bào thực vật có thể góp phần tổng hợp một số hợp chất
mong muốn cũng như suy giảm về chất lượng. Chúng bao gồm sự suy giảm chất diệp
lục (mất màu xanh lá cây), tạo sắc tố do tổng hợp carotenoit và phenylpropanoit, giảm

8


độ axit (decacboxyl hóa), tăng vị ngọt (thủy phân tinh bột), tạo hương thơm (tổng hợp
rượu và este tổng hợp thông qua sự phá vỡ enzym oxy hóa của chất béo không no),
làm mềm tế bào (hoạt tính các enzym pectinaza và xenluloza), gây thâm do enzym
(phenolaza) và quá trình oxy hóa chất béo và thủy phân chất béo (lipaza,
lipidoxygenaza và peroxidaza) [17].
Nhiễm khuân và bệnh: Nấm và vi khuẩn có tầm quan trọng nhất định trong các
bệnh sau thu hoạch của sản phẩm tươi. Nhiễm nấm là một yếu tố hạn chế chủ yếu
trong việc kéo dài thời gian bảo quản các loại rau quả tươi. Nói chung, hầu hết các sản
phẩm thu hoạch đều có khả năng kháng nấm trong giai đoạn đầu sau thu hoạch. Tuy
nhiên, khi bắt đầu chín và lão hóa, chúng trở nên dễ bị nhiễm. Tổn thất sau thu hoạch
chủ yếu của rau quả tươi bị gây ra bởi các loài nấm Botrytis, Alternaría, Rhizopus và
Pseudomonas spp. Nói chung, mầm gây bệnh sau thu hoạch là các ký sinh trùng yếu
chỉ xâm nhập vào các tế bào bị hư hỏng [18-21].
Tổn thất sau thu hoạch do lây nhiễm có thể hạn chế bằng cách giảm thiểu các tổn
thương cơ học, nhờ duy trì các sản phẩm trong giai đoạn đầu của quả chín hoặc quá
trình lão hóa, bảo quản chúng trong điều kiện tối ưu và xử lý sản phẩm với các tác
nhân kháng khuẩn.
Tổn thương cơ học. Tổn thương cơ học đối với sản phẩm tươi có thể hạn chế khả
năng thương mại hóa. Thậm chí va đập nhẹ cũng có thể gây ra và thúc đẩy sự suy giảm
chất lượng do gia tăng hô hấp và tạo etylen, làm thúc đẩy các phản ứng sinh hóa không
mong muốn và làm cho các sản phẩm dễ bị nhiễm khuẩn. Hao hụt do xử lý rau quả
tươi có thể xảy ra trong quá trình thu hoạch, vận chuyển, đóng gói và bảo quản sau thu
hoạch. Các vết thâm có thể xảy ra do việc cắt, lèn lắc và va đập. Để kiểm soát thiệt hại
do xử lý sau thu hoạch, quy trình xử lý cũng như bao gói phù hợp để bảo vệ chống va
đập và rung lắc là rất cần thiết [22].

1.1.2.

Các phương pháp bảo quản rau quả

1.1.2.1.

Nhiệt độ thấp, độ ẩm tương đối (RH) cao

Phương pháp phổ biến nhất để duy trì chất lượng và kiểm soát sự hư hỏng của
hoa quả là làm lạnh nhanh với độ ẩm tương đối (RH) cao. Tuy nhiên, phương pháp này
lại gây nên sự hư hỏng lạnh ở hoa quả và việc kiểm soát nhiệt độ một cách hiệu quả là
rất khó nên một số phương pháp bảo quản khác vẫn đang được nghiên cứu [23].

9


1.1.2.2.

Bảo quản bằng hóa chất

Sử dụng một số loại hoá chất ở những liều lượng khác nhau để kéo dài thời gian
bảo quản của hoa quả chủ yếu dựa vào khả năng tiêu diệt vi sinh vật của những hoá
chất này. Hoá chất được sử dụng để bảo quản hoa quả tươi cần đáp ứng một số yêu cầu
như: diệt được vi sinh vật ở liều lượng thấp dưới mức nguy hiểm cho người, không tác
dụng với các thành phần trong quả để dẫn tới biến đổi màu sắc, mùi vị làm giảm chất
lượng hoa quả, không tác dụng với vật liệu làm bao bì hoặc dụng cụ, thiết bị công
nghệ, dễ tách khỏi sản phẩm khi cần sử dụng. Tuy nhiên, ít có loại hoá chất nào có thể
thoả mãn tất cả các yêu cầu trên, cho nên khi sử dụng phải chọn lựa cho phù hợp nhằm
đảm bảo đồng thời chất lượng bảo quản và an toàn thực phẩm. Phương pháp bảo quản
bằng hoá chất cũng bộc lộ một số nhược điểm như: hoá chất có thể làm biến đổi phần
nào chất lượng của hoa quả, tạo mùi vị không tốt, gây hại cho sức khoẻ con người, có

thể gây ngộ độc tức khắc hoặc lâu dài. Vì vậy cần thận trọng khi sử dụng hoá chất để
bảo quản hoa quả [24].

1.1.2.3.

Bảo quản bằng tia bức xạ

Nguyên lý của phương pháp này: khi chiếu bức xạ vào sản phẩm thì một mặt vi
sinh vật sẽ bị tiêu diệt, mặt khác với rau quả tươi quá trình sinh lý, sinh hóa có thể bị
ức chế, nhờ vậy kéo dài thời hạn bảo quản.
Các loại tia bức xạ được sử dụng trong bảo quản thực phẩm gồm: tia âm cực và
tia p, tia Rơngen (X) và tia Ỵ. Do yêu cầu cần phải ưu việt, tiện lợi về mọi mạt như: có
độ xuyên thấu cao, có nguồn thu nhận dễ dàng, ổn định, rẻ... nên hiện nay tia Y đang
được sử dụng nhiều nhất [25].

1.1.2.4.

Bảo quản trong môi trường khí quyển điều khiển CA (Controlled

Atmosphere)
Là phương pháp bảo quản hoa quả tươi trong môi trường khí quyển mà thành
phần các khí như O2, CO2 được điều chỉnh hoặc được kiểm soát khác với điều kiện
bình thường. Khí CO2 và O2 có tác dụng trực tiếp lên quá trình sinh lý, sinh hoá của
hoa quả, từ đó ảnh hưởng tới thời hạn bảo quản của chúng. Bảo quản trong điều kiện
hạ thấp nồng độ O2, tăng hàm lượng CO2 có thể làm giảm quá trình hô hấp, chậm sự
già hoá, nhờ đó kéo dài thời hạn bảo quản. Phương pháp này có ưu điểm là cho hiệu
quả tốt, thời hạn bảo quản dài, chất lượng hoa quả hầu như không đổi trong quá trình

1
0

bảo quản. Tuy nhiên, một nhược điểm của phương pháp này là khá phức tạp, phải chú
ý đặc biệt trong đầu tư xây dựng cũng như vận hành kho bảo quản [26].
-

Ưu điểm: Phương pháp này cho hiệu quả tốt, thời hạn bảo quản dài, chất lượng
rau quả hầu như không đổi trong thời gian bảo quản.

-

Nhược điểm: Phức tạp, đòi hỏi sự chú ý đặc biệt trong đầu tư xây dựng cũng
như trong vận hành kho bảo quản. Tính ổn định của chế độ bảo quản không
cao.

1.1.2.5.

Bảo quản trong môi trường khí quyển biến đổi MA (Modified

Atmosphere)
Là phương pháp bảo quản mà hoa quả được đựng trong túi màng mỏng có tính
thẩm thấu chọn lọc hoặc đựng trong sọt có lót màng bao gói. Thậm chí hoa quả còn
được đựng trong container lớn được lót bằng vật liệu tổng hợp có tính thẩm thấu chọn
lọc đối với các loại khí [27,28]. Màng bao gói thường được chế tạo từ các loại nhựa
nhiệt dẻo như Polypropylen (PP), polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE), polyetylen mạch
thẳng tỷ trọng trung bình (LMDPE), polyetylen tỷ trọng cao (HDPE), polyvinyl clorua
(PVC). Trong số này, màng được ưa dùng nhất là LDPE do tính chất chắn khí rất tốt
của nó [29].

1.2.

Bảo quản bằng lớp phủ ăn được

Lớp phủ ăn được là một lớp vật liệu mỏng được áp dụng trên bề mặt sản phẩm
hoặc để thay thế lớp sáp bảo vệ tự nhiên và cung cấp một lớp chắn ẩm, oxy và sự di
chuyển chất tan cho thực phẩm. Các lớp phủ này được áp dụng trực tiếp trên bề mặt
hoa quả bằng cách nhúng, phun hay quét để tạo ra một khí quyển biến đổi (MA). Lớp
màng bán thấm tạo thành trên bề mặt hoa quả sẽ giảm bớt quá trình hô hấp và kiểm
soát sự mất độ ẩm cũng như cung cấp các chức năng khác. Lớp phủ ăn được từ lâu đã
được sử dụng để duy trì chất lượng và kéo dài thời hạn sử dụng của một số loại quả
tươi như các loại quả có múi (cam, chanh, quít), táo, dưa chuột... [2, 30,
31].

1.2.1.

Lớp phủ trên cơ sởpolysaccarit

Một số polysaccarit đã được sử dụng trong công thức lớp phủ là tinh bột và
pectin, xenluloza, chitosan và alginat. Các lớp phủ này có thể làm chậm quá trình chín,
kéo dài thời hạn sử dụng của quả được bao màng mà không tạo ra các điều kiện kị khí

1
1


khắc nghiệt [32]. Trong số các polysaccarit thì dẫn xuất của xenluloza có tính chất tạo
màng tuyệt vời cũng như sẵn có trên thị trường. Các dẫn xuất như cacboxymetyl
xenluloza (CMC), metyl xenluloza (MC), hydroxypropyl xenluloza (HPC) và
hydroxypropyl metylxenluloza (HPMC) có thể dễ dàng hòa tan trong nước hay dung
dịch etanol - nước, tạo màng tan trong nước và chịu được chất béo và dầu. Đây cũng

chính là ưu điểm khiến cho các dẫn xuất xenluloza được sử dụng dễ dàng hơn so với
chitosan [33].
Lớp phủ đi từ polysaccarit và lớp phủ trên cơ sở sáp carnauba được sử dụng trên
xoài. Lớp phủ đi từ polysaccarit có khả năng thấm khí hô hấp và thấm hơi nước thấp
hơn sáp carnauba. Cả hai lớp phủ đều tạo ra khí quyển biến đổi, giảm sự thối rữa và cải
thiên vẻ ngoài, nhưng chỉ lớp phủ polysaccarit làm châm quá trình chín và tăng nồng
độ hương dễ bay hơi còn lớp phủ sáp carnauba làm giảm rõ rệt sự mất nước [34].
Các lớp phủ trên cơ sở polysaccarit tan đã được sử dụng cho rau quả bao gồm:
LMP (metoxylpectin thấp) để phủ lạc và chà là khô, hydroxylpropyl tinh bột để phủ
mân, amyloza tinh bột với chất dẻo hóa thích hợp để phủ chà là và nho, este amyloza
của axit béo và một lớp protein đâu nành hoặc ngô để phủ cà rốt hoặc táo [34].

1.2.2.

Lớp phủ trên cơ sở protein

Các lớp phủ ăn được từ protein động vật (như protein sữa) và protein thực vật
(như zein, protein đậu nành, gluten lúa mì) có tính chất chắn oxy, cacbonic và lipit
tuyệt vời, đặc biệt là ở độ ẩm tương đối (RH) thấp. Lớp phủ từ protein giòn và có khả
năng bị nứt do mật độ năng lượng cố kết của polyme này khá bền. Bổ sung các chất
hóa dẻo tương hợp có thể cải thiện khả năng co giãn và tính mềm cao của lớp phủ.
Cũng giống như lớp phủ polysaccarit, lớp phủ từ protein có đặc tính chắn nước tương
đối kém, do bản chất ưa nước vốn có của các protein và các chất hóa dẻo ưa nước được
bổ sung vào lớp phủ để tạo độ mềm dẻo cần thiết [35-38].
Lớp phủ ăn được trên cơ sở hỗn hợp protein váng sữa và chiếu xạ làm giảm sự
xuất hiện của nấm mốc trên dâu tây. Đó là do sự hình thành các liên kết ngang trong
quá trình chuẩn bị dung dịch phủ, sự kết hợp của disunfua thành bityrosin giúp cải
thiện tính chất chắn của lớp phủ protein. Bổ sung CaCl2 vào công thức trên tiếp tục cải
thiện hiệu quả của lớp phủ protein hỗn hợp. Các lớp phủ ăn đựơc chứa cazeinat: váng
sữa tỉ lệ 1:1 và CaCl2 hứa hẹn có nhiều ứng dụng trong thực phẩm. Lớp phủ từ protein

1
2


váng sữa (WPI) còn được sử dụng để bảo quản các rau quả tươi và đặc biệt là các loại
táo do tạo thành một lớp chắn khí tuyệt vời [31].

1.2.3.

Lớp phủ trên cơ sở lipit

Lipit ăn được bao gồm các lipit trung tính của glyxerit là este của glyxerin, axit
béo, sáp và nhựa là các vật liệu phủ truyền thống đối với hoa quả tươi, hiệu quả trong
việc tạo ra rào chắn ẩm và cải thiện ngoại quan. Các loại sáp (sáp carnauba, sáp ong,
sáp parafin, sáp candelilla và các loại khác) đã được áp dụng làm lớp phủ bảo vệ cho
quả tươi với mục đích ngăn chặn sự vận chuyển ẩm, giảm cọ xát bề mặt trong quá trình
bảo quản và kiểm soát sự hình thành vết rám mềm (thâm vỏ) ở các loại quả như táo
nhờ cải thiện tính nguyên vẹn cơ học và kiểm soát thành phần khí bên trong của quả.
Lớp phủ sáp đã được áp dụng rộng rãi cho các loại quả có múi, táo, cà chua xanh đang
chín, dưa chuột, củ cải và nhiều loại rau khác khi cần bề mặt bóng láng. Lớp phủ từ sáp
vẫn tiếp tục được sử dụng cho các loại quả như chanh, dưa hấu, táo, lê [39-44].
Nhựa và nhựa thông được đưa vào màng ăn được là nhựa gỗ thông và coumaron
inden, cả hai đều được sử dụng để bao màng cho quả có múi. Nhựa có thể được biến
tính bằng cách hydro hoá, polyme hoá, isome hoá và decacboxyl hóa, tất cả đều để làm
tăng tính chất nhiệt dẻo và tạo màng chịu được những thay đổi màu sắc và oxi hoá.
Coumaron inden là sản phẩm phụ của than hoặc dầu mỏ. Nó chịu được điều kiện kiềm,
axit loãng và ẩm do cấu trúc mạch béo [45].
Các triglyxerit hay lipit trung tính có thể tạo một lớp màng bao ổn định, liên tục
trên bề mặt quả dựa trên độ phân cực tương đối cao của chúng so với các loại sáp. Hầu

hết các axit béo thu được từ dầu thực vật đều được xem là an toàn thực phẩm và có thể
thay thế các loại dầu khoáng trên cơ sở dầu mỏ để chế tạo lớp phủ ăn được. Tuy nhiên,
các lớp phủ này có thể bị mất chất lượng do tính không bền của hương thơm trong khi
dầu thực vật hydro hóa một phần chịu đuợc mùi ôi đôi khi lại cho kết quả tốt hơn [46].

1.2.4.

Lớp phủ trên cơ sở shellac từ cánh kiến đỏ

Shellac là thành phần chính từ cánh kiến đỏ, một loại nhựa tự nhiên duy nhất có
nguồn gốc động vật. Nhựa cánh kiến đỏ có những tính chất đặc biệt quý giá do có
nhiều chỉ tiêu tốt về cơ lý, chịu nhiệt, cách điện, độ bám dính, tạo màng... Lớp phủ
shellac từ nhựa cánh kiến đỏ có độ thấm khí (O 2, CO2, etylen) thấp, khô nhanh, tạo cho
sản phẩm phủ bề mặt bóng. Nguồn cung cấp nhựa cánh kiến đỏ dổi dào và sẵn có.

1
3


*

Nguồn gốc [47]

Sâu cánh kiến đỏ là một loại côn trùng nhỏ xíu như con chấy tên khoa học là
Laccifer kerr thuộc bộ Coccidae (bọ rệp), sống kí sinh trên một số loại cây gọi là cây
chủ. Ớ Việt Nam có 3 giống gồm 5 loài là: L. fici, L. greeni, L. lacca. Sâu cánh kiến đỏ
được phát triển nhiều ở Ấn Độ, Thái Lan, Myanma, Trung Quốc, Liên bang

1
4

Nga và các nước Đông Dương. Ớ Việt Nam, nghề sản xuất cánh kiến đỏ có ở một số
tỉnh như Sơn La, Hòa Bình, Lai Châu, vùng Nghệ An-Thanh Hóa tiếp giáp với biên
giới Việt-Lào và Tây Nguyên. Đây là một nguồn nguyên liệu dổi dào và sẵn có.
* Thành phần [47]
Sự phát triển của sâu cánh kiến đỏ bị chi phối lớn bởi môi trường sống nên
nguyên liệu cánh kiến đỏ cũng chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố này. Tuy vây bất kỳ loại
nguyên liệu nào cũng có những thành phần giống nhau: độ ẩm, chất tan trong nước,
nhựa, sáp và tạp chất lẫn.
-

Những chất tan trong nước: Chất màu: có màu đỏ, tan trong nước, có thể xem
như là pigment trong dịch thể của sâu, là một phức hợp của nhiều loại axit
laccaic. Những chất tan khác gồm có các muối, abumin, đường.

-

Sáp: là một hợp chất có 2 thành phần chính: sáp tan trong cồn nóng (80%) và
sáp tan trong benzen (20%).

-

Nhựa trong nhựa cánh kiến đỏ có hai thành phần: Nhựa mềm tan trong ête,
chiếm 25%, chỉ số axit 100 và trọng lượng phân tử khoảng 550 và nhựa cứng
không tan trong ête, chiếm tới 75% nhựa tổng cộng, chỉ số axit 55, trọng lượng
phân tử khoảng 2000.

-

Tạp chất: Là những xác sâu kiến, gỗ vụn, đất cát.
* Cấu trúc phân tử của shellac
Shellac chỉ có chứa cacbon, hydro, oxy và một lượng nhỏ tro không đáng kể, có

trọng lượng phân tử là 1000. Công thức phân tử thực nghiệm là C 60H90O15 (hình 1.1).
Cấu trúc phân tử của shellac còn chưa sáng tỏ, công thức cấu tạo gần đúng nhất:
o
OH OH

CO
COOH

)—CH—CH—(CH)—CO—O—CO (CI2H )-OH
CHO
17

Hình 1.1. Công thức cấu tạo gần đủng của nhựa shellac

1
5


Công thức này xây dựng trên cơ sở 3 axit: alơritic, senlolic, axit anđehit là
những cấu tử axit chủ yếu có trong shellac.
*

Phương pháp tách shellac từ nhựa cánh kiến đỏ [47]

Nguyên liêu cánh kiến đỏ chủ yếu để tinh chế lấy nhựa do đó kĩ thuật tinh chế
cánh kiến đỏ nhằm thực hiên việc tách bỏ tạp chất ra khỏi nhựa. Có 2 phương pháp

tinh chế với trình độ rất tách biệt là phương pháp thủ công và phương pháp cơ giới. Cả
2 phương pháp đều dựa trên một nguyên tắc chung là từng bước loại trừ những chất
không phải nhựa ra khỏi nguyên liệu, giữ vững hoặc cải thiện chất lượng nhựa có trong
nguyên liệu.
*

Lớp phủ thực phẩm trên cơ sở shellac từ cánh kiến đỏ
Shellac được ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp: sơn, vecni, vật liệu

cách điện, chất kết dính, trong lĩnh vực thực phẩm, shellac được dùng làm chất pha
loãng màu, hợp phần chất phủ bề mặt, chất làm bóng... shellac còn được làm vật liệu
tạo màng phủ trong công nghiệp dược. Việc sử dụng shellac làm vật liệu lớp phủ để
bảo quản rau quả là đề tài mới được chú ý trong thời gian gần đây và những kết quả đạt
được ban đầu cho thấy lớp phủ thực phẩm từ shellac hạn chế sự mất nước làm hao hụt
khối lượng, ngăn chặn nấm bệnh, lớp phủ shellac có khả năng thấm oxy và nước kém
nên đóng vai trò như một rào cản trên bề mặt hoa quả làm giảm sự trao đổi khí. Nồng
độ oxy giảm sẽ làm giảm cường độ hô hấp của rau quả kéo dài thời hạn bảo quản, đồng
thời làm giảm sự sản sinh etylen vốn là một trong các nguyên nhân làm quả mau chín.
Ngoài ra, lớp phủ sáp shellac còn tạo ra bề mặt bóng đẹp cải thiện vẻ bề ngoài của sản
phẩm. Tuy nhiên lớp phủ shellac cho rau quả cũng có nhược điểm: làm ảnh hưởng đến
mùi thơm của quả khi màng sử dụng có hàm lượng shellac lớn.
Vật liệu phủ rau quả với thành phần chính là shellac còn kết hợp thêm một số
hợp phần khác: sáp, nhựa thông, nhũ tương polyetylen, sáp parafin, nhựa dầu mỏ, axit
oleic, axit lauric, axit stearic, amoniac, kali hydroxit, cồn, glyxerin [43, 44].

1.2.5.

Lớp phủ trên cơ sởpolyvinyl axetat

Gần đây, các nhà khoa học tại Cơ quan Nghiên cứu Nông nghiệp thuộc Bộ Nông

nghiệp Hoa Kỳ đã phát triển một lớp phủ mới được chế tạo từ polyvinyl axetat (PVAc)
loại dùng cho thực phẩm, rẻ tiền và rất dễ sử dụng, lại cho hiệu quả cao khi ngăn chặn
sự hư hỏng của rau quả sau thu hoạch mà không gây mất màu. Lớp phủ này được áp

1
6


dụng cho rau quả bằng phương pháp nhúng, phun hay quét. Lớp phủ từ PVAc có một
số ưu điểm như: làm chậm quá trình hô hấp và duy trì độ chắc của quả [48].
Thành phần lớp phủ ăn được được chế tạo từ PVAc loại dùng trong thực phẩm
hòa tan trong hỗn hợp ancol- nước. Lớp phủ PVAc có độ bóng cao và khả năng thấm
O2 và hơi nước tương đối tốt và chúng tạo thành bề mặt bóng trên kẹo socola, quả có
múi và táo. Việc đưa thêm các chất hóa dẻo giúp duy trì độ bóng của lớp phủ khi hàm
lượng ancol trong dung môi giảm xuống dưới 70%. Táo tươi và các loại quả có múi
được phủ bằng PVAc ít có xu hướng bị lên men và tạo ra ancol trong quá trình bảo
quản [49].
PVAc sử dụng làm lớp phủ cho rau quả thường có khối lượng phân tử trung
bình từ 2000 đến 50.000 và thường được chế tạo ở dạng nhũ tương trong nước hay
trong dung môi ancol - nước. Các chất hóa dẻo, chất hoạt động bề mặt, phụ gia tăng độ
bóng, dung môi cũng như các polyme tạo màng có thể được đưa vào thành phần của
lớp phủ để duy trì độ bóng và độ thấm khí cần thiết cho quả hay thực phẩm. Lớp phủ
PVAc đã được sử dụng cho các loại quả có múi (như bưởi, cam, chanh, quất, quít), táo,
lê, cà chua, các loại quả nhiệt đới (như chuối, đu đủ, ổi, xoài, các loại dưa, các quả có
hạt (như mận, sơ ri), các quả mọng (dâu, việt quất), nho, đào, dứa, kiwi, hồng, các loại
rau củ (khoai tây, cà rốt, hành), bí, đậu, dưa chuột, xà lách, nấm, bánh kẹo [50].
PVAc thường được chế tạo bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương. Tính chất
của nhũ tương tạo thành thường bị ảnh hưởng bởi thành phần pha nước, chất ổn định
và chất đệm được sử dụng trong quá trình chế tạo vật liệu cũng như các điều kiện công
nghệ (như nhiệt độ, nồng độ monome, pH, tốc độ khuấy). Nhũ tương PVAc là chất

lỏng màu trắng sữa chứa khoảng 4-30% PVAc (theo khối lượng) dễ dàng áp dụng và
có thể làm sạch thiết bị bằng nước [51].
* Nhũ hóa vật liệu bảo quản: Để đạt được độ bám dính và bao phủ tốt nhất cho
hoa quả, các vật liệu phủ thường được chế tạo ở dạng nhũ tương. Nhũ tương có thể
được chia thành nhũ tương lớn và vi nhũ. Nhũ tương lớn có kích thước hạt trong
khoảng 2.103-105Ả, và vi nhũ có kích thước hạt 1000-2000Ả. Sự hình thành các giọt
sáp nhỏ trong vi nhũ phụ thuộc vào tương tác của pha phân tán và chất nhũ hoá, trong
khi kích thước giọt trong nhũ tương lớn liên quan đến phương pháp phân tán cơ học,

1
7


bao gồm quá trình đồng hoá áp suất cao hoặc tốc độ khuấy cao. Quá trình tạo nhũ
tương yêu cầu việc lựa chọn chất nhũ hoá thích hợp. Vi nhũ thường sử dụng hai chất
nhũ hoá: một có thể tan trong cả pha phân tán và pha liên tục và hai là một chất cùng
hoạt động bề mặt, thường là ancol. Kích thước giọt nhỏ trong vi nhũ làm cho màng
đồng nhất và khi khô thì thành một màng bóng [52, 53].
* Bổ sung các thành phần chức năng vào lớp phủ để tăng cường hiệu quả: Một
trong những tính chất đặc biệt của lớp phủ ăn được là khả năng kết hợp các thành phần
chức năng vào chất nền nhằm tăng cường hiệu quả của chúng.
Tính chất vật lý
Trong bảng 1.1 là một số tính chất vật lý quan trọng của PVAc.
Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của PVAc
Tính chất
Giá trị
Mật độ năng lượng liên kết

83 — 87 (cal/ml)

Mômen lưỡng cực (20oC)

2,3.10-18 (esu)

Độ tan

9,5 -9,7

Nhiệt dộ dẻo hoá

35 — 50 (0C)

Sức căng (20oC)

300 — 500 (kg/cm2)

Độ ngấm nước ( ngâm 24h, 20-250C)

3%

Độ thấm hơi nước (250C, RH 65 %)

300 (10-9g.cm/cm2.h.cmHg)

Nhiệt dung riêng trung bình

0.45(Kcal/mol.0C)

1
8

* Tính tan: PVAc tan trong các dung môi thơm, xeton, este. Nó cũng có thể tan
trong metanol, etanol 95%, 2-propanol 90%, butanol 90% □ PVAc không tan được
trong etanol khan và các rượu khan cao hơn, hydro cacbon no, nước, cacbon đisunfit,
xyclohexan □ Các hợp chất clorua hydrocacbon: cacbon tetraclorua, triclorua etylen,
metylen clorua □ là các dung môi tốt của PVAc. Có một điều thú vị là etanol nguyên
chất hoàn toàn không thể hoà tan PVAc, nhưng khi thêm 5% nướcthì trở thành một
dung môi lý tưởng, etanol khan lại là một dung môi tốt khi nồng độ của PVAc rất lớn
(hơn 50%) và ở nhiệt độ khoảng 500C [54].
*

Khả năng thấm khí: Khả năng thấm khí và hơi qua PVAc được nghiên cứu từ
lâu trong đó vấn đề đặc biệt được quan tâm là khả năng thấm hơi nước. Lớp
phủ PVAc làm nền có thể phủ trên bề mặt ẩm mà màng không bị hỏng vì hơi
nước có thể dễ dàng khuếch tán qua PVAc [55].

*

Sự dẻo hoá: Chức năng của chất làm dẻo hoá là biến đổi PVAc cứng, giòn
thành PVAc linh động và dẻo. Có hai kiểu dẻo hoá: “bên trong” và “bên
ngoài”. PVAc được dẻo hoá bên ngoài nhờ các hợp chất có khối lượng phân tử
nhỏ như đibutyl phtalat. Chất dẻo hoá ngoại cuối cùng mất đi, ví dụ như bay
hơi bởi vì sự có mặt của nó là hỗn hợp vật lý cùng polyme. Trái lại, một chất
dẻo hoá nội có sự tương tác hoá học hoặc đồng trùng hợp polyme. Một chất dẻo
hoá nội được gọi chất dẻo hoá vĩnh cửu vì nó không bị mất đi dưới những tác
động vật lý. Ví dụ butyl acrylat là một chất dẻo hoá nội cho PVAc vì nó tạo
polyme đồng trùng hợp với PVAc [56].
Tính chất hoá học [57]
Tính chất hoá học của PVAc tương tự như tính chất hoá học của các este béo.

Phản ứng quan trọng nhất của vinyl axetat (VAc) là phản ứng trùng hợp theo cơ chế
gốc tự do. VAc nguyên chất ở nhiệt độ thông thường trùng hợp rất chậm nhưng nếu có
tác dụng của ánh sáng hay các peroxit thì phản ứng trùng hợp xảy ra nhanh. VAc trùng
hợp cho PVAc là một chất dẻo có giá trị. Quá trình trùng hợp có thể theo phương pháp
huyền phù, nhũ tương hoặc dung dịch.

1
9


/ \
nCH2=CH
I

— CH2—CH

OCOCH3

\

(1)

OCOCH3J n

Phản ứng quan trọng nhất là phản ứng thuỷ phân PVAc tạo polyvinyl ancol
(PVA). Động học của phản ứng thuỷ phân PVAc trong dung môi 70% metanol và 30%
nước được mô tả bởi phương trình:
-d[P] / dt = k.[OH-].[P]. V

2
0


Trong đó V = 1 — Dị3 / Dg3 ; Dg là đường kính của cuộn polyme hình cầu, ngược
lại Dị là đường kính bên trong cảu hình cầu polyme không tham gia phản ứng [P] là
nồng độ của PVAc.
Tốc độ của phản ứng thuỷ phân trong môi trường đồng nhất ít bị ảnh hưởng bởi
trọng lượng phân tử (TLPT) của PVAc. Người ta thấy rằng tốc độ phản ứng thuỷ phân
lớn hơn một chút ở polyme có khối lượng phân tử thấp.
Có nhiều phương pháp trùng hợp PVAc: Trùng hợp khối, trùng hợp trong dung
dịch, trùng hợp nhũ tương, trùng hợp trong tướng rắn, trùng hợp bức xạ, trùng hợp nhờ
hợp phần cơ kim... Trong công nghiệp sản xuất PVAc sử dụng chủ yếu 3 phương pháp:
trùng hợp nhũ tương, trùng hợp trong tướng rắn, trùng hợp trong dung dịch.
PVAc làm lớp phủ thực phẩm có độ bóng cao [58]
PVAc với KLPT trung bình thấp nhất là 2000 đã được Cơ quan Quản lý Dược
phẩm và Thực phẩm Hoa Kỳ FDA (Food and Drug Administation) chấp nhân là phụ
gia thực phẩm trực tiếp trong kẹo cao su, một thành phần trong các lớp phủ chống nấm
cho bơ, là một chất mang axit sorbic trong lớp bọc quít, lớp phủ bằng tinh bột sắn,
thành phần trong lớp phủ trứng... PVAc cũng được sử dụng trong lớp phủ dược phẩm,
đặc biệt là các lớp phủ nhả châm. PVAc có nhiều ứng dụng cho các sản phẩm thực
phẩm và dược phẩm, tuy nhiên việc áp dụng PVAc làm lớp phủ thực phẩm có hiệu quả
làm bóng cao, đặc biệt là đối với lớp phủ hoa quả, rau, thực phẩm chế biến chưa được
chú ý đúng mức.

1.3.

Bảo quản rau quả bằng bao gói khí quyển biến đổi

1.3.1.

Thiết kế và lựa chọn vật liệu

Bao gói khí quyển biến đổi là một hệ thụ động dựa trên sự cân bằng giữa tốc độ
hô hấp của sản phẩm và tốc độ thẩm thấu khí của bao gói [59]. Nhờ đó tạo ra và duy trì
mức CO2 và O2 cần thiết trong điều kiện trạng thái dừng bên trong bao gói. Giá trị O 2
và CO2 chính xác ở trạng thái dừng tùy thuộc vào khả năng trao đổi khí và tốc độ hô
hấp của sản phẩm.
Tốc độ hô hấp của sản phẩm sau thu hoạch ban đầu thường cao, giảm dần theo
thời gian bảo quản đạt tới trạng dừng là một hàm của nhiệt độ bảo quản và thành phần
khí quyển. Trong bao gói khí quyển biến đổi MAP thông lượng thẩm thấu khí được

2
1


thiết kế qua bao gói đối với CO 2 và O2 là lượng CO2 được sinh ra bởi sản phẩm ở
trạng thái dừng được truyền qua khí quyển bên ngoài trong khi O 2 tiêu thụ bởi sản
phẩm được cung cấp bởi khí. Oxy bên trong bao gói được tiêu thụ bởi sản phẩm khi nó
hô hấp và một lượng gần bằng CO 2 được sinh ra, sự giảm nồng độ oxy và tăng nồng
độ CO2 tạo ra một gradient giữa khí quyển bao gói và điều kiện bên ngoài.
Rõ ràng là để thiết kế màng MAP hiệu quả và để lựa chọn thông minh vật liệu
trao đổi khí thì điều quan trọng là phải thu được các giá trị hô hấp và độ thẩm thấu khí
đáng tin cậy đối với CO 2 và O2. Đây cũng là thách thức hiện nay và sẽ được thảo luận
sau này [60].

1.31.1.

Độ thẩm thấu của màng bao gói và thông lượng trao đổi khí của

hệ bao gói
Trong bao gói khí quyển biến đổi MAP, yêu cầu về trao đổi khí có nghĩa là
thông lượng trao đổi khí hiệu quả. Thông lượng trao đổi khí của bao gói phụ thuộc vào
cả độ thấm của màng bao gói và diện tích bề mặt trao đổi khí của vật liệu ở một nhiệt
độ và áp suất thủy tĩnh nhất định. Một màng bao gói được xem là hiệu quả không chỉ
trên cơ sở độ thẩm thấu khí mà còn là những phương pháp phân tích tích phân cần
thiết.
Thông số tính chất quan trọng có tính chìa khóa đối với một bao gói khí quyển
biến đổi là độ chọn lọc của nó tức là tỷ lệ thấm CO 2/O2 của vật liệu bao gói. Độ chọn
lọc quyết định mối liên hệ giữa nồng của CO 2 và O2 đối với bao gói nhất định. Chỉ khi
nào độ chọn lọc của bao gói thỏa mãn được yêu cầu của sản phẩm đối với O 2 và CO2
thì giá trị O2 và CO2 tối ưu mới có thể đạt được. Yêu cầu về độ chọn lọc của sản phẩm
lại phụ thuộc vào tỷ lệ giữa CO2 sinh ra O2 tiêu thụ của sản phẩm đó, có nghĩa là tỷ lệ
hô hấp và các thành phần tối ưu đối với CO2 và O2 của sản phẩm đó [61].
Độ chọn lọc có liên quan đến nhu cầu thành phần CO 2 và O2 cần thiết cho từng
loại sản phẩm và có thể được xác định theo phương trình dưới đây [61].
S = RQ ApO 2
ApCO 2

(2)

Trong đó S là độ chọn lọc cần thiết, RQ là tỷ số hô hấp và ApO 2 và ApCO2 là
gradien áp suất riêng phần đối của khí so với môi trường không khí thông thường.
Khái niệm này chủ yếu để phân loại các vật liệu bao gói cho một sản phẩm nhất

2
2


định. Bảng 1.2, 1.3 trình bảy điều kiện thành phần khí cần thiết cho một số loại rau

quả. Ý nghĩa của các bảng này chính là tính toán cân bằng khối lượng nên phải dựa
trên việc lựa chọn vật liệu bao gói tốt, có độ chọn lọc phù hợp với sản phẩm. Các vật
liệu sẵn có hiếm khi phù hợp với các yêu cầu cho MAP cho hầu hết các sản phẩm
(bảng 1.4) [62].
Cũng phải chỉ ra rằng độ thẩm thấu đo được nhà sản xuất không phản ánh hoạt
động màng MAP. Quá trình trao đổi khí trong màng MAP liên quan đến quá trình
khuếch tán ngược dòng của các khí hỗn hợp và gradien nồng độ khí không phải là bất
biến [61].
Bảng 1.2. Điều kiện MA và độ chọn lọc cần thiết cho bao gói khí quyển biến đổi
đối với các loại quả
Sản phẩm

Nhiệt độ
( C)

Điều kiện MA
%O2
%CO2

o

Độ chọn lọc

Quả
Táo

0-5

3.0 (2-3)

3.0 (1-2)

6.0 (9-190

Mơ

0-5

2.5 (2-3)

2.5 (2-3)

7.4 (6-9.5)

Anh đào

0-5

6.5 (3-10)

11 (10-12)

1.3 (0.9-1.8)

Sung

0-5

5(5)

15 (15)

1.1 (1.1)

Kiwi

0-5

2(2)

5 (5)

3.8 (3.8)

Quả xuân đào

0-5

15(1-2)

5 (5)

3.9 (9.5-10)

Quả đào

0-5

15(1-2)

5 (5)

3.9 (3.8-4)

Lê

0-5

3 (2-3)

10 (0-1)

1.8(18.0-19.0)

Hồng

0-5

4 (3-5)

6.5 (5-8)

2.6(2.0-3.6)

Mận
Dâu
Quả tây
mâm xôi

0-5

1.5 (1-2)
6 (10)
10(10)

2.5 (0-5)
15
(15-20)
6(15-20)

7.8 (3.8-20.0)
1 (0.6-0.8)
1.8
(0.6-0.8)

0-5

Các loại quả nhiệt đới và cận nhiệt đới
Lê tàu

5-13

3.5 (2-5)

6.5 (3-10)

2.7 (1.6-6.3)

Chuối

12-15

3.5 (2-5)

3.5 (2-5)

5.0 (3.2-9.5)

Nho

10-15

6.5 (3-10)

7.5 (5-10)

1.9 (1.1-3.6)

Chanh

10-15

5 (5)

10 (0-5)

1.6 (3.2-16)

Chanh tây

10-15

5 (5)

7.5 (5-10)

2.1 (1.6-16)

Xoài

10-15

5 (5)

5 (5)

3.2 (3.2)

Oliu

8-12

3.5 (2-5)

7.5 (5-10)

2.3 (1.6-3.8)

Cam

5-10

10 (10)

5 (5)

2.2 (2.2)

Đu đủ

10-15

5 (5)2

10 (10)

1.6 (1.6)

Dứa

10-15

5 (5)3

10 (10)

1.6 (1.6)


Bảng 1.3. Điều kiện MA và độ chọn lọc cần thiết cho bao gói khí quyển biến đổi

đối với các loại rau quả
Sản phâm
Điều kiên MA
Nhiêt độ
Độ chọn lọc
( C)
%O2
%CO2
Rau, quả
o

Actiso

0-5

2.5 (2-3)

4 (3-5)

4.6 (3.6-6.3)

Măng tây

0-5

10 (5-10)

1.6 (0.1-0.2)

Đậu nành

5-10

5 (không
khí)
3 (1-2)

8 (5-10)

2.3 (1.8-3.8)

Bông cải xanh

0-5

3 (1-2)

8 (5-10)

2.3 (1.9-4.0)

Cải Brussels

0-5

4 (3-5)

6 (5-7)

2.3 (1.9-4.0)

Bắp cải

0-5

4 (3-5)

6 (5-7)

2.8 (2.3-3.6)

Dưa đỏ

3-7

4 (3-5)

12 (10-15)

1.4 (1.1-1.8)

Súp lơ

0-5

2 (2-5)

3 2-5)

Cần tây

0-5

5 (2-4)

3 (0)

Ngô ngọt

0-5

3 (2-4)

(0)

Dưa chuột

8-12

(3-5)

15 (10-20)

(>16)

Quả ngọt

(3-5)

(0)

(>16)

Tỏi tây

10-12
0-5

2.2 (1-2)

(0)

Xà lách

0-5

2 (2-5)

5 (3-5)

9.5 (>16)

Nấm rơm

0-5

10 (10-15)

1.6 (<0.1)

Đậu bắp

2 (0)

8.5 (>16)

Hành tây, khô

0-12
0-5

5 (không
khí)
4 (3-5)
(1-2)

(0)

(>19)

Hành tây, xanh

0-5

2 (1-2)

10(10-15)

Tiêu

8-12
0-5

3 (3-5)

8 (0)

1.9 (1.02.0)
2.3 (16-18)

Không khí

(10-20)

(<0.1)

loại

12-20

5 (3-5)

10 (10)

1.6 (16-18)

Cà chua loại
chín một phần

8-12

3 (3-5)

5 (10)

3.6 (15-18)

Rau rền
Cà chua
xanh

2
4

6.3 93.29.5)
5.3 (> 17)
1.2 (0.8-1.9)

3.8 (3.8-6.7)


Bảng 1.4. Khả năng thấm khí và độ chọn lọc của một số loạipolyme tại 4C
Độ chọn
Polyme (độ dày 1^m)
Độ thấm
lọc
ÍT'
ÍT'
S=KcO2/KO2
O2

CO2
7.13 x
Cao su Silicon (Màng Marcellin)
1.10 x 10
6.6
10
3.78 x 10
Etylxenlulozơ
1.55 x 10
2.4
6.72 x 10
Cao su thiên nhiên
9.50 x 10
7.1
7.73 x 10
Polybutadien
8.39 x 10
9.2
6.52 x 10
Poly(butadien-styren)
7.36 x 10
9.2
1.74 x 10
Polyvinylclorua-vinylaxetat
2.62 x 10
6.6
1.40 x 10
Polyvinylclorua (PVC-RMF-61)
2.30 x 10
6.1

8.10 x 10
Polyetylen tỷ trọng thấp (0.92g/cm )
1.20 x 10
6.7
1.47 x 10
Polypropylen
4.66 x 10
3.2
3.14 x 10
Xenlulozơ axetat
3.90 x 10
8.0
1.60 x 10
Cao su butyl
3.60 x 10
4.4
Cao su hydroclorua (Pliofilm hóa
3.67 x 10
1.50 x 10
2.2
dẻo)
7.40 x 10
Polyetylen tỷ trọng cao (0.96g/cm )
1.53 x 10
4.8
4.93 x 10
Polyetylen terephtalat (Mylar)
1.44 x 10
3.4
3.84 x 10

Polyamit (nylon)
8.16 x 10
4.7
4.63 x 10
Saran
4.54 x 10
10.2
a

a

K

K

0

0

-

-1

1

-

-2

1

-

-2

1

-

-2

1

-

-2

1

-

-2

1

-

3

-2

2

-

-3

2

-

-3

2

-

-3

2

-

-3

3

-

3

-4

4

-

-4

4

-

-5

4

-

-6

5

1.3.1.2.

Thiết kế bao gói biến đổi khí quyển

Nhiều nghiên cứu về MAP liên quan đến việc lựa chọn màng bao gói sử dụng
cân bằng giữa hô hấp và độ thẩm thấu khí ở trạng thái dừng. Một số nhà nghiên cứu đã
cố gắng thiết kế MAP dựa trên cơ sở phân tích về tốc độ hô hấp của một loại sản phẩm

bảo quản ở nhiệt độ nhất định và trong khí quyển MA. Từ đó, có thể tính toán được độ
thẩm thấu khí cần thiết nhằm thiết lập môi trường khí quyển biến đổi mong muốn bên
trong bao gói [63, 64]. Mặt khác, một số nhà nghiên cứu cũng đã phát triển các mô
hình dự đoán, lựa chọn màng polyme thích hợp cũng như những biến đổi của khí
quyển bên trong bao gói [61].
Hệ kết hợp MAP cho sản phẩm tươi nhờ sử dụng 2 thiết bị (màng silicon và
màng xốp), chúng có độ chọn lọc khác nhau và khoảng chọn lọc hiệu dụng có thể đạt
được từ 1đến 6. Dựa trên dữ liệu thu được, hầu hết rau quả tươi cần có độ chọn lọc 1,54, các hệ kết hợp này có thể phù hợp với nhiều sản phẩm. Bởi vậy, yêu cầu về bao gói
MAP có thể giảm bớt và được đơn giản hóa [65-67].

2
5