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 VIỆN KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

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 1

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

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

4


các nghiên cứu đều tập trung vào việc sử dụng màng MAP và dung dịch tạo lớp phủ ăn
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

-

Sử dụng các phương pháp phân tích đánh giá độ chuyển hóa, độ bền nhũ,

tương;

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

5


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 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. Trao đổi chất sau thu hoạch và bảo quản các sản phẩm tươi
1.1.1.1. 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

6


(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].
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

7


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 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 O2 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, C2H4, 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 (10-120C), 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

8


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 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 khuẩn 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, Alternaria, 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

9


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].

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.

10


Các loại tia bức xạ được sử dụng trong bảo quản thực phẩm gồm: tia âm cực và
tia β, tia Rơngen (X) và tia γ. 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 γ 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 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].

11


1.2. Bo qun bng lp ph n c
Lp ph n c l mt lp vt liu mng c ỏp dng trờn b mt sn phm

hoc thay th lp sỏp bo v t nhiờn v cung cp mt lp chn m, oxy v s di
chuyn cht tan cho thc phm. Cỏc lp ph ny c ỏp dng trc tip trờn b mt hoa
qu bng cỏch nhỳng, phun hay quột to ra mt khớ quyn bin i (MA). Lp mng
bỏn thm to thnh trờn b mt hoa qu s gim bt quỏ trỡnh hụ hp v kim soỏt s
mt m cng nh cung cp cỏc chc nng khỏc. Lp ph n c t lõu ó c s
dng duy trỡ cht lng v kộo di thi hn s dng ca mt s loi qu ti nh cỏc
loi qu cú mỳi (cam, chanh, quớt), tỏo, da chut [2, 30, 31].

1.2.1. Lp ph trờn c s polysaccarit
Mt s polysaccarit ó c s dng trong cụng thc lp ph l tinh bt v pectin,
xenluloza, chitosan v alginat. Cỏc lp ph ny cú th lm chm quỏ trỡnh chớn, kộo di
thi hn s dng ca qu c bao mng m khụng to ra cỏc iu kin k khớ khc
nghit [32]. Trong s cỏc polysaccarit thỡ dn xut ca xenluloza cú tớnh cht to mng
tuyt vi cng nh sn cú trờn th trng. Cỏc dn xut nh cacboxymetyl xenluloza
(CMC), metyl xenluloza (MC), hydroxypropyl xenluloza (HPC) v hydroxypropyl
metylxenluloza (HPMC) cú th d dng hũa tan trong nc hay dung dch etanol - nc,
to mng tan trong nc v chu c cht bộo v du. õy cng chớnh l u im khin
cho cỏc dn xut xenluloza c s dng d dng hn so vi chitosan [33].
Lớp phủ đi từ polysaccarit và lớp phủ trên cơ sở sáp carnauba đợc sử dụng trên xoài.
Lớp phủ đi từ polysaccarit có khả năng thấm khí hô hấp và thấm hơi nớc thấp hơn
sáp carnauba. Cả hai lớp phủ đều tạo ra khí quyển biến đổi, giảm sự thối rữa và cải
thiện vẻ ngoài, nhng chỉ lớp phủ polysaccarit làm chậm quá trình chín và tăng nồng
độ hơng dễ bay hơi còn lớp phủ sáp carnauba làm giảm rõ rệt sự mất nớc [34].
Các lớp phủ trên cơ sở polysaccarit tan đã đợc sử dụng cho rau quả bao gồm: LMP
(metoxylpectin thấp) để phủ lạc và chà là khô, hydroxylpropyl tinh bột để phủ mận,
amyloza tinh bột với chất dẻo hóa thích hợp để phủ chà là và nho, este amyloza của
axit béo và một lớp protein đậu nành hoặc ngô để phủ cà rốt hoặc táo [34].

1.2.2. Lp ph trờn c s protein

12


Cỏc lp ph n c t protein ng vt (nh protein sa) v protein thc vt
(nh zein, protein u nnh, gluten lỳa mỡ) cú tớnh cht chn oxy, cacbonic v lipit tuyt
vi, c bit l m tng i (RH) thp. Lp ph t protein giũn v cú kh nng
b nt do mt nng lng c kt ca polyme ny khỏ bn. B sung cỏc cht húa do
tng hp cú th ci thin kh nng co gión v tớnh mm cao ca lp ph. Cng ging
nh lp ph polysaccarit, lp ph t protein cú c tớnh chn nc tng i kộm, do
bn cht a nc vn cú ca cỏc protein v cỏc cht húa do a nc c b sung vo
lp ph to mm do cn thit [35-38].
Lớp phủ ăn đợc trên cơ sở hn 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
váng sữa (WPI) còn đợc sử dụng để bảo quản các rau quả tơi và đặc biệt là các
loại táo do tạo thành một lớp chắn khí tuyệt vời [31].

1.2.3. Lp ph trờn c s lipit
Lipit n c bao gm cỏc lipit trung tớnh ca glyxerit l este ca glyxerin, axit
bộo, sỏp v nha l cỏc vt liu ph truyn thng i vi hoa qu ti, hiu qu trong
vic to ra ro chn m v ci thin ngoi quan. Cỏc loi sỏp (sỏp carnauba, sỏp ong,
sỏp parafin, sỏp candelilla v cỏc loi khỏc) ó c ỏp dng lm lp ph bo v cho
qu ti vi mc ớch ngn chn s vn chuyn m, gim c xỏt b mt trong quỏ trỡnh
bo qun v kim soỏt s hỡnh thnh vt rỏm mm (thõm v) cỏc loi qu nh tỏo nh
ci thin tớnh nguyờn vn c hc v kim soỏt thnh phn khớ bờn trong ca qu. Lp
ph sỏp ó c ỏp dng rng rói cho cỏc loi qu cú mỳi, tỏo, c chua xanh ang chớn,
da chut, c ci v nhiu loi rau khỏc khi cn b mt búng lỏng. Lp ph t sỏp vn

tip tc c s dng cho cỏc loi qu nh chanh, da hu, tỏo, lờ [39-44].
Nha v nha thụng c a vo mng n c l nha g thụng v coumaron
inden, c hai u c s dng bao mng cho qu cú mỳi. Nha cú th c bin
tớnh bng cỏch hydro hoỏ, polyme hoỏ, isome hoỏ v decacboxyl húa, tt c u lm

13


tng tớnh cht nhit do v to mng chu c nhng thay i mu sc v oxi hoỏ.
Coumaron inden l sn phm ph ca than hoc du m. Nú chu c iu kin kim,
axit loóng v m do cu trỳc mch bộo [45].
Cỏc triglyxerit hay lipit trung tớnh cú th to mt lp mng bao n nh, liờn tc
trờn b mt qu da trờn phõn cc tng i cao ca chỳng so vi cỏc loi sỏp. Hu
ht cỏc axit bộo thu c t du thc vt u c xem l an ton thc phm v cú th
thay th cỏc loi du khoỏng trờn c s du m ch to lp ph n c. Tuy nhiờn,
cỏc lp ph ny cú th b mt cht lng do tớnh khụng bn ca hng thm trong khi
du thc vt hydro húa mt phn chu uc mựi ụi ụi khi li cho kt qu tt hn [46].

1.2.4. Lp ph trờn c s shellac t cỏnh kin
Shellac l thnh phn chớnh t cỏnh kin , mt loi nha t nhiờn duy nht cú
ngun gc ng vt. 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 (O2, CO2, etylen) thấp, khô nhanh, tạo
cho sản phẩm phủ bề mặt bóng. Nguồn cung cấp nhựa cánh kiến đỏ dồi dào và sẵn
có.
* Nguồn gốc [47]
Sâu cánh kiến đỏ là một loại côn trùng nhỏ xíu nh 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. ở Việt Nam có 3 giống gồm 5 loài là: L. fici, L. greeni, L. lacca. Sâu cánh kiến đỏ
đợc phát triển nhiều ở ấn Độ, Thái Lan, Myanma, Trung Quốc, Liên bang Nga và các

nớc Đông Dơng. ở Việt Nam, nghề sản xuất cánh kiến đỏ có ở một số tỉnh nh 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 dồi dào và sẵn có. * Thành phần [47]
Sự phát triển của sâu cánh kiến đỏ bị chi phối lớn bởi môi trờng sống nên
nguyên liệu cánh kiến đỏ cũng chịu ảnh hởng bởi các yếu tố này. Tuy vậy bất kỳ
loại nguyên liệu nào cũng có những thành phần giống nhau: độ ẩm, chất tan trong
nớc, nhựa, sáp và tạp chất lẫn.

14


- Những chất tan trong nớc: Chất màu: có màu đỏ, tan trong nớc, có thể xem
nh 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, đờng.
- 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 lợng phân tử khoảng 550 v nhựa cứng không
tan trong ête, chiếm tới 75% nhựa tổng cộng, chỉ số axit 55, trọng lợng 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 lợng nhỏ tro không đáng kể, có
trọng lợng phân tử là 1000. Công thức phân tử thực nghiệm là C60H90O15 (hỡnh 1.1).
Cấu trúc phân tử của shellac còn cha sáng tỏ, công thức cấu tạo gần đúng
nhất:
O

CO

CH
H 2C

C

CH
C

OH
CH

CH 2
H 2C

C
CH 2

C

Coo(CH2)6 CH CH

(CH2)7 CO O

OH

CooH

CO C12(H17) OH CHO

CH 2

CH

Hỡnh 1.1. Cụng thc cu to gn ỳng ca nha shellac
Công thức này xây dựng trên cơ sở 3 axit: alơritic, senlolic, axit anehit là những
cấu tử axit chủ yếu có trong shellac.
* Phơng pháp tách shellac từ nhựa cánh kiến đỏ [47]
Nguyên liệu cánh kiến đỏ chủ yếu để tinh chế lấy nhựa do đó kĩ thuật tinh
chế cánh kiến đỏ nhằm thực hiện việc tách bỏ tạp chất ra khỏi nhựa. Có 2 phơng
pháp tinh chế với trình độ rất tách biệt là phơng pháp thủ công và phơng pháp cơ
giới. Cả 2 phơng pháp đều dựa trên một nguyên tắc chung là từng bớc loại trừ những

15


chất không phải nhựa ra khỏi nguyên liệu, giữ vững hoặc cải thiện chất lợng nhựa
có trong nguyên liệu.
* Lớp phủ thực phẩm trên cơ sở shellac từ cánh kiến đỏ
Shellac đợc ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp: sơn, vecni, vật liệu
cách điện, chất kết dính, trong lĩnh vực thực phẩm, shellac đợc dùng làm chất pha
loãng màu, hợp phần chất phủ bề mặt, chất làm bóng... shellac còn đợc làm vật
liệu tạo màng phủ trong công nghiệp dợc. Việc sử dụng shellac làm vật liệu lớp phủ
để bảo quản rau quả là đề tài mới đợc chú ý trong thời gian gần đây và những kết
quả đạt đợc ban đầu cho thấy lớp phủ thực phẩm từ shellac hạn chế sự mất nớc làm
hao hụt khối lợng, ngăn chặn nấm bệnh, lớp phủ shellac có khả năng thấm oxy và
nớc kém nên đóng vai trò nh một rào cản trên bề mặt hoa quả làm giảm sự trao đổi
khí. Nồng độ oxy giảm sẽ làm giảm cờng 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 nhợc điểm:
làm ảnh hởng đến mùi thơm của quả khi màng sử dụng có hàm lợng 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 tơng polyetylen, sáp parafin, nhựa dầu mỏ, axit
oleic, axit lauric, axit stearic, amoniac, kali hydroxit, cồn, glyxerin [43, 44].

1.2.5. Lp ph trờn c s polyvinyl axetat
Gn õy, cỏc nh khoa hc ti C quan Nghiờn cu Nụng nghip thuc B Nụng
nghip Hoa K ó phỏt trin mt lp ph mi c ch to t polyvinyl axetat (PVAc)
loi dựng cho thc phm, r tin v rt d s dng, li cho hiu qu cao khi ngn chn
s h hng ca rau qu sau thu hoch m khụng gõy mt mu. Lp ph ny c ỏp
dng cho rau qu bng phng phỏp nhỳng, phun hay quột. Lp ph t PVAc cú mt
s u im nh: lm chm quỏ trỡnh hụ hp v duy trỡ chc ca qu [48].
Thnh phn lp ph n c c ch to t PVAc loi dựng trong thc phm hũa
tan trong hn hp ancol- nc. Lp ph PVAc cú búng cao v kh nng thm O2 v
hi nc tng i tt v chỳng to thnh b mt búng trờn ko socola, qu cú mỳi v
tỏo. Vic a thờm cỏc cht húa do giỳp duy trỡ búng ca lp ph khi hm lng

16


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
2.103-105Å, và vi nhũ có kích thước hạt 1000-2000Å. 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, 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].

17


* B sung cỏc thnh phn chc nng vo lp ph tng cng hiu qu: Mt
trong nhng tớnh cht c bit ca lp ph n c l kh nng kt hp cỏc thnh phn
chc nng vo cht nn nhm tng cng hiu qu ca chỳng.
Tính chất vật lý
Trong bng 1.1 là một số tính chất vật lý quan trọng của PVAc.
Bng 1.1. Mt s tớnh cht vt lý ca PVAc
Tính chất

Giá trị

Mật độ năng lợng liên kết

83 87 (cal/ml)

Mômen lỡng 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 nớc ( ngâm 24h, 20-250C)

3%

Độ thấm hơi nớc (250C, RH 65%)

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

Nhiệt dung riêng trung bình

0.45(Kcal/mol.0C)

* 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 đợc trong
etanol khan và các rợu khan cao hơn, hydro cacbon no, nớc, 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, nhng khi thêm 5% nớc thì trở thành một
dung môi lý tởng, 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 đợc nghiên cứu từ
lõu trong đó vấn đề đặc biệt đợc quan tâm là khả năng thấm hơi nớc. Lp ph
PVAc làm nền có thể ph trên bề mặt ẩm mà màng không bị hỏng vì hơi nớc 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

18


đợc dẻo hoá bên ngoài nhờ các hợp chất có khối lợng phân tử nhỏ nh đibutyl phtalat.
Chất dẻo hoá ngoại cuối cùng mất đi, ví dụ nh bay hơi bởi vì sự có mặt của nó là
hỗn hợp vật lý cùng polyme. Trái lại, mt chất dẻo hoá nội có sự tơng tác hoá học hoặc
đồng trùng hợp polyme. Một chất dẻo hoá nội đợc gọi chất dẻo hoá vĩnh cửu vì nó
không bị mất đi dới 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 tơng tự nh tính chất hoá học của các este béo.
Phn ng quan trng nht ca vinyl axetat (VAc) l phn ng trựng hp theo c ch

gc t do. VAc nguyờn cht nhit thụng thng trựng hp rt chm nhng nu cú
tỏc dng ca ỏnh sỏng hay cỏc peroxit thỡ phn ng trựng hp xy ra nhanh. VAc trựng
hp cho PVAc l mt cht do cú giỏ tr. Quỏ trỡnh trựng hp cú th theo phng phỏp
huyn phự, nh tng hoc dung dch.

nCH2

CH

CH 2

OCO CH 3

CH
OCOCH

(1)
3

n

Phản ứng quan trọng nhất là phản ứng thuỷ phân PVAc to polyvinyl ancol
(PVA). Động học của phản ứng thuỷ phân PVAc trong dung môi 70% metanol và 30%
nớc đợc mô tả bởi phơng trình:

-d[P] dt = k.[OH-].[P]. V
Trong đó V = 1 Di3 Dg3 ; Dg là đờng kính của cuộn polyme hình cầu,
ngợc lại Di là đờng 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 trờng đồng nhất ớt bị ảnh hởng bởi

trng lợng phân tử (TLPT) của PVAc. Ngời ta thấy rằng tốc độ phản ứng thuỷ phân
ln hơn một chút ở polyme có khối lợng phân tử thấp.
Có nhiều phơng pháp trùng hợp PVAc: Trùng hợp khối, trùng hợp trong dung dịch,
trùng hợp nhũ tơng, trùng hợp trong tớng rắn, trùng hợp bức xạ, trùng hợp nhờ hợp phần

19


cơ kim... Trong công nghiệp sản xuất PVAc sử dụng chủ yếu 3 phơng pháp: trùng
hợp nhũ tơng, trùng hợp trong tớng 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 đợc C quan Qun lý Dc
phm v Thc phm Hoa K FDA (Food and Drug Administation) chấp nhận 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 đợc sử dụng trong lớp phủ dợc phẩm,
đặc biệt là các lớp phủ nhả chậm. PVAc có nhiều ứng dụng cho các sản phẩm thực
phẩm và dợc 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 cha
đợc chú ý đúng mức.

1.3. Bo qun rau qu bng bao gúi khớ quyn bin i
1.3.1. Thit k v la chn vt liu
Bao gúi khớ quyn bin i l mt h th ng da trờn s cõn bng gia tc
hụ hp ca sn phm v tc thm thu khớ ca bao gúi [59]. Nh ú to ra v duy trỡ
mc CO2 v O2 cn thit trong iu kin trng thỏi dng bờn trong bao gúi. Giỏ tr O2 v
CO2 chớnh xỏc trng thỏi dng tựy thuc vo kh nng trao i khớ v tc hụ hp
ca sn phm.
Tc hụ hp ca sn phm sau thu hoch ban u thng cao, gim dn theo thi
gian bo qun t ti trng dng l mt hm ca nhit bo qun v thnh phn khớ

quyn. Trong bao gúi khớ quyn bin i MAP thụng lng thm thu khớ c thit k
qua bao gúi i vi CO2 v O2 l lng CO2 c sinh ra bi sn phm trng thỏi dng
c truyn qua khớ quyn bờn ngoi trong khi O2 tiờu th bi sn phm c cung cp
bi khớ. Oxy bờn trong bao gúi c tiờu th bi sn phm khi nú hụ hp v mt lng
gn bng CO2 c sinh ra, s gim nng oxy v tng nng CO2 to ra mt gradient
gia khớ quyn bao gúi v iu kin bờn ngoi.
Rừ rng l thit k mng MAP hiu qu v la chn thụng minh vt liu
trao i khớ thỡ iu quan trng l phi thu c cỏc giỏ tr hụ hp v thm thu khớ

20


đáng tin cậy đối với CO2 và O2. Đây cũng là thách thức hiện nay và sẽ được thảo luận
sau này [60].

1.3.1.1. 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 CO2/O2 của vật liệu bao gói. Độ chọn
lọc quyết định mối liên hệ giữa nồng của CO2 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 CO2 và O2 cần thiết cho từng loại

sản phẩm và có thể được xác định theo phương trình dưới đây [61].
S = RQ

(2)

Trong đó S là độ chọn lọc cần thiết, RQ là tỷ số hô hấp và ∆pO2 và ∆pCO2 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
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].

21


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
(oC)

Điều kiện MA
%O2

%CO2

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

1.5(1-2)

5 (5)

3.9 (9.5-10)

Quả đào

0-5

1.5(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

0-5

1.5 (1-2)

2.5 (0-5)

7.8 (3.8-20.0)

Quả mâm xôi

0-5

10(10)

6 (15-20)

1.8 (0.6-0.8)

Dâu tây

6 (10)
15 (15-20)
Các loại quả nhiệt đới và cận nhiệt

đới

1 (0.6-0.8)

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)

22


Đu đủ

10-15

5 (5)

10 (10)

1.6 (1.6)

Dứa

10-15

5 (5)

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 phẩm

Điều kiện MA
Nhiệt độ
(oC)

%O2

%CO2

Actiso

0-5

2.5 (2-3)

4 (3-5)

4.6 (3.6-6.3)

Măng tây

0-5

5 (không khí)

10 (5-10)

1.6 (0.1-0.2)

Đậu nành

5-10

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)

6.3 93.2-9.5)

Cần tây

0-5

5 (2-4)

3 (0)

5.3(>17)

Ngô ngọt

0-5

3 (2-4)

(0)

1.2 (0.8-1.9)

Dưa chuột

8-12

(3-5)

15 (10-20)

(>16)

Quả ngọt

10-12

(3-5)

(0)

(>16)

Tỏi tây

0-5

2.2 (1-2)

(0)

3.8 (3.8-6.7)

Xà lách

0-5

2 (2-5)

5 (3-5)

9.5 (>16)

Nấm rơm

0-5

5 (không khí)

10 (10-15)

1.6 (<0.1)

Đậu bắp

0-12

4 (3-5)

2 (0)

8.5 (>16)

Hành tây, khô

0-5

(1-2)

(0)

(>19)

Hành tây, xanh

0-5

2 (1-2)

10(10-15)

1.9 (1.0-2.0)

Tiêu

8-12

3 (3-5)

8 (0)

2.3 (16-18)

Rau rền

0-5

Không khí

(10-20)

(<0.1)

12-20

5 (3-5)

10 (10)

1.6 (16-18)

Rau, quả

Cà

chua
loại

xanh

23

Độ chọn lọc


Cà chua loại chín
một phần

8-12

3 (3-5)

5 (10)

3.6 (15-18)

Bảng 1.4. Khả năng thấm khí và độ chọn lọc của một số loại polyme tại 40C
Độ thấm

Polyme (độ dày 1µm)

Độ chọn lọc

KO2a

KCO2a

S=KCO2/KO2

Cao su Silicon (Màng Marcellin)

1.10 x 100

7.13 x 100

6.6

Etylxenlulozơ

1.55 x 10-1

3.78 x 10-1

2.4

Cao su thiên nhiên

9.50 x 10-2

6.72 x 10-1

7.1

Polybutadien

8.39 x 10-2

7.73 x 10-1

9.2

Poly(butadien-styren)

7.36 x 10-2

6.52 x 10-1

9.2

Polyvinylclorua-vinylaxetat

2.62 x 10-2

1.74 x 10-1

6.6

Polyvinylclorua (PVC-RMF-61)

2.30 x 10-2

1.40 x 10-1

6.1

Polyetylen tỷ trọng thấp (0.92g/cm3)

1.20 x 10-2

8.10 x 10-2

6.7

Polypropylen

4.66 x 10-3

1.47 x 10-2

3.2

Xenlulozơ axetat

3.90 x 10-3

3.14 x 10-2

8.0

Cao su butyl

3.60 x 10-3

1.60 x 10-2

4.4

Cao su hydroclorua (Pliofilm hóa dẻo)

1.50 x 10-3

3.67 x 10-3

2.2

Polyetylen tỷ trọng cao (0.96g/cm3)

1.53 x 10-4

7.40 x 10-4

4.8

Polyetylen terephtalat (Mylar)

1.44 x 10-4

4.93 x 10-4

3.4

Polyamit (nylon)

8.16 x 10-5

3.84 x 10-4

4.7

Saran

4.54 x 10-6

4.63 x 10-5

10.2

1.3.1.2. Thiết kế bao gói biến đổi khí quyển

24


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 1,5-4, 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].
Những vấn đề khác liên quan tới việc thiết kế chế tạo MAP là tác động của nhiệt
độ tới sự phát triển của khí quyển thiếu oxy và sự phát triển của khí quyển biến đổi
trong bao gói. Biến động của nhiệt độ có tác động tới tốc độ hô hấp, và bởi vậy cũng
tác động tới khí quyển bên trong bao gói do độ thẩm thấu của hầu hết vật liệu bao gói
là ít nhạy cảm với thay đổi của nhiệt độ. Bao gói khí quyển biến đổi có độ nhẵn tối ưu
phải là bao gói có khả năng bù lại sự thay đổi thành phần khí do thay đổi hô hấp. Nhiệt
độ có thể làm trầm trọng thêm vấn đề bù trừ do sự trao đổi nhiệt khối vì nó có liên quan
đến hô hấp và sự biến đổi của pha khí khi biến động nhiệt [68].
Những thay đổi nhiệt độ cũng xuất hiện trong quá trình xử lý và phân phối rau
quả. Tuy nhiên, tác động lại phụ thuộc vào giá trị cũng như sự kéo dài của những biến
động này. Một bao gói nhỏ dễ bị tổn thương hơn đối với tác động do thay đổi nhiệt độ
bởi vì khối lượng của nó nhỏ hơn và thể tích khoảng trống nhỏ hơn. Một bao gói lớn có
thể ít bị ảnh hưởng với những thay đổi về nhiệt độ do quá trình trao đổi nhiệt của bao
gói lớn diễn ra rất chậm. Vật liệu bao gói và việc thiết kế bao gói có thể dẫn tới bao gói
có hệ số trao đổi nhiệt tổng khác nhau. Mặc dù vậy, sản phẩm được bao gói khí quyển
biến đổi có độ nhạy nhỏ hơn đối với những thay đổi nhiệt độ so với những thay đổi về
tốc độ hô hấp như sản phẩm được bảo quản trong không khí. Sản phẩm được bao gói

25