Thông tin tài liệu
1
Chương 4 : Kỹ thuật xử lý thực phẩm
không sử dụng nhiệt
4.1 Kỹ thuật trường điện từ dạng xung (high tensity
pulsed electric field (PEF))
4.1.1 Mở đầu
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung là phương pháp
bảo quản thực phẩm không sử dụng nhiệt mà cơ
sở của nó là sử dụng xung điện để loại bỏ các vi
sinh vật gây bệnh và cũng như kiểm soát bào tử
trong thực phẩm
Công nghệ này không sử dụng nhiệt nên giữ được
các tính chất của thực phẩm như giá trị cảm quan,
dinh dưỡng ít biến đổi và nhất là kiểm soát an toàn
thực phẩm.
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
Mở đầu
Dòng điện được sử dụng trong quá trình thanh trùng sữa
vào đầu thế kỷ 19 do công trình của Anderson and
Finkelstein, 1919; Fetterman, 1928; Getchell, 1935 bằng
cách cho dòng điện tách dụng trực tiếp vào dung dịch lỏng
và thấy rằng nó có tác dụng tiêu diệt một vài loại vi khuẩn
bacteria.
- 1949, Flaumenbaun đã thông báo về sử dụng trường điện
từ dạng xung trên thực phẩm, nhưng tác giả không nghiên
cứu về bảo quản thực phẩm và vô hoạt vi sinh vật, tác giả
đề cập đến sự tăng tính bán thấm của màng tế bào, tạo
điều kiện dễ dàng cho quá trình ép dịch quả, đây cũng là
một phát hiện lớn cho các ứng dụng của kỹ thuật trường
điện từ dạng xung sau này.
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
Mở đầu
- Sales and Hamilton, 1967, 1968 đã công bố nhiều công
trình ứng dụng trường điện từ dạng xung liên quan đến vi
sinh vật, các vi sinh vật bị thủng các lỗ nhỏ trên màng tế
bào, và làm mất tính bán thấm của chúng, các lỗ này không
thể phục hồi lại được và làm chết vi sinh vật. Các thông số
ảnh hưởng đến việc đánh thủng lỗ trên màng vi sinh vật là
cường độ dòng điện, điện thế đầu vào, cường độ điện
trường, thời gian tác động, hình dạng và kích thước của vi
sinh vật.
- Trên lĩnh vực di truyền học, Zimmermann et al., 1974 đã
phát triển một phương pháp dung hợp tế bào dựa trên kỹ
thuật xung điện. Kỹ thuật dùng trường điện từ dạng xung
đánh thủng màng tế bào và gắn kết các lỗ trên màng lại,
làm dung hợp hai tế bào vào nhau.
2
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
Mở đầu
- Tháng 7/1995, The Food and Drug
Administration (FDA) không phản đối cho sử
dụng kỹ thuật trường điện từ dạng xung,
được phát triển bới công ty PurePulse, để
tiêu diệt vi sinh vật trong dịch lỏng bơm
được và đây là điều luật đầu tiên công nhận
kỹ thuật trường điện từ dạng xung ở qui mô
công nghiệp.
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.2 Nguyên lý của kỹ thuật trường điện từ
dạng xung (PEF)
- ĐN: Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
dựa trên khả năng trường điện từ dạng xung
có cường độ cao làm biến dạng màng tế
bào, kết quả là vi sinh vật bị chết.
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
- Nguyên lý: thực phẩm được đặt giữa hai điện cực dẫn
điện, hai điện cực này được lắp trên vật liệu không dẫn
điện, do đó không có hiện tượng truyền điện từ điện cực
này sang điện cực kia. Cung cấp xung dòng điện có hiệu
điện thế cao sẽ sinh ra trường điện từ dạng xung có
cường độ cao. Xung này tác động vào thực phẩm ở giữa
hai cực.
+ + + +
- - - -
Thực phẩm
Cực dương
Cực âm
3
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.3 Cấu trúc của hệ thống trường điện từ
dạng xung
BP điều
khiển và
hệ thống
hiển thị
Máy
phát
xung
điện
Phòng
xử lý
Dòng ra
Dòng vào
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.3 Cấu trúc của hệ thống trường điện từ dạng xung
- Máy phát xung điện : có nhiệm vụ cung cấp xung điện hiệu điện thế
cao, có hình dạng xung, độ dài và biên độ xung khác nhau. Bộ phận
này gồm các phần chính : bộ phận chuyển dòng điện xoay chiều
thành một chiều, bộ phận tích trữ điện thường là một hoặc nhóm tụ
điện và bộ phận phóng xung. Hiệu điện thế trong công nghiệp thường
dùng từ 220 volts đến 440 volts, khi đi qua hệ thống máy phát, dòng
điện được đưa lên khoảng 20 kV đến 60 kV. Điện thế được nạp vào
tụ và thực hiện quá trình tạo xung gián đoạn bằng các thiết bị điều
khiển.
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.3 Cấu trúc của hệ thống trường điện từ dạng xung
- Phòng xử lý thực phẩm : 2 bản cực được làm từ các
vật liệu có độ bền điện môi cao đặt trên các tấm đỡ
không dẫn điện. các điện cực thường là vàng, platinun,
polyacetylen, cách bố trí hai cặp cực có thể song song,
dạng chữ U, dạng xoắn, dạng hội tụ và ống thuỷ tinh
xoắn.
4
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
5
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.3 Cấu trúc của hệ thống trường điện từ
dạng xung
- hệ thống bơm dòng lỏng : sử dụng bơm
để vận chuyển chất lỏng chảy qua phòng
xử lý.
- Hệ thống kiểm soát và hiển thị : hệ thống
máy tính và các thiết bị điều khiển tạo xung
điện,
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.4 Cơ chế vô hoạt vi sinh vật của PEF
- Vi sinh vật có màng tế bào dùng để trao đổi chất có chọn
lọc với môi trường bên ngoài, nhờ vào màng tế bào mà
chúng có thể sống sót. ở trạng thái bình thường thì tồn tại
các lớp điện tích trước và sau màng tế bào tạo nên sự
đồng đều về áp suất giữa hai môi trường trong và ngoài tế
bào.
6
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.4 Cơ chế vô hoạt vi sinh
vật của PEF
- khi đưa một trường điện từ
chạy qua tế bào làm cho sự
tích tụ điện tích trong màng tế
bào và tạo nên một thế phụ
trong và ngoài màng tế bào,
thế điện phụ này phụ thuộc
vào lực điện trường do chênh
lệch điện tích . Sự chênh lệch
này tác động vào màng tế bào,
làm cho màng tế bào biến
dạng, tại một số vị trí của
màng tế bào mỏng đi và vượt
quá giới hạn đàn hồi thì chúng
bị thủng thành các lỗ nhỏ.
Điện thế đánh thủng màng tế
bào cần đạt đến độ chênh lệch
khoảng 1V giữa bên trong và
bên ngoài màng tế bào.
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.4 Cơ chế vô hoạt vi sinh vật của PEF
- phụ thuộc vào hướng tác động của điện trường lên vi
sinh vật mà nó làm biến dạng màng và phá hỏng chúng,
khi tạo thành các lỗ nhỏ không thể khắc phục được thì
chúng không còn chức năng bán thấm nữa và làm mất
cân bằng áp suất thẩm thấu dẫn đến hư hỏng tế bào.
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.4 Cơ chế vô hoạt vi sinh vật
của PEF
-Theo một số thuyết thì sự thay
đổi màng bán thấm dẫn đến sự
thay đổi các yếu tố khác như là
pha nội tại chứa lipid (Sugar anh
Neuman, 1984), sự tăng quá trình
chuyển hoá giữa hai lớp phân tử
Lipid (Deuticke et al., 1983), làm
tiến triển các pore kị nước và dẫn
đến sự chuyển hoá của pore kị
nước thành ưu nước và mở ra,
biến tính của các kênh prôtêin
nhạy cảm (Tsong, 1992).
-Do tác động của các điện tích,
nên các kênh mở ra đến mức
chúng vượt quá kích thước giới
hạn và không thể khắc phục lại
được, chúng sẽ mở ra vĩnh viễn
và tạo thành các lỗ trên thành tế
bào.
Sơ đồ màng phospholipid
kép
7
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến kỹ thuật điện từ
trường dạng xung
4.1.5.1 yếu tố kỹ thuật : cường độ điện trường và
thời gian xử lí là hai yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất
đến quá trình xử lí pef.
- cường độ điện trường : cường độ điện trường
tạo ra giữa 2 môi trường : trong và ngoài tế bào
khoảng 1V, sẽ phá hỏng thành tế bào. Chỉ có
cường độ của trường điện từ và thời gian xử lí mới
làm hư hỏng màng tế bào, còn các yếu tố khác
như vùng xử lí, hằng số điện môi, cường độ dòng
điện hoặc công suất không đóng vai trò làm hư
hỏng màng tế bào.
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.5.1 yếu tố kỹ thuật
-thời gian xử lí: kỹ thuật xung điện sử dụng các
dạng xung ngắn để tránh tăng nhiệt và những phản
ứng thuỷ phân không mong muốn. thời gian xử lí
được tính bằng chiều rộng xung nhân với số xung.
-Thời gian xử lí khoảng từ 1µ giây đến 5µ giấy là
đủ để làm vô hoạt tế bào, vì rằng với quá trình xử lí
10 nsec trong xung điện trường đã thiết lập được
điện thế chênh lệch.
-Sau khi các pore tạo thành, thì với sự tác động
của xung trong khoảng 1µ giây đến 5µ giấy làm
cho vi sinh vật không kịp sửa chữa những hư hỏng
trên thành tế bào.
yếu tố kỹ thuật :
- hình dạng xung : xung vuông có đường tắt xung dạng đường cong
mũ có tác dụng mạnh hơn đến sự làm thủng lỗ trên thành tế bào.
Xung tắt dần dạng mũ
Xung vuông
xung lưỡng cực vuôngxung lưỡng cực dạng mũ xung xoay chiều
8
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.5.2 Yếu tố sinh học
-kích thước và hình dạng
của tế bào :
Vc = f.Ec.a.cosυ
trong đó
-Vc là điện thế đánh
thủng,
-a : bán kính của tế bào,
-Ec : điện trường tới hạn
yêu cầu
-υ : là góc nghiêng của
màng tế bào với điện
trường
-f là hệ số = 1,5 cho hình
cầu và f = l/(l-d/3) trong đó
l: chiều dài của vi sinh vật
và d: đường kính của vi
sinh vật.
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.5.2 Yếu tố sinh học
- dạng vi sinh vật: hình cầu, ô van, trụ, nấm men nhạy
cảm nhất với xử lí PEF
Dễ bị tiêu
diệt nhất
1 µm
6 – 8 µm
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.5.2 Yếu tố sinh học
- các vi khuẩn gram (-) cũng nhạy cảm
hơn các vi khuẩn gram(+)
Thành tế bào vi
khuẩn Gram (+)
Thành tế bào vi
khuẩn Gram (-)
Lớp
peptidoglucan
9
Yếu tố sinh học (tt)
-trạng thái sinh lí của vi
sinh vật: pha log
- Với các bào tử : khó
khăn và một số thì
không chịu tác động
của pef.
-kỹ thuật “hurdle”
dễ
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.5.2 Yếu tố thực phẩm
- Thành phần các chất : sự đồng đều về kích thước và
thành phần sẽ ảnh hưởng đến hằng số điện môi của thực
phẩm và ảnh hưởng đến quá trình xử lí pef khá nhiều. Sự
có mặt của chất béo, prôtêin cũng khó khăn hơn trong việc
xử lí pef.
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.5.2 Yếu tố thực phẩm
-Nhiệt độ : là yếu tố ảnh hưởng đứng sau cường độ điện
trường và thời gian xử lí. Khi nhiệt độ của thực phẩm tăng
lên, hiệu quả của quá trình xử lí pef cũng tăng lên. Quá trình
sử dụng pef thường được thực hiện ở nhiệt độ dưới 65°C
trong thời gian vài giây.
-Sự tăng hiệu quả xử lí pef ở nhiệt độ cao phụ thuộc vào tính
chất lưu biến của màng tế bào dưới tác động của nhiệt độ.
Nguyên nhân của màng tế bào bị đánh thủng là do tính chất
co dãn của màng tế bào khi nhiệt độ tăng lên (giống như chất
lỏng) vì thế khi tăng nhiệt độ thì dễ dàng đánh thủng màng tế
bào bằng xung điện.
-Một số nghiên cứu cho thấy rằng điện thế đánh thủng màng
tế bào dạng lipid-protein là 2V ở 4°C, 1V ở 20°C và 500 mV ở
30-40°C (Zimmermann, 1986).
10
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.6 Một số ứng dụng của PEF
-Ứng dụng quá trình tách chiết : PEF có thể làm rách màng
tế bào của vi sinh vật thuận lợi cho việc tách chiết các chất
trong tế bào ra ngoài. PEF còn ứng dụng vào việc làm rách
màng bán thấm của tế bào động vật và thực vật, ứng dụng
vào việc ép các chất dinh dưỡng từ trái cây, từ đường
mía,
-Ví dụ quá trình áp dụng pef cho việc tách chiết nước ép táo
có năng suất tăng từ 67% đến 73% so với phương pháp ép
thông thường và sản phẩm trong hơn, với nước ép carrot
tăng từ 51% đến 67% khi sử dụng pef và đạt được hàm
lượng cao β-carotene tốt hơn phương pháp ép cổ truyền
(Knorr et al, 1994)
Kỹ thuật trường điện từ dạng xung
high tensity pulsed electric field (PEF)
4.1.6 Một số ứng dụng của PEF
-Hỗ trợ quá trình sấy : pef làm tăng quá trình truyền
khối và truyền nhiệt của thực vật và động vật nhờ
vào khả năng làm rách màng tế bào.
- Vô hoạt enzyme : khi có tác dụng của pef có thể
làm tăng hoạt tính hoặc giảm hoạt tính của
enzyme, vấn đề này còn nhiều báo cáo trái ngược
nhau.
- Bảo quản các chất rắn và bán rắn : làm vô hoạt
enzyme và vi sinh vật.
Ứng dụng của áp suất cao
(high pressure processing)
Đổi đơn vị
1 at = 10
5
Pa
hPa = hectopascal where 1 hPa = 100 Pa
kPa = kilopascal where 1 kPa = 1000 Pa
MPa = megapascal where 1MPa = 1000000 Pa = 10 at
[...]... nhau Khi s d ng áp su t cao x lý th c ph m, vi sinh v t b vô ho t mà không c n s d ng nhi t, khi ó hàm lư ng vitamin, ch t màu và màu s c c a th c ph m không b tác ng ho c thay i r t ít ng d ng áp su t cao x lý th c ph m coi như là m t quá trình ch bi n l nh (Crawford et al, 1996) ng d ng c a áp su t cao (high pressure processing) 4.2.1 M U M t s lo i th c ph m hi n nay có x lý áp su t cao xu t hi n trên... c a - thành ph n c a th c ph m : ho t các mu i, pH, -Thông s c a quá trình x lý : l n c a áp su t, th i gian nén, t l h áp, liên t c hay gián o n, th i gian nâng n áp su t x lý Khi tăng th i gian x lý áp su t cao thì s hư h ng t bào x y ra nhi u hơn và s t bào s ng sót s gi m -Trong th c t , tăng hi u qu c a quá trình x lý thì ngư i ta thư ng k t h p nhi u y u t cùng v i nhau như k t h p áp su t cao... chuy n bán liên t c quá trình gián o n có nhi u i m l i vì nó tránh ư c s nguy cơ nhi m t p t v t li u, t thi t b ch a vì khi quá trình x lý k t thúc, thi t b ch a không ư c r a s ch 11 ng d ng c a áp su t cao (high pressure processing) 4.2.3 Bi n i hoá h c và hóa lý 4.2.3.1 Tác ng c a áp su t cao n th c ph m Nư c trong th c ph m t n t i dư i d ng dung d ch ho c phân tán và d ng huy n phù liên k t v... làm nh hư ng n tâm lý ngư i tiêu dùng sau chi n tranh th gi i th II Nh ng ngu n chi u x b o qu n th c ph m mang l i hàm ý c a nguyên t và nghĩ n s an toàn u tư cho chi u x th c ph m có giá thành r t cao, ví th vi c s d ng b o qu n th c ph m không theo qui ư c công ngh và ưa ra th trư ng 16 Chi u x và ánh sáng c c tím (Food iradiation and ultra violet light) 4.3.1 Chi u x - Nguyên lý : chi u x vô ho... tím và b o qu n th c ph m (ultraviolet light and food preservation) - Tia UV dùng c ch vi sinh v t trên b m t, tiêu di t vi sinh v t trong không khí và kh trùng ch t l ng S d ng tia UV này có th kh trùng cho các lo i ch t l ng và không khí như nư c, th c ph m l ng, không khí V i nư c c t thì UV có th âm xuyên kho ng 40cm, v i nư c bi n thì UV ch có th âm xuyên 10 cm và v i dung d ch ư ng saccharose 10%... trái cây và rau ư c x lý trư c khi s y như táo, dưa b , u , cà r t, ã gi m ư c th i gian s y và ch t lư ng tương ương v i quá trình s y chân không thăng hoa 5 Chi t - hi n tư ng xâm th c làm phá v t bào th c v t và làm rách màng t bào c a chúng, làm cho ch t dinh dư ng ch y ra ngoài, tăng hi u qu c a quá trình chi t 6 Nhũ tương hoá : vi c phá nh các ch t làm ng u các ch t l ng không hoà tan, k t h... d n n các tình ch t nhũ tương hoá, keo hoá và kh năng liên k t v i nư c c a prôtêin b nh hư ng HP ư c ng d ng phòng ng a quá trình acid hoá c a s a chua trong quá trình b o qu n mà không gi m s lư ng vi khu n lactoacid và không bi n i c u trúc, làm tăng th i gian b o qu n c a s n ph m 15 ng d ng c a áp su t cao (high pressure processing) - cá : HP t o ra c u trúc m i và ch t thơm lưu l i lâu hơn ư c... c ép trái cây, trái cây nhúng ư ng, th t bò, các s n ph m khác nhau t thu s n, m t vài nư c ép trái cây x lý v i áp su t cao có mùi t t hơn, gi ư c hàm lư ng vitamin cao và th i gian b o qu n dài hơn ng d ng c a áp su t cao (high pressure processing) 4.2.2 thi t b và thao tác c a quá trình x lý áp su t cao -thi t b : áp su t cao ư c t o ra tr c ti p ho c gián ti p, có áp su t trong kho ng 100 n 600... food preservation) Tia c c tím là tia có bư c sóng ng n hơn ánh sáng nhìn th y, và nó tr thành m t phương pháp b o qu n th c ph m không s d ng nhi t, gi ư c giá trình c m quan và dinh dư ng c a th c ph m -chi u tia c c tím ư c coi như là phát x và lan truy n năng lư ng t không gian vào v t li u Tia c c tím ư c ng d ng nhi u nh t trong s n xu t nư c u ng, nó ư c coi như là m t tác nhân kh trùng nư c... tính không thu n ngh ch 13 ng d ng c a áp su t cao (high pressure processing) 4.2.4.1 c ch ho t ng c a vi sinh v t (tt) Pierre – Cornet et al, 1995 ã quan sát s vô ho t t bào theo 3 pha ng h c : Giai o n th nh t : khi áp su t tăng lên, màng t bào b nén ép; Giai o n th hai : khi áp su t ư c duy trì, s truy n ch t t n i bào ra ngo i bào xu t hi n Giai o n cu i cùng : s gi m màng t bào x y ra và không . 4 : Kỹ thuật xử lý thực phẩm
không sử dụng nhiệt
4.1 Kỹ thuật trường điện từ dạng xung (high tensity
pulsed electric field (PEF))
4.1.1 Mở đầu
Kỹ thuật. thực phẩm như lúc còn tươi. Phương pháp sử dụng áp
suất cao đã được ứng dụng theo nhiều hình thưc khác
nhau.
Khi sử dụng áp suất cao để xử lý thực phẩm,
Ngày đăng: 15/02/2014, 03:20
Xem thêm: Tài liệu Kỹ thuật xử lý thực phẩm không sử dụng nhiệt ppt, Tài liệu Kỹ thuật xử lý thực phẩm không sử dụng nhiệt ppt