Nghiên cứu chế tạo màng bao gói khí quyển biến đổi (MAP) 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: Hố Hữu cơ
Mã số:
62.44.27.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HỐ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

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

1
HÀ NỘI
@ 2012


Ket-noi.com kho tai lieu mien phi
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN KHOA HỌC
VÀ CƠNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN HỐ 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
2


3


Ket-noi.com kho tai lieu mien phi
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 thơng qua một số q 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 cơng 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.

Ngồi ra cịn 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 cơng 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 hơ hấp và kiểm sốt 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 cịn 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 cơng trình đã cơng 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 cơng 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
l 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)
l Nghiên cứu quá trình tổng hợp PVAc bằng phương pháp trùng hợp nhũ
tương;
l 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 cơng nghệ chế tạo màng bao gói khí quyển biến đổi (MAP)
trên cơ sở polyethylen (PE) với các phụ gia vô cơ
l 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.
l 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.

5


Ket-noi.com kho tai lieu mien phi
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 thu hoạch do hư hỏng có thể lên tới 20l80% [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 thơng qua một số q trình biến đổi. Chính những biến đổi này làm
cho hoa quả nhanh chín, nhanh già, nhũn… dẫn tới hỏng nếu khơng 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 hố 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. Q trình chín và thời hạn sử dụng
Q trình chín là một q trình thối hóa được điều chỉnh nội sinh dẫn đến
hỏng và thối rữa khơng 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 q trình chín
gây ra tổn thất thậm chí cịn cao hơn. Trong q 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 q trình chín và lão hóa [3]. Tuy nhiên, lão hóa đi kèm với q trình chín
của quả. Khái niệm và phân biệt giữa 2 hiện tượng này là khá khó khăn và đơi khi
cịn gây nhầm lẫn. Q trình lão hóa là một q trình tự nhiên và thối 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 mơ tả bởi những thay đổi như làm giảm clorophyl, thối 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].

6


1.1.1.2. Hơ hấp
Hơ hấp là q 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 hơ 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].
Hơ 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 1l2% đối với thực vật), hơ 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 hơ hấp của
chúng. Sản phẩm có tốc độ hơ 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 q 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].

7


Ket-noi.com kho tai lieu mien phi

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 khơng cịn khả năng
thương mại hóa khi chúng bị mất đi 5l10% 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, cịn 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 khơng 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 khơng khí bảo quản áp suất hơi nước sẽ thấp hơn so với hơi bão hịa.
Vì nhiều yếu tố có liên quan đến thốt hơi, một thuật ngữ tổng quát được gọi là "hệ
số thoát hơi" được sử dụng trong thực tế để định lượng q trình thốt hơi nước
[11].
Trao đổi chất, tốc độ thốt hơi cũng có liên quan với q trình trao đổi chất hơ
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 hơ hấp đều có thể góp phần giảm thốt hơi. Tuy nhiên, rất
ít biết về thốt hơi trong điều kiện khí quyển biến đổi. Mặc dù khơng thể ngăn ngừa
sự thốt hơi, nhưng một số biện pháp có thể làm giảm hao hụt thốt 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 [12l14].

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

8


nhất. Các loại quả có nguồn gốc nhiệt đới và cận nhiệt đới, ở nhiệt độ dưới điểm tới
hạn (10l120C), 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 khơng 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: ngồi q 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 khơng no), làm mềm tế bào (hoạt tính các enzym pectinaza và
xenluloza), gây thâm do enzym (phenolaza) và q 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 [18l21].

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
q trình lão hóa, bảo quản chúng trong điều kiện tối ưu và xử lý sản phẩm với các
tác nhân kháng khuẩn.

9


Ket-noi.com kho tai lieu mien phi
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 khơng 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 q 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].

1.1.2.2. Bảo quản bằng hóa chất
Sử dụng một số loại hố 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 cơng nghệ, dễ tách khỏi sản phẩm khi cần sử dụng. Tuy nhiên, ít có
loại hố 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:
hố 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].

10


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 q 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 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 mơi trường khí quyển điều khiển CA (Controlled
Atmosphere)
Là phương pháp bảo quản hoa quả tươi trong mơi 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 hố 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 q trình hơ hấp,

chậm sự già hố, 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].
l 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.
l 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 khơng cao.

1.1.2.5. Bảo quản trong mơi 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
cịn 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

11


Ket-noi.com kho tai lieu mien phi
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 q trình hơ hấp và
kiểm sốt 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 sở polysaccarit
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 q trình
chín, kéo dài thời hạn sử dụng của quả được bao màng mà không tạo ra các điều
kiện kị khí 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 hịa tan trong
nước hay dung dịch etanol l 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].
Líp phđ ®i tõ polysaccarit v lớp phủ trên cơ sở sáp carnauba đợc sử dụng
trên xo i. Lớp phủ đi từ polysaccarit có khả năng thấm khí hô hấp v thấm hơi nớc
thấp hơn sáp carnauba. Cả hai lớp phủ đều tạo ra khí quyển biến đổi, giảm sự thối
rữa v cải thiện vỴ ngo i, nh−ng chØ líp phđ polysaccarit l m chậm quá trình chín v

12


tăng nồng độ hơng dễ bay hơi còn lớp phủ sáp carnauba l m giảm rõ rệt sự mất
nớc [34].
Các lớp phủ trên cơ sở polysaccarit tan đD đợc sử dụng cho rau quả bao gồm:
LMP (metoxylpectin thấp) để phủ lạc v ch l khô, hydroxylpropyl tinh bột để phủ

mận, amyloza tinh bột với chất dẻo hóa thích hợp để phñ ch l v nho, este amyloza
cña axit bÐo v một lớp protein đậu n nh hoặc ngô để phủ c rốt hoặc táo [34].

1.2.2. Lp ph trờn c s 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 giịn 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 thit [35l38].
Lớp phủ ăn đợc trên cơ sở hn hợp protein váng sữa v chiếu xạ l m giảm sự
xuất hiện của nấm mốc trên dâu tây. Đó l do sự hình th nh các liên kết ngang trong
quá trình chuẩn bị dung dịch phủ, sự kết hợp của disunfua th nh bityrosin giúp cải
thiện tính chất chắn của lớp phủ protein. Bổ sung CaCl2 v o 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 lƯ 1:1 v CaCl2 høa hĐn cã nhiỊu øng dơng trong thực phẩm. Lớp phủ từ
protein váng sữa (WPI) còn đợc sử dụng để bảo quản các rau quả tơi v đặc biệt l
các loại táo do tạo th nh mét líp ch¾n khÝ tut vêi [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 sốt sự hình thành vết rám mềm (thâm vỏ) ở các

13

Ket-noi.com kho tai lieu mien phi
loại quả như táo nhờ cải thiện tính ngun vẹn cơ học và kiểm sốt 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 [39l44].
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 hố, polyme hố, isome hố 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 tồn 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 khơng 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 m ng... 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 d o v
sẵn có.
Nguồn gốc [47]

Sâu cánh kiến đỏ l một loại côn trùng nhỏ xíu nh con chấy tên khoa học l
thuộc bộ
cây chủ.

(bọ rệp), sống kí sinh trên một số loại cây gọi l

Việt Nam có 3 giống gồm 5 lo i l :

. Sâu cánh

kiến đỏ đợc phát triển nhiều ở n Độ, Thái Lan, Myanma, Trung Quèc, Liªn bang

14


Nga v các nớc Đông Dơng.

Việt Nam, nghề sản xuất cánh kiến đỏ có ở một số

tỉnh nh Sơn La, Hòa Bình, Lai Châu, vùng Nghệ AnmThanh Hóa tiếp giáp với biên
giới ViệtmL o v Tây Nguyên. Đây l một nguồn nguyên liệu dồi d o v sẵn có.
* Th nh 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 n y. Tuy vậy bất kỳ
loại nguyên liệu n o cũng có những th nh phần giống nhau: độ ẩm, chất tan trong
nớc, nhựa, sáp v tạp chất lẫn.
m Nh÷ng chÊt tan trong n−íc: ChÊt m u: cã m u ®á, tan trong n−íc, cã thĨ
xem nh− l pigment trong dịch thể của sâu, l một phức hợp của nhiều loại axit
laccaic. Những chất tan khác gồm có các muối, abumin, đờng.
m Sáp: l một hợp chất có 2 th nh phần chính: sáp tan trong cồn nóng (80%)

v s¸p tan trong benzen (20%).
m Nhùa trong nhùa c¸nh kiÕn ®á cã hai th nh phÇn: Nhùa mỊm tan trong ête,
chiếm 25%, chỉ số axit 100 v trọng lợng phân tử khoảng 550 v nhựa cứng không
tan trong ête, chiếm tíi 75% nhùa tỉng céng, chØ sè axit 55, träng lợng phân tử
khoảng 2000.
m Tạp chất: L những xác sâu kiến, gỗ vụn, đất cát.
* Cấu trúc phân tử của shellac
Shellac chØ cã chøa cacbon, hydro, oxy v mét l−ỵng nhỏ tro không đáng kể,
có trọng lợng phân tử l 1000. Công thức phân tử thực nghiệm l C60H90O15 (hỡnh
1.1). Cấu trúc phân tử của shellac còn cha sáng tỏ, công thức cấu tạo gần đúng
nhất:

Hỡnh 1.1. Cụng thc cu tạo gần đúng của nhựa shellac

15


Ket-noi.com kho tai lieu mien phi
Công thức n y xây dựng trên cơ sở 3 axit: alơritic, senlolic, axit anehit l
những cấu tử axit chủ yếu có trong shellac.
Phơng pháp tách shellac từ nhựa cánh kiến đỏ [47]
Nguyên liệu cánh kiÕn ®á chđ u ®Ĩ tinh chÕ lÊy nhùa do ®ã kÜ tht tinh
chÕ c¸nh kiÕn ®á nh»m thùc hiƯn việc tách bỏ tạp chất ra khỏi nhựa. Có 2 phơng
pháp tinh chế với trình độ rất tách biệt l phơng pháp thủ công v phơng pháp cơ
giới. Cả 2 phơng pháp đều dựa trên một nguyên tắc chung l từng bớc loại trừ
những 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 l m chất pha

loDng m u, hợp phần chất phủ bề mặt, chất l m bóng... shellac còn đợc l m vật liệu
tạo m ng phủ trong công nghiệp dợc. Việc sử dụng shellac l m vật liệu lớp phủ để
bảo quản rau quả l đề t i mới đợc chú ý trong thời gian gần đây v những kết quả
đạt đợc ban đầu cho thấy lớp phủ thực phẩm từ shellac h¹n chÕ sù mÊt n−íc l m
hao hơt khèi lợng, ngăn chặn nấm bệnh, lớp phủ shellac có khả năng thấm oxy v
nớc kém nên đóng vai trò nh một r o cản trên bề mặt hoa quả l m giảm sự trao
đổi khí. Nồng độ oxy giảm sẽ l m giảm cờng độ hô hấp của rau quả kéo d i thời
hạn bảo quản, đồng thời l m giảm sự sản sinh etylen vốn l một trong các nguyên
nhân l m quả mau chín. Ngo i ra, lớp phủ sáp shellac còn tạo ra bề mặt bóng đẹp
cải thiện vẻ bề ngo i của sản phẩm. Tuy nhiên lớp phủ shellac cho rau quả cũng có
nhợc điểm: l m ảnh hởng đến mùi thơm của quả khi m ng sư dơng cã h m l−ỵng
shellac lín.
VËt liƯu phđ rau quả với th nh phần chính l 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, cån, glyxerin [43, 44].

1.2.5. Lớp phủ trên cơ sở polyvinyl 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

16


cao khi ngăn chặn sự hư hỏng của rau quả sau thu hoạch mà không gây mất màu.
Lớp phủ này được áp dụng cho rau quả bằng phương pháp nhúng, phun hay quét.
Lớp phủ từ PVAc có một số ưu điểm như: làm chậm q trình hơ 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 ancoll 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 mơi ancol l nước. Các chất hóa dẻo, chất hoạt động bề mặt, phụ gia tăng
độ bóng, dung mơi 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, qt), táo, lê, cà chua, các loại quả nhiệt đới (như chuối, đu đủ, ổi, xồi, 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 4l30% 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

17


Ket-noi.com kho tai lieu mien phi
khoảng 2.103l105Å, và vi nhũ có kích thước hạt 1000l2000Å. Sự hình thành các

giọt sáp nhỏ trong vi nhũ phụ thuộc vào tương tác của pha phân tán và chất nhũ hố,
trong khi kích thước giọt trong nhũ tương lớn liên quan đến phương pháp phân tán
cơ học, bao gồm q trình đồng hố áp suất cao hoặc tốc độ khuấy cao. Quá trình
tạo nhũ tương u cầu việc lựa chọn chất nhũ hố 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 khơ 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.
TÝnh chÊt vËt lý
Trong bảng 1.1 l mét sè tÝnh chÊt vËt lý quan träng cđa PVAc.
Bảng 1.1. Một số tính cht vt lý ca PVAc
Mật độ năng lợng liên kết

83 87 (cal/ml)

Mômen lỡng cực (20oC)

2,3.10m18 (esu)

Độ tan

9,5 m9,7

Nhiệt dộ dẻo hoá

35 50 (0C)

Sức căng (20oC)

300 500 (kg/cm2)

Độ ngấm nớc ( ngâm 24h, 20m250C) 3%
Độ thấm hơi nớc (250C, RH 65%)

300 (10m9g.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 cịng cã thĨ
tan trong metanol, etanol 95%, 2mpropanol 90%, butanol 90%ã PVAc không tan
đợc trong etanol khan v các rợu khan cao hơn, hydro cacbon no, nớc, cacbon
đisunfit, xyclohexanã Các hợp chất clorua hydrocacbon: cacbon tetraclorua,
triclorua etylen, metylen cloruaã l các dung môi tốt của PVAc. Có một điều thú vị
l etanol nguyên chất ho n to n không thể ho tan PVAc, nh−ng khi thªm 5% n−íc

18


thì trở th nh một dung môi lý tởng, etanol khan lại l một dung môi tốt khi nồng
độ của PVAc rất lớn (hơn 50%) v ở nhiệt độ khoảng 500C [54].
* Khả năng thấm khí: Khả năng thấm khí v hơi qua PVAc đợc nghiên cứu từ
lõu trong đó vấn đề đặc biệt đợc quan tâm l khả năng thÊm h¬i n−íc. Lớp phủ
PVAc l m nỊn cã thĨ ph trên bề mặt ẩm m m ng không bị hỏng vì hơi nớc có
thể dễ d ng khuếch tán qua PVAc [55].
* Sự dẻo hoá: Chức năng của chất l m dẻo hoá l biến đổi PVAc cứng, giòn
th nh PVAc linh động v dẻo. Có hai kiểu dẻo hoá: bên trong v bên ngo i.

PVAc đợc dẻo hoá bên ngo i 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 l 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 l một chất dẻo hoá nội cho PVAc vì nó tạo polyme đồng trùng hợp với
PVAc [56].
TÝnh chÊt ho¸ häc [57]
TÝnh chÊt ho¸ häc cđa PVAc tơng tự nh tính chất hoá học của các este bÐo.
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. Q trình trùng hợp có thể theo
phương pháp huyền phù, nhũ tương hoặc dung dịch.

nCH

(1)
n

Ph¶n øng quan träng nhÊt l phản ứng thuỷ phân PVAc to polyvinyl ancol
(PVA). Động học của phản ứng thuỷ phân PVAc trong dung môi 70% metanol v
30% nớc đợc mô tả bởi phơng trình:

md[P] dt = k.[OHm].[P]. V

19


Ket-noi.com kho tai lieu mien phi

Trong ®ã V = 1 – Di3

Dg3 ; Dg l ®−êng kÝnh cđa cn polyme hình cầu,

ngợc lại Di l đờng kính bên trong cảu hình cầu polyme không tham gia phản ứng
[P] l nồng độ của PVAc.
Tốc độ của phản ứng thuỷ phân trong môi trờng đồng nhất ớt bị ảnh hởng
bởi trng lợng ph©n tư (TLPT) cđa PVAc. Ng−êi ta thÊy r»ng tèc 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 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.
P

!

[58]

PVAc với KLPT trung bình thấp nhất l 2000 đD đợc C quan Qun lý Dc
phm v Thc phẩm Hoa Kỳ FDA (Food and Drug Administation) chÊp nhËn l phơ
gia thùc phÈm trùc tiÕp trong kĐo cao su, một th nh phần trong các lớp phủ chống
nấm cho b¬, l mét chÊt mang axit sorbic trong líp bäc quít, lớp phủ bằng tinh bột
sắn, th nh phần trong lớp phủ trứng... PVAc cũng đợc sử dụng trong lớp phủ dợc
phẩm, đặc biệt l các lớp phủ nhả chậm. PVAc có nhiều ứng dụng cho các sản phẩm
thực phẩm v dợc phẩm, tuy nhiên việc áp dụng PVAc l m líp phđ thùc phÈm cã
hiƯu qu¶ l m bãng cao, đặc biệt l đối với lớp phủ hoa quả, rau, thực phẩm chế biến
cha đợc 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 O2 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

20


thành phần khí quyển. Trong bao gói khí quyển biến đổi MAP thơng lượng thẩm
thấu khí được thiết kế qua bao gói đối với CO2 và O2 là lượng CO2 được sinh ra bởi
sản phẩm ở trạng thái dừng được truyền qua khí quyển bên ngồi trong khi O2 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 CO2 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 hơ hấp và độ thẩm thấu
khí 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 thơng 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
thơng lượng trao đổi khí hiệu quả. Thơng 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
khơng chỉ trên cơ sở độ thẩm thấu khí mà cịn là những phương pháp phân tích tích
phân cần thiết.
Thơng 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
O2 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].

21


Ket-noi.com kho tai lieu mien phi
S = RQ

pO 2
pCO 2

(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 mơi trường khơng khí thơng 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 tốn 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. Q trình trao đổi khí trong màng MAP liên quan đến q
trình khuếch tán ngược dịng của các khí hỗn hợp và gradien nồng độ khí khơng
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
Điều kiện MA
Nhiệt độ
(oC)

%O2

%CO2

Độ chọn lọc

Táo

0l5

3.0 (2l3)

3.0 (1l2)

6.0 (9l190

Mơ

0l5

2.5 (2l3)

2.5 (2l3)

7.4 (6l9.5)

Anh đào

0l5

6.5 (3l10)

11 (10l12)

1.3 (0.9l1.8)

Sung

0l5

5(5)

15 (15)

1.1 (1.1)

Kiwi

0l5

2(2)

5 (5)

3.8 (3.8)

Quả xuân đào

0l5

1.5(1l2)

5 (5)

3.9 (9.5l10)

Quả đào

0l5

1.5(1l2)

5 (5)

3.9 (3.8l4)

Lê

0l5

3 (2l3)

10 (0l1)

1.8(18.0l19.0)

Hồng

0l5

4 (3l5)

6.5 (5l8)

2.6(2.0l3.6)

Mận

0l5

1.5 (1l2)

2.5 (0l5)

7.8 (3.8l20.0)

Quả mâm xôi

0l5

10(10)

6 (15l20)

1.8 (0.6l0.8)

Sản phẩm

Quả

22


Dâu tây

6 (10)

15 (15l20)

1 (0.6l0.8)

Các loại quả nhiệt đới và cận nhiệt đới
Lê tàu

5l13

3.5 (2l5)

6.5 (3l10)

2.7 (1.6l6.3)

Chuối

12l15

3.5 (2l5)

3.5 (2l5)

5.0 (3.2l9.5)

Nho

10l15

6.5 (3l10)

7.5 (5l10)

1.9 (1.1l3.6)

Chanh

10l15

5 (5)

10 (0l5)

1.6 (3.2l16)

Chanh tây

10l15

5 (5)

7.5 (5l10)

2.1 (1.6l16)

Xoài

10l15

5 (5)

5 (5)

3.2 (3.2)

Oliu

8l12

3.5 (2l5)

7.5 (5l10)

2.3 (1.6l3.8)

Cam

5l10

10 (10)

5 (5)

2.2 (2.2)

Đu đủ

10l15

5 (5)

10 (10)

1.6 (1.6)

Dứa

10l15

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
Độ chọn lọc

Nhiệt độ
(oC)

%O2

%CO2

Actiso

0l5

2.5 (2l3)

4 (3l5)

4.6 (3.6l6.3)

Măng tây

0l5

5 (khơng khí)

10 (5l10)

1.6 (0.1l0.2)

Đậu nành

5l10

3 (1l2)

8 (5l10)

2.3 (1.8l3.8)

Bông cải xanh

0l5

3 (1l2)

8 (5l10)

2.3 (1.9l4.0)

Cải Brussels

0l5

4 (3l5)

6 (5l7)

2.3 (1.9l4.0)

Bắp cải

0l5

4 (3l5)

6 (5l7)

2.8 (2.3l3.6)

Dưa đỏ

3l7

4 (3l5)

12 (10l15)

1.4 (1.1l1.8)

Súp lơ

0l5

2 (2l5)

3 2l5)

6.3 93.2l9.5)

Cần tây

0l5

5 (2l4)

3 (0)

5.3(>17)

Ngô ngọt

0l5

3 (2l4)

(0)

1.2 (0.8l1.9)

Dưa chuột

8l12

(3l5)

15 (10l20)

(>16)

Quả ngọt

10l12

(3l5)

(0)

(>16)

Tỏi tây

0l5

2.2 (1l2)

(0)

3.8 (3.8l6.7)

Xà lách

0l5

2 (2l5)

5 (3l5)

9.5 (>16)

Rau, quả

23


Ket-noi.com kho tai lieu mien phi
Nấm rơm

0l5

5 (khơng khí)

10 (10l15)

1.6 (<0.1)

Đậu bắp

0l12

4 (3l5)

2 (0)

8.5 (>16)

Hành tây, khô

0l5

(1l2)

(0)

(>19)

Hành tây, xanh

0l5

2 (1l2)

10(10l15)

1.9 (1.0l2.0)

Tiêu

8l12

3 (3l5)

8 (0)

2.3 (16l18)

Rau rền

0l5

Khơng khí

(10l20)

(<0.1)

loại

12l20

5 (3l5)

10 (10)

1.6 (16l18)

Cà chua loại chín
một phần

8l12

3 (3l5)

5 (10)

3.6 (15l18)

Cà chua
xanh

Bảng 1.4. Khả năng thấm khí và độ chọn lọc của một số loại polyme tại 40C
Polyme (độ dày 1šm)

Độ thấm
KO2a

Cao su Silicon (Màng Marcellin)

Độ chọn lọc
KCO2a

0

1.10 x 10

l1

S=KCO2/KO2
0

6.6

l1

2.4

7.13 x 10

Etylxenlulozơ

1.55 x 10

Cao su thiên nhiên

9.50 x 10l2

6.72 x 10l1

7.1

Polybutadien

8.39 x 10l2

7.73 x 10l1

9.2

7.36 x 10

l2

6.52 x 10

l1

9.2

Polyvinylclorualvinylaxetat

2.62 x 10

l2

1.74 x 10

l1

6.6

Polyvinylclorua (PVClRMFl61)

2.30 x 10l2

1.40 x 10l1

6.1

Polyetylen tỷ trọng thấp (0.92g/cm3)

1.20 x 10l2

8.10 x 10l2

6.7

4.66 x 10

l3

1.47 x 10

l2

3.2

3.90 x 10

l3

3.14 x 10

l2

8.0

Cao su butyl

3.60 x 10

l3

1.60 x 10

l2

4.4

Cao su hydroclorua (Pliofilm hóa dẻo)

1.50 x 10l3

3.67 x 10l3

2.2

Polyetylen tỷ trọng cao (0.96g/cm3)

1.53 x 10l4

7.40 x 10l4

4.8

1.44 x 10

l4

4.93 x 10

l4

3.4

Polyamit (nylon)

8.16 x 10

l5

3.84 x 10

l4

4.7

Saran

4.54 x 10l6

Poly(butadienlstyren)

Polypropylen
Xenlulozơ axetat

Polyetylen terephtalat (Mylar)

24

3.78 x 10

4.63 x 10l5

10.2


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 hơ 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 hơ hấp của một loại sản
phẩm bảo quản ở nhiệt độ nhất định và trong khí quyển MA. Từ đó, có thể tính tốn
được độ thẩm thấu khí cần thiết nhằm thiết lập mơi 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 mơ hình dự đốn, 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 1,5l4, 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 [65l67].
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 hơ 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 hơ 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

25