ứng dụng công nghệ áp suất cao, tia cực tím trong công nghệ thực phẩm

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ÁP SUẤT CAO, TIA CỰC TÍM TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NỘI DUNG
A- GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ ÁP SUẤT CAO & TIA CỰC TÍM TRONG

THỰC PHẨM:
I- CÔNG NGHỆ ÁP SUẤT CAO TRONG THỰC PHẨM:
a- Nguồn gốc hình thành:
• Giáo sư PW Bridgman (1914), một người tiên phong trong vật lý áp
suất cao, báo cáo về albumin lòng trắng trứng và lòng đỏ bị đông tụ
dưới áp suất thủy tĩnh cao 500-600 MPa mà không có sự phân rã
của lớp vỏ. Điều này cho thấy rằng áp suất thủy tĩnh cao (cao áp) là
một công cụ hữu ích cho chế biến thực phẩm thay vì xử lý nhiệt.
Tuy nhiên ứng dụng của áp suất cao để chế biến thực phẩm đã gần
như bỏ qua cho đến khi sự khởi đầu của dự án "Phát triển áp suất
cao lên men sử dụng Dense-Mass" được hỗ trợ bởi Bộ Nông nghiệp,
Lâm nghiệp và Thuỷ sản (1989) tại Nhật Bản .
•

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 Âu, Mỹ
nhưng phát triển trong công nghiệp của nó vẫn còn chậm hơn
Nhật, nguyên nhân chủ yếu là do vốn đầu tư lớn.

b- 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.
Nhìn chung, áp suất cao sử dụng trong khoảng 100-600 MPa tại
nhiệt độ phòng. Áp suất cao làm phá hủy các tế bào sinh dưỡng của
vi khuẩn và vô hoạt enzyme, nhưng không làm thay đổi đặc điểm bề
ngoài của sản phẩm và giữ lại một số vitamins. Tuy nhiên, khả năng
chịu đựng của vi sinh vật rất khác nhau phụ thuộc vào giống và loại
thịt được xử lý. Ảnh hưởng của xử lý áp suất cao cũng phụ thuộc
vào áp suất sử dụng, nhiệt độ và thời gian. Sử dụng áp suất cao có
thể gây ra những biến đổi đặc biệt về cấu trúc của sản phẩm và khả
năng này có thể được sử dụng để phát triển một dòng sản phẩm mới
hoặc gia tăng chức năng của một số thành phần nào đó. Vì thế, để
có thể áp dụng kỹ thuật này trên quy mô công nghiệp với các nghiên
cứu từ phòng thí nghiệm cần tiến hành: Thiết lập các điều kiện xử lý
tốt nhất cho mỗi loại sản phẩm. Kết hợp áp suất cao với các hệ
thống đóng gói mới, các chất kháng khuẩn có nguồn gốc tự nhiên,

II-

enzyme…
CÔNG NGHỆ TIA CỰC TÍM TRONG THỰC PHẨM:
a- Nguồn gốc hình thành:
• Hơn 100 năm nay, tia UV được biết như là một tác nhân gây đột
biến mức độ tế bào. Năm 1903 giải thưởng Nobel lĩnh vực Y học
được trao cho Niels Finsen về những ứng dụng trong việc sử dụng
tia UV để chống lại bệnh lao. Ứng dụng chiếu tia UV để tinh sạch
nước là một kỹ thuật được phát minh bởi Ashok Gadgil.
• Việc áp dụng phương pháp UVGI để khử trùng được chấp nhận vào
giữa thế kỷ 20. Nó được sử dụng đầu tiên trong hệ thống xử lý rác


thải bệnh viện và là thiết bị xử lý vô trùng. Rất nhanh sau đó nó
được ứng dụng trong khử trùng nước uống và nước thải, cũng như
các thiết bị chứa đựng được làm kín và có thể được luân chuyển để
đảm bảo dòng nước tiếp xúc nhiều nhất với tia UV. Trong những
năm gần đây, UVGI ứng dụng trong việc cải thiện bầu khí quyển.
b- Khái niệm:
• Khử trùng bằng chiếu tia cực tím là một phương pháp khử trùng sử
dụng ánh sáng tia cực tím (ultraviolet_UV) với bước sóng đủ ngắn
để giết chết vi khuẩn. Nó hiệu quả trong việc phá hủy các acid
nucleic của vi khuẩn, làm cho DNA của chúng bị phá vỡ, làm mất
khả năng sinh sản và giết chết chúng.
• Sử dụng phương pháp khử trùng bằng tia UV trong môi trường nào
đó như là: sự lưu thông không khí hoặc hệ thống dẫn nước để tiêu
diệt vi sinh vật như: các mầm bệnh, virut và nấm mốc có trong môi
trường. Kết hợp với phương pháp lọc, UVGI có thểtiêu diệt các vi
sinh vật gây hại ra khỏi môi trường.
B- ỨNG DỤNG ÁP SUẤT CAO & TIA CỰC TÍM TRONG THỰC PHẨM:

I- ỨNG DỤNG ÁP SUẤT CAO TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM:

1- Cơ chế tác động của Áp suất cao trong bảo quản Thực phẩm:
a- Mục đích tác động: 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 vị, thành phần dinh dưỡng của thực
phẩm so với kỹ thuật xử lý nhiệt thông thường.
b- Cơ chế tác động:
• 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 bị 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 bị biến tính, gây vô hoạt các enzyme
 Các enzyme có cấu trúc bậc 1 chỉ bị 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 bị phá vỡ trong suốt
quá trình xử lý.
2- Nguyên lý hoạt động của máy áp suất cao trong thực phẩm:
-

Nguyên lý hoạt động: Túi đựng thưc phẩm được đưa vào silanh mang thực

phẩm và đưa vào bình áp l ực. Cho nước vào đầy bình áp lực sau đó nâng
áp suất lên 87000 psi, bơm sẽ tạo ra một áp lực tương đương tác động lên
túi thực phẩm. Dưới tác động của áp suất cao vi sinh vật sẽ bị tiêu diệt.


3- Ứng dụng phổ biến trong Thực phẩm:
- Áp suất cao sử dụng trong khoảng 100-800Mpa ở nhiệt độ phòng. Nó làm

phá hủy các tế bào sinh dưỡng của vi khuẩn và vô hoạt enzim, nhưng
không làm thay đổi đặc điểm bề ngoài của sản phẩm và giữ lại một số
vitamin. Tuy nhiên, khả năng chịu đựng của vi sinh vật rất khác nhau tùy
thuộc vào loại thực phẩm được xử lý. Ảnh hưởng của xử lý áp suất cao
cũng phụ thuộc vào áp suất sử dụng, nhiệt độ và thời gian. Sử dụng áp
suất cao có thể gây ra những biến đổi đặc biệt về cấu trúc của sản phẩm
và khả năng này có thể được sử dụng để phát triển một dòng sản phẩm
mới hoặc gia tăng chức năng của một số thành phần nào đó.
a- Bảo quản trong Công nghệ sản xuất đồ hộp thực phẩm:

 Công nghệ bảo quản mới sử dụng một áp suất nén tương đương với

trọng lượng của 2 con voi ép lên phần diện tích chỉ bằng một đồng

xu, trong thời gian khoảng 10 phút. Thực phẩm đóng gói chân
không sẽ được nhúng vào trong các thùng nước. Sau đó các thùng
này sẽ được đóng kín lại và bơm thêm nước vào. Khi áp suất của
nước tăng lên, thực phẩm sẽ bị nén lại. Quá trình này sẽ giúp tiêu
diệt các loại vi khuẩn, enzim và nấm mốc bằng cách bẻ gãy các cấu
trúc phân tử và làm vỡ thành tế bào của chúng. Sau khi dừng nén áp
suất, thực phẩm sẽ quay trở lại kích thước và hình dạng ban đầu. Lý
do thực phẩm không bị nghiền nát là vì áp suất nén được trải đều
trên khắp bề mặt của sản phẩm.
 Công nghệ này có rất nhiều ưu điểm như:bảo vệ thực phẩm trước

các vi khuẩn gây bệnh, không sử dụng chất bảo quản,kéo dài thời
gian sử dụng sản phẩm.
b- Bảo quản trong Công nghệ Súc sản, tươi sống:

 Ảnh hưởng của áp suất cao lên màu sắc thịt: Sự đổi màu thịt trong

quá trình xử lý áp suất xuất hiện khoảng 200 MPa đến 350 MPa, có


thể do biến tính globin hay heme và quá trình oxy hóa của
myoglobin sắt II thành metmyoglobin sắt III, tại hoặc ở trên 400
MPa. Tác dụng của áp suất tại 80 MPa đến 100 MPa trong 20 phút
cải thiện sự ổn định màu sắc.
 Dưới tác dụng của áp suất cao các vi sinh vật sẽ bị ức chế.
 Ảnh hưởng của áp suất cao lên cấu trúc thịt:Sau khi sử lý bằng áp

suất, thịt bị co lại, cứng chắc, mang thịt này đi nấu thịt sẽ mềm hơn
và có hàm ẩm cao hơn thịt chưa qua xử lý.
 Áp suất cao có thể kéo dài thời gian bảo quản, giúp các sản phẩm

thịt có chất lượng và độ an toàn cao, hạn chế việc sử dụng các phụ
gia bảo quản.

4- Ưu – Nhược điểm của Công nghệ Áp suất cao trong Thực phẩm:
a- 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
b- Nhược điểm
- Vẫn còn tồn tại vi sinh vật
- Thiết bị đắt tiền
- Yêu cầu thực phẩm có chứa hàm lượng nước tự do 40% để đảm bảo
hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật
- Giới hạn trong việc chọn lựa bao bì
II- ỨNG DỤNG TIA CỰC TÍM TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM:
1- Cơ chế ứng dụng Tia cực tím (UV) trong Công nghệ đồ uống:
a- Cơ chế tác dụng diệt khuẩn của Tia cực tím:

• Tia cực tím có tác dụng rất mạnh trên Nucleo Protein của vi khuẩn,
nó có thể làm biến dạng,hoặc giết chết vi khuẩn. Hiệu lực tiệt khuẩn
của tia cực tím không những tuỳ thuộc mật độ, thời gian chiếu tia,

điều kiện môi trường mà còn tùy thuộc vào sức chịu đựng của vi
khuẩn. Ngoài ra do tác dụng của tia cực tím, không khí có thể sinh ra
Ozon cũng có khả năng tiêu diệt vi khuẩn.

• Dưới tác dụng cực mạnh của tia cực tím sẽ phá vỡ cấu trúc AND của
tế bào.

b- Cơ chế máy lọc nước bằng Tia cực tím:
• Cơ chế hoạt động của máy lọc nước bằng tia cực tím đó là nước cho
chảy qua một ống kín trong đó có lắp đèn cực tím. Các tia UV được
phóng vào dòng nước. Cấu trúc DNA/RNA của vi sinh bị thay đổi
làm cho chúng không thể
tại và sinh sản.
• Vùng cực tím có tác
dụng diệt khuẩn nhiều
nhất là vùng có bước
sóng 280 - 200 nm.

tồn


• Những đèn phát tia cực tím thường được đặt ngầm ở trong nước
• Lớp nước chảy qua đèn có độ dày khoảng 10 - 15cm và phải được
chiếu trong 10 - 30s

• Máy lọc nước bằng tia cực tím thích hợp sử dụng trong: Gia
đình,trường học, hệ thống lắp đặt xử lý nước, nhà máy sản xuất chế
tạo linh kiện điện tử, chế biến thực phẩm,thủy hải sản…
2- Nguyên lý hoạt động tia cực tím trong thực phẩm:

• Các công đoạn đầu nước được xử lý bình thường với các phương
pháp lọc cơ bản như lọc thẩm thấu ngược hoặc lọc bằng than hoạt
tính nhằm loại trừ các vật chất lơ lửng, các hợp chất hữu cơ, các kim
loại nặng chứa trong nước. Sau đó, nước được đi qua một ống kín có
chứa đèn cực tím, các tia UV được phóng vào dòng nước, xâm nhập
vào các tác nhân gây bệnh bằng cách tấn công vào các lõi di truyền
làm cho cấu trúc DNA/ RNA của vi khuẩn bị thay đổi khiến chúng
không thể tồn tại và sinh sản.
• Ở những tần số nhất định, tia cực tím có thể diệt tới 99,9% vi khuẩn,
tuy nhiên, công đoạn lọc sau cùng này không có khả năng loại bỏ
các tạp chất trong nước.
• Sử dụng công nghệ xử lý nước bằng tia cực tím trong các hệ thống
lọc

nước

có

tác

quá

dụng

như
trình
chưng

cất,
không tạo

ra các phức chất hóa học mới, không làm thay đổi mùi vị của nước,
đồng thời cũng không loại bỏ hết các khoáng chất có lợi trong nước.
•

Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có bước song khoảng 100
– 400 nm. Độ dài bước song của tia cực tím nằm ngoài vùng
phát hiện, nhận biết của mắt thường. Tia cực tím tác dụng làm


thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, và có độ dài bước sóng 254
nm. Có khả năng diệt khuẩn là cao nhất.

3- Ứng dụng tia cực tím trong công nghệ thực phẩm:
a- Ứng dụng trong quá trình lọc nguồn nước sử dụng:
• Nguồn nước cấp công cộng (nước máy): Các nguồn cấp nước

thành phố luôn xử lý khử trùng nước trước khi cấp cho người dân.
Biện pháp khử trùng được sử dụng quen thuộc là dùng Clo. Tuy
nhiên, ảnh hưởng của Clo đến sức khỏe đã khiến nhiều người dân lo
ngại, do đó trong các hộ gia đình thường sử dụng hệ thống tia UV để
khử trùng nước cấp của họ.
• Nước dùng cho quá trình Công nghiệp: Các nhà máy và phòng thí

nghiệm thường sử dụng lưu lượng nước thấp nhưng yêu cầu chất
lượng cao do đó thường sử dụng tia cực tím UV để diệt khuẩn xử lý
nước. Diệt khuẩn bằng UV cũng được sử dụng trong các quy trình
không thể sử dụng Clo, các ngành công nghiệp thực phẩm và nước
giải khát muốn loại bỏ mùi và hương vị của clo từ các sản phẩm của
họ.
•

Nước cấp cho đối tượng thương mại:
Nhà hàng, khách sạn, khu nghỉ dưỡng, cắm trại phải đảm bảo cung
cấp một nguồn nước an toàn cho khách hàng. Đa số các đối tượng
thương mại này đã sử dụng hệ thống khử trùng bằng tia cực tím khử
trùng cho nước của họ vì phương pháp này đơn giản và hiệu quả và
an toàn hơn so với phương pháp dùng Clo.
Người bệnh và người già dễ bị nhiễm các loại bệnh liên quan đến
đường nước hơn là các người trẻ và khỏe mạnh. Do đó, bệnh viện
và nhà dưỡng lão phải đảm bảo luôn giữ cho nước được diệt khuẩn
cao nhất.


• Nước ao, hồ:

Ở nhiều vùng nông thôn, nhiều người dân vẫn lấy nước trực tiếp từ
các ao hồ, sông suối, nơi tiềm ẩn những mối nguy hại. Hơn nữa là
các loại động vật, vi sinh vật sinh sống trong đó gây ra khả năng
nhiễm vi sinh cao. Để sử dụng, cần phải tiến hành xét nghiệm để
đảm bảo an toàn.
Đối với các nguồn cung cấp nước bất kì, mức độ ô nhiễm có thể
khác nhau trong suốt các mùa. Nước có thể bị nhiễm vi sinh trong
mùa mưa khi lượng nước nhiều. Do đó, mùa mưa là thời điểm lý
tưởng để tiến hành thử nghiệm nước.
• Nước giếng:

Ở nông thôn, nhiều ngừơi dân sử nước từ giếng của họ và cho rằng
thế là an toàn. Trừ khi nước đã được thử nghiệm, ngoài ra, không có
cách nào để biết liệu nước đó có chứa mầm bệnh có khả năng gây
hại hay không. Sự hiện diện của vi khuẩn Coliform trong nước

chứng minh rằng nước giếng rất có thể dễ bị ô nhiễm. Những sai
sót, rò rỉ trong hệ thống nước thải, phân thải có thể là nguồn gây ô
nhiễm.
Bạn có biết rằng khoa học đã chứng minh rằng 65% bệnh tật ở
người lớn và 85% bệnh tật ở trẻ em có nguyên nhân từ vi khuẩn, vi
rút nguyên sinh đường ruột trong nước chẳng hạn như
Cryptosporidium và Giardia. Vấn đề xử lý nước, lọc nước không
triệt để đã gay nên nhiều vấn đề về sức khỏa như viêm màng não,
viêm gan B, sốt thương hàn, tricomoniasis, bệnh lao, bệnh tả, đau
dạ dày, salmonella, poliovirus, và tiêu chảy, bệnh tăng nhãn áp,
nhưng may mắn rằng vi khuẩn này có thể bị tiêu diệt bởi tia cực
tím.


b- Ứng dụng trong Công nghệ sản xuất nước uống đóng chai:
• Thực trạng nguồn nước ban đầu chưa xử lý lọc:
 Màu sắc và độ đục: màu của Gumid, các chất keo, sắt có

trong nước, hệ phân tán thô ( huyền phù, cặn, cát ); ngoài ra
còn sự phát triển của Vi sinh vật, rong, tảo gây nên…
 Nhiệt độ: 17-27 độ C đối với mạch nước ngầm
 Mùi, vị: Có thể mùi tự nhiên có trong nước do đất, cát, bùn,
clo,…tạo nên
• Ứng dụng tia cực tím trong quá trình lọc:
 Sau quá trình lọc cơ bản
 Các nhà máy sử dụng đèn thủy phân áp lực thấp để phát ra tia
cực tím, đèn được nắp thành bộ và ráp trong ống thủy tinh
không hấp thụ tia cực tím để phát tia cực tím, cũng như ngăn
cách giữa đèn và nước. Trong hộp đựng có vách ngăn phân
phối để khi nước chảy qua hộp được trộn đều, tang thời gian

tiếp xúc giữa vi sinh vật có trong nước và tia cực tím là cao
nhất. Lớp nước đi qua đèn có độ dày 6nm, năng lượng tiêu
thụ từ: 6000-13000 MW, chiếu với bước sóng 254 nm.
 Ứng dụng hầu như tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật và diệt cả bào

tử, không mang lại mùi lạ, giúp quy trình sản xuất hiệu quả
hơn, nâng cao chất lượng, rút ngắn thời gian sản xuất, tăng
giá trị kinh tế và đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng.
4- Ưu – Nhược điểm của Công nghệ Áp suất cao trong Thực phẩm:
a- Ưu điểm:
• Tiêu diệt hiệu quả vi sinh vật và mầm bệnh.
• Công nghệ khử trùng bằng tia cực tím được ứng dụng rộng rãi trong

•
•
•
•

đời sống.
Giá thành rẻ hơn các phương pháp khác.
Khử trùng bằng phương pháp UV nhanh và sạch:
Tận dụng được nguồn năng lượng ban đầu.
Nguồn nước sau xử lý không có mùi hôi, không có mùi hóa chất,

không có cặn kim loại.
• Hiệu quả cao hơn phương pháp đun sôi gấp 20.000 lần.


• Giảm khả năng bùng phát bệnh trong nguồn nước (đối với nước đun
đôi để nguội phải sử dụng trong vòng 24 giờ, sau thời gian này xác

của VSV có nguy cơ gây ngộ độc cho người sử dụng).
b- Nhược điểm:
• Có thể gây hại đến sức khỏe con người:
 Có thể bị ung thư da, bị bỏng khi bước sóng khử trùng của tia
UV tiếp xúc trực tiếp với làn da.
 Tia UV có thể gây hại đến võng mạc của mắt (khi mắt tiếp xúc
với bức xạ tia UV có thể làm bỏng, tổn thương giác mạc, giảm
thị lực tạm thời hoặc vĩnh viễn, bị mù).
• Làm lão hóa các chất liệu dẻo của thiết bị khử trùng (do bức xạ tia
UV có thể phá hủy các liên kết hóa học).