Tải bản đầy đủ

ỨNG DỤNG của áp SUẤT CAO TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Khi xã hội ngày càng phát triển, đời sống vật chất của con người ngày càng được
nâng cao. Người tiêu dùng ngày càng quan tâm đến sức khỏe, việc sử dụng thực phẩm
không chỉ để ngon miệng mà còn phải đáp ứng nhu cầu về dinh dưỡng, đảm bảo chất
lượng và an toàn vệ sinh thực phẩm. Ngày nay, người tiêu dùng có xu hướng sử dụng
những sản phẩm có nguồn gốc từ tự nhiên, không chứa phụ gia và chất bảo quản. Vì
vậy, việc tạo ra những sản phẩm có hương vị, màu sắc giống như sản phẩm tươi, đảm
bảo về chất lượng và giá trị dinh dưỡng, an toàn với người tiêu dùng là điều cần thiết.
Các phương pháp khử trùng và bảo quản thực phẩm thông thường thường dẫn
đến một số thay đổi không mong muốn trong thực phẩm như mất mùi, màu sắc, hương
vị, cấu trúc, giá trị dinh dưỡng, giảm độ tươi mới và giá trị của sản phẩm cuối cùng. Vì
vậy, việc ứng dụng các kỹ thuật xử lý không dùng nhiệt, trong đó công nghệ chế biến
áp suất cao (High Pressure Processing) đã được chứng minh là rất có tiềm năng. Các
chức năng mới của HP, bao gồm việc ức chế các vi sinh vật ở nhiệt độ phòng hoặc
thấp hơn, đã khiến công nghệ này trở nên hấp dẫn về mặt thương mại. Enzyme và bào
tử vi khuẩn có thể bị bất hoạt bằng cách áp dụng sự kết hợp áp suất và nhiệt. Áp suất
cao được ứng dụng trong chế biến nhiều sản phẩm như: trái cây, rau quả, sữa và chế
biến thịt. Việc kết hợp áp suất cao với các hoạt động chế biến khác như chần, tách
nước, tách nước thẩm thấu, bù nước, chiên, lạnh đông/rã đông, trích ly chất lỏng rắn là
những phương pháp chế biến mới. Áp suất cao (High Pressure) có thể được ứng dụng
trong quy trình chế biến với các mục đích khác nhau như: chuẩn bị, chế biến, bảo quản

(Rastogi et al., 2007).

2 NỘI DUNG
Phương pháp xử lý áp suất cao còn được gọi là áp suất thủy tĩnh cao (HHP) hoặc
quá trình xử lý áp suất cực cao (UHT) là một kỹ thuật chế biến đã được phát hiện từ
lâu, lúc đầu phương pháp này được dùng trong kỹ thuật quốc phòng, sản xuất gốm xứ,
thép, hợp kim, ép đùn và vật liệu tổng hợp (Hoover et al., 1989). Trong công nghiệp
thực phẩm, ảnh hưởng của áp suất cao đối với thực phẩm và vi sinh vật lần đầu tiên
được nghiên cứu vào năm 1899 bởi Hite (Mỹ). Hite đã sử dụng thiết bị đạt tới 6800
atm (689 MPa) để xử lý thịt và sữa nhằm kéo dài thời gian bảo quản. Gần đây các tiến
bộ khoa học – kỹ thuật đã dẫn đến sự phổ biến của việc thanh trùng thực phẩm bằng áp
lực thủy tĩnh cao (Cheftel, 1992; Hayashi, 1992; Tauscher, 1995). Một loạt các sản
phẩm được xử lý bằng áp suất cao đã được đưa vào thị trường Nhật Bản, Pháp, Tây
Ban Nha và Mỹ (bảng 2.1) (Barbosa-Cánovas et al., 2004).

1


Bảng 2.1 Một số sản phẩm chế biến áp suất cao trên thị trường (Singh, R. P., & Heldman, D. R.
2001)

Sản phẩm
Mứt, nước xốt trái cây, sữa chua và thạch
Nước ép quít
Trái cây nhiệt đới
Thịt bò
Guacamole, nước ép trái cây và món ăn chế
biến sẵn
Món khai vị
Nước ép trái cây và rau
Giăm bông
Sản phẩm chế biến gia cầm
Hàu
Hàu
Hàu
Nước ép cam
Nước ép táo
Giăm bông thái lát
Nước ép trái cây và sinh tố

Nhà sản xuất
Meida – Ya
Wakayama Food Industries
Nishin Oil Mills
Fuji Ciku Mutterham
Avomex

Quốc gia
Nhật
Nhật
Nhật
Nhật
Mỹ

Hannah International
Odwalla
Hormel Foods
Purdue Farms
Motivatit Seafoods
Goose Point Oysters
Joey Oysters
Ultifruit
Frubaca
Espuña
Orchard House

Mỹ
Mỹ
Mỹ
Mỹ
Mỹ
Mỹ
Mỹ
Pháp
Bồ Đào Nha
Tây Ban Nha
Vương
quốc
Anh

Xử lý áp suất cao, là một công nghệ có khả năng giải quyết những thách thức gần
đây nhất mà ngành công nghiệp thực phẩm phải đối mặt. HPP có thể tạo thuận lợi cho
việc sản xuất các sản phẩm thực phẩm có chất lượng như thực phẩm tươi sống mang
lại sự tiện lợi khi sử dụng và kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm thực phẩm
(McClements et al. 2001). HPP có thể được áp dụng cho nhiều loại thực phẩm khác
nhau, bao gồm nước trái cây và đồ uống, trái cây và rau quả, các sản phẩm thịt (thịt
nguội và nấu chín,…), cá và các món ăn nấu sẵn, với thịt và rau là những ứng dụng
phổ biến nhất.
Ứng dụng áp suất cao trong ngành công nghiệp thực phẩm đã được một số tác
giả nghiên cứu (Rastogi et al. 2007; Torres và Velazquez 2005; San Martin và cộng sự
2002; San Martin Gonzalez và cộng sự 2006; Toepfl et al. 2006). Phương pháp này
đem lại những lợi ích như: HP cho phép chế biến thực phẩm ở nhiệt độ phòng hoặc
nhiệt độ thấp hơn; HP có thể truyền nhanh trong toàn bộ hệ thống, không phân biệt
kích thước và hình dạng; HP có thể ức chế hoặc tiêu diệt vi khuẩn, loại bỏ các ảnh
hưởng do nhiệt và sử dụng chất bảo quản hóa học, chất phụ gia; HP có thể tạo ra
những thành phần có nhiều chức năng mới trong thực phẩm (Rastogi et al., 2007).
2.1 Xử lý áp suất cao
Xử lý thực phẩm bằng áp suất cao là phương pháp trong đó thực phẩm được đặt
dưới áp suất cao có hoặc không có bổ sung nhiệt để nhằm mục đích làm ngừng hoạt
động của vi sinh vật hoặc làm thay đổi thuộc tính của thực phẩm. Phương pháp này

2


giữ được chất lượng, trạng thái tươi ngon tự nhiên theo mong muốn của người tiêu
dùng, đồng thời kéo dài thời gian bảo quản của thực phẩm.
Phương pháp chế biến thực phẩm bằng áp suất cao có một số ưu nhược điểm:
- Ưu điểm :
+ Giá trị cảm quan của thực thay đổi không đáng kể so với trước khi xử lý.
+ Giảm sự tổn thất các chất dinh dưỡng, đặc biệt là các cấu tử nhạy cảm với
nhiệt.
+ Tạo độ đồng nhất cho sản phẩm.
+ Trong một số trường hợp, có thể hạn chế hiện tượng tái nhiễm vi sinh vật vào
sản phẩm hoặc hiện tượng nhiễm chéo. Hạn chế tối đa việc sử dụng các chất phụ gia
trong thực phẩm.
+ Có thể làm thay đổi một số tính chất của nguyên liệu theo chiều hướng có lợi
cho quy trình sản xuất.
- Nhược điểm :
+ Trong một số trường hợp, khả năng ức chế vi sinh vật và enzyme của phương
pháp này là không cao.
+ Chi phí đầu tư thiết bị rất tốn kém.
+ Thể tích buồng xử lý áp suất thường bị giới hạn nên năng suất thiết bị không
cao. Để khắc phục nhược điểm này cần kết hợp với các thiết bị xử lý áp suất khác,
nhưng làm gia tăng chi phí đầu tư thiết bị cho nhà máy (Lê Văn Việt Mẫn, 2011).
2.2 Nguyên tắc của quá trình xử lý áp suất cao
Có hai nguyên lý khoa học về xử lý áp suất cao trong chế biến thực phẩm :
- Theo Le Chatelier – Braun: HP áp dụng cho tất cả các trạng thái vật lý của thực phẩm.
Khi một hệ thống ở trạng thái cân bằng bị xáo trộn, hệ thống sẽ phản ứng theo xu
hướng giảm sự xáo trộn. Áp suất cao làm giảm thể tích nhưng gia tăng về khối lượng.
Bất kỳ hiện tượng nào (sự chuyển pha, thay đổi cấu trúc phân tử, phản ứng hóa học)
kèm theo sự giảm thể tích sẽ được cải thiện bởi áp suất. Xử lý áp suất cao sẽ thúc đẩy
các phản ứng có sự giảm thể tích tự do và ức chế phản ứng làm gia tăng thể tích. Do
đó, áp suất cao sẽ thúc đẩy sự hình thành liên kết hydro, trong khi một số liên kết yếu
khác trong protein bị biến tính.
- Nguyên lý Pascal: nguyên tắc xử lý đẳng tĩnh được trình bày trong hình 2.1, mẫu thực
phẩm được nén bằng áp suất đồng đều từ mọi hướng và sau đó mẫu thực phẩm trở về
hình dạng ban đầu khi áp suất được giải phóng. Hiệu quả xử lý áp suất cao là áp lực
được truyền đi một cách đồng nhất và tức thời trong mẫu, thời gian cần thiết để xử lý
áp suất không phụ thuộc và kích thước mẫu. Như vậy, tác động của áp suất là độc lập
với kích thước và hình dạng của mẫu sản phẩm. (Singh, R. P., & Heldman, D. R.
2001).

3


Hình 2.1 Tính chất của quá trình đẳng tĩnh (M. Shafiur Rahman, 2007)

Nguyên tắc xử lý thực phẩm bằng áp suất thủy tĩnh cao gồm ba giai đoạn chính:
tăng áp, giữ áp và xả áp. Đầu tiên, tăng áp suất đến giá trị yêu cầu, sau đó giữ áp trong
một khoảng thời gian xác định, sau cùng là giảm áp suất tác động của môi trường
truyền áp và tách sản phẩm ra khỏi môi trường truyền áp (Lê Văn Việt Mẫn, 2011).
Đối với thực phẩm rắn: đầu tiên, thực phẩm được bao gói trong các màng
polymer sau đó hàn kín, rồi đưa vào môi trường truyền áp, mức áp suất dao động từ
100 đến 600 MPa (Palou et al., 2002). Trong sản xuất công nghiệp, môi trường truyền
áp thường là nước vì giá thành rẻ, không độc hại, khả năng bị nén thấp khi ở áp suất
cao nên có thể hạn chế được những biến dạng của thực phẩm trong quá trình xử lý áp
suất cao. Có thể kết hợp với dầu khoáng hoặc dầu thực vật để bôi trơn nhằm chống sự
ăn mòn thiết bị xử lý (Swientek, 1992; Mertens, 1995) (Barbosa-Cánovas et al., 2004).
Đối với mẫu lỏng, có hai phương pháp thực hiện :
+ Phương pháp 1: cho sản phẩm lỏng vào trong các màng bao polymer, hàn kín
rồi xử lý tương tự như sản phẩm rắn.
+ Phương pháp 2: sản phẩm lỏng bơm vào và ra khỏi buồng làm việc của thiết bị
xử lý thông qua các van truyền và van cách ly cao áp đặc biệt (Singh, R. P., &
Heldman, D. R.,2001). Quy trình xử lý cũng gồm ba giai đoạn tăng áp, giữa áp và xả
áp. Sản phẩm sau khi xử lý được bơm ra khỏi thiết bị và được cho vào thùng chứa vô
trùng (Lê Văn Việt Mẫn, 2011).
2.3 Thiết bị xử lý áp suất cao
Một hệ thống áp suất cao bao gồm một bình áp suất cao và hệ thống tạo áp suất,
thiết bị điều khiển nhiệt độ và hệ thống xử lý vật liệu. Sau khi nạp và đóng, bình chứa
đầy môi trường truyền áp. Không khí được lấy ra khỏi bình bằng cách sử dụng bơm
nạp và xả nhanh áp lực, kết hợp với van điều chỉnh tự động và áp suất thủy tĩnh cao.
Áp suất cao có thể được tạo ra bằng cách nén trực tiếp hoặc gián tiếp hoặc bằng cách
nung nóng môi trường truyền áp (M. Shafiur Rahman, 2007).

4


 Buồng áp: là nơi chứa mẫu để tăng áp trong quá trình xử lý, thường có dạng hình trụ
đứng, một đầu là đỉnh có nắp đậy có thể tháo rời, một đầu là đáy nối với thân. Có ba
loại buồng áp: buồng một lớp, buồng nhiều lớp và buồng quấn dây. Nắp đậy cũng có
bao loại: nắp hình trụ có ren liên tục, nắp hình trụ có ren không liên tục, nắp hình trụ
dạng tấm có quấn dây để gia tăng khả năng chịu áp.
 Hệ thống tạo áp suất: có hai phương pháp làm tăng áp suất trong quá trình xử lý (hình
2.2).

Hình 2.2 Thiết bị tạo áp suất cao trực tiếp (a) và gián tiếp (b) trong môi trường truyền áp
(Norton, T., & Sun, DW, 2008).

- Tăng áp suất trực tiếp được tạo ra bằng cách dùng piston để nén lên mẫu lỏng làm tăng
áp lực của bình áp suất trực tiếp thông qua sự dịch chuyển của piston (Hình 2.2a).
Piston có hai đầu: một đầu lớn và một đầu nhỏ. Bơm môi trường truyền áp vào trong
bình và môi trường truyền áp sẽ tác động lên đầu nhỏ của piston. Đầu lớn của piston
tiếp xúc trực tiếp với mẫu được điều khiển bởi một máy bơm áp suất thấp. Phương
pháp này cho phép nén rất nhanh, làm tăng giá trị áp suất tác động lên mẫu (M. Shafiur
Rahman, 2007).
- Tăng áp suất gián tiếp áp dụng cho cả mẫu rắn lẫn mẫu lỏng khi xử lý sản phẩm trong
bao bì. Thực phẩm được cho vào các màng bao và hàn kín, sau đó, đặt vào bên trong
buồng áp. Bơm môi trường truyền áp vào buồng áp để bài khí (Lê Văn Việt Mẫn,
2011). Sử dụng bộ khuếch đại áp suất cao để bơm một môi trường áp lực từ một hồ
chứa vào một bình HP kín cho đến khi đạt đến áp suất mong muốn để tăng áp suất
trong buồng (Hình 2.2b). Hầu hết các hệ thống ép tĩnh điện công nghiệp (lạnh, ấm,
hoặc nóng) đều sử dụng phương pháp này (M. Shafiur Rahman, 2007).
 Hệ thống hiệu chỉnh nhiệt độ: có nhiều phương pháp hiệu chỉnh nhiệt độ trong quá
trình xử lý HP:
- Sử dụng điện trở quấn xung quanh buồng áp để gia nhiệt hoặc sử dụng vỏ áo xung quanh
buồng áp để gia nhiệt hoặc làm nguội.
- Sử dụng một thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng hoặc ống lồng ống để gia nhiệt môi
trường truyền áp trước khi bơm qua bộ phận khuếch đại để đưa vào buồng áp.
5


- Lắp đặt một điện trở hoặc thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống xoắn để gia nhiệt hoặc làm
nguội bên trong buồng áp.
 Bộ phận nạp và tháo mẫu: khi xử lý mẫu ngoài bao bì (mẫu lỏng) sử dụng đường ống
và bơm để nạp và tháo mẫu vào hoặc ra khỏi thiết bị. Xử lý mẫu trong bao bì, hệ thống
nạp và tháo mẫu tương tự trong hệ thống của thiết bị tiệt trùng nhiệt gián đoạn (Lê Văn
Việt Mẫn, 2011).
2.4 Ứng dụng của áp suất cao trong chế biến thực phẩm
Chế biến áp suất cao có thể được ứng dụng rộng rãi trên các thực phẩm khác
nhau bao gồm các sản phẩm từ thịt (giăm bông,…), cá, trái cây, rau củ và nước ép
(hình 2.3). Ngày nay, ứng dụng chính của chế biến áp suất cao là trong sản xuất mứt,
nước trái cây, nước sốt, chế biến hàu, gần đây là chế biến thịt như giăm bông. Việc xử
lý thực phẩm bằng áp suất cao có thể được ứng dụng trong các giai đoạn của quy trình
chế biến như: chuẩn bị, chế biến, bảo quản (Lê Văn Việt Mẫn, 2011).

Hình 2.3 Các sản phẩm được xử lý bằng áp suất cao
(https://www.slideshare.net/zgoutham/high-pressure-processing-of-food)

2.4.1 Trong giai đoạn chuẩn bị
Việc xử lý nguyên liệu thực phẩm bằng áp suất cao trong quá trình chuẩn bị
nhằm tạo điều kiện các quá trình chế biến khác được dễ dàng hơn.
2.4.1.1 Sử dụng áp suất cao như một phương pháp chần
Eshtiaghi và Knorr (1993) sử dụng áp suất cao ở nhiệt độ phòng để thực hiện quá
trình chần tương tự như chần bằng nước nóng hoặc hơi nước, nhưng không sử dụng
nhiệt. Áp dụng áp suất (400 MPa trong 15 phút ở 20 °C) không chỉ có thể chần khoai
tây mà còn làm giảm 4 lần tốc độ tăng trưởng ở pha log của vi sinh vật trong khi đó
lượng acid ascorbic được giữ lại là 85%. HPP ở nhiệt độ phòng và sử dụng acid citric
0,5% đã khử hoàn toàn hoạt tính của enzyme polyphenol oxidase. Do đó, HP có thể
được sử dụng như một phương pháp chần không sử dụng nhiệt (Rastogi et al., 2007).

6


2.4.1.2 Sử dụng áp suất cao trong quá trình tách n ước th ẩm th ấu
Áp dụng áp suất thủy tĩnh cao (HHP) có ảnh hưởng đến cấu trúc thành tế bào,
làm tăng tính thấm của màng tế bào, dẫn đến những thay đổi đáng kể trong cấu trúc
mô. Theo nghiên cứu của Eshtiaghi, Stute và Knorr (1994), việc áp dụng áp suất 600
MPa trong 15 phút ở 70 °C dẫn đến sự giảm tốc độ sấy của đậu xanh và cà rốt. Tuy
nhiên, tốc độ sấy tăng đáng kể trong khi sấy khoai tây, điều này có thể là do tính thấm
của các màng tế bào cà rốt và đậu xanh kém hơn so với khoai tây (Rastogi et al.,
2007).
Các phương pháp xử lý áp suất cao (100 – 800 MPa) đã làm tăng khả năng loại
bỏ nước cũng như tăng độ cứng của dứa (hình 2.4). Ở mẫu được xử lý áp suất 700
MPa có khả năng loại bỏ nước cao hơn so với mẫu không được xử lý HP trong cùng
một thời gian.

Hình 2.4 Sự thay đổi của hàm lượng nước theo thời gian và áp suất (Rastogi et al., 2007).

Sự nén ép và giãn nỡ xảy ra trong quá trình xử lý trước áp suất cao gây ra sự di
chuyển của một lượng nước đáng kể do vỡ thành tế bào. Áp suất cao làm cho cấu trúc
mô mở ra và tạo điều kiện cho nước khuếch tán ra ngoài. Tác dụng hỗ trợ của sự thẩm
thấu tế bào do áp suất cao và sự thẩm thấu khi tiến hành tách nước được chứng minh
rõ ràng hơn trong khoai tây (Rastogi, Angersbach và Knorr, 2000a, 2000b, 2003). Độ
ẩm giảm và hàm lượng chất rắn tăng lên khi mẫu được xử lý ở 400 MPa (Rastogi et
al., 2007).
2.4.1.3 Sử dụng áp suất cao trong quá trình nghiền
Trong sản xuất bia, việc xử lý áp suất cao (200 – 600 MPa) để chiết xuất đường
đã được nghiên cứu bởi Prez et al., 2002. Áp suất cao được ứng dụng để giảm hoạt
tính β-glucanase trong dịch nha được nghiền ướt, nhưng không có sự khác biệt đáng
kể trong các mẫu chịu áp suất khác nhau (200 – 600 MPa). Xử lý áp suất cao malt
7


nghiền ướt ở 400 hoặc 600 MPa trong 20 phút dẫn đến việc đường hòa tan trong nước,
nhưng với hàm lượng thấp hơn so với hàm lượng được tìm thấy ở điều kiện 65 °C
trong 90 phút. Do đó, việc xử lý áp suất cao có thể là một giải pháp thay thế khả thi
nếu thực hiện khuấy bột trong bình ở áp suất cao có thể cải thiện khả năng chiết xuất
đường và giảm thời gian xử lý (Rastogi et al., 2007).
Một nghiên cứu được thực hiện với hiệu quả xử lý áp suất thủy tĩnh cao (HHP) ở
50 – 500 MPa kết hợp với xử lý nhiệt (20 – 60 °C) trên hoạt động của enzyme
peroxidase (POD), polyphenol oxidase (PPO) và pectin methylesterase (PME) của cà
chua xay nhuyễn. Áp suất thủy tĩnh siêu cao (UHP) hoặc xử lý nhiệt nhẹ làm giảm
đáng kể 32,5% hoạt động PME khi kết hợp xử lý ở 150 MPa / 30 °C, giảm hoạt tính
POD (25%) thu được trong cà chua nghiền được xử lý ở 350 MPa / 20 °C, nhưng hoạt
tính của POD sẽ tăng nếu kết hợp xử lý ở áp suất cao hơn và xử lý nhiệt nhẹ ở khoảng
30 – 60 °C. Khi kết hợp áp suất 200 MPa / 20 °C làm giảm đáng kể 10% trong hoạt
động của PPO (Hernández, A., & Cano, M.P, 1998).
Như vậy, xử lý áp suất cao trong quá trình nghiền có thể làm giảm sự thất thoát
các chất đường hòa tan, làm giảm hoạt động của một số enzyme oxy hóa, tăng hiệu
suất nghiền, tạo điều kiện cho quá trình trích ly.
2.4.1.4 Sử dụng áp suất trong tách vỏ nhuyễn thể
Hàu và các loài nhuyễn thể hai vỏ cần phải tách vỏ trước khi chế biến, vỏ của
các loài nhuyễn thể khi lẫn vào trong thịt sẽ gây nguy hiểm cho người tiêu dùng. Vì
vậy, có thể sử dụng HP để tách vỏ hàu mà không làm vỡ vỏ và gây nguy hiểm cho
người tiêu dùng.
Mẫu hàu được đóng gói chân không, đảm bảo không cho hàu tiếp xúc trực tiếp
với HHP. Sử dụng hỗn hợp dầu ethanol-castor (90 :10) là môi trường truyền áp ở mức
100, 300, 500 hoặc 800 MPa trong 10 phút ở 20 °C và phân tích. Toàn bộ mô hàu đã
được lấy ra khỏi vỏ hàu sau khi xử lý HP. Việc xử lý hàu bằng HP dẫn đến những thay
đổi đáng kể so với mẫu hàu không được xử lý HP (bảng 2.2). Độ ẩm tăng từ áp suất
đối chứng đến áp suất 800 MPa, độ ẩm tăng do sự hấp thụ nước bởi protein. Hàm
lượng protein và tro giảm khi áp suất ngày càng tăng do HP có khả năng hydrate hóa
protein. Đối với cơ dẫn hàu, hàm lượng protein cao (khoảng 94% trọng lượng chất
khô). Độ ẩm tăng khi áp suất tăng, vì cơ dẫn hàu không bị cắt khi xử lý HP do đó độ
ẩm của hàu được giữ lại, không phát hiện chất béo trong cơ dẫn hàu (Cruz-Romero et
al., 2004).
Bảng 2.2 Ảnh hưởng của xử lý HP (giữ thời gian 10 phút ở 20 °C) trên thành phần của mô và cơ
dẫn hàu (Cruz-Romero et al., 2004).

8


Áp
suất
Mô hàu (Whole oyster tissue)
(MPa)
Độ
ẩm Protein
Chất béo
(%)
(%)
(%)
0.1
(Đối 76,6 ± 0,6 11,6 ± 0,0 2,1 ± 0,3
chứng)
77,1 ± 0,4 11,5 ± 0,2 2,3 ± 0,2
100
300
79,0 ± 0,2 10,0 ± 0,1 1,7 ± 0,1
500
80,3 ± 0,1 9,4 ± 0,0 2,0 ± 0,1
800
80,6 ± 0,2 8,8 ± 0,1
2,7 ± 0,1

Tro
(%)
2,9 ± 0,1

Cơ dẫn hàu (Oyster
adductor muscle)
Độ ẩm
Protein
(%)
(%)
77,7 ± 0,5 20,9 ± 0,1

2,2 ± 0,0
1,9 ± 0,7
1,8 ± 0,3
1,7 ± 0,7

77,9 ± 0,9
78,5 ± 0,1
79,5 ± 0,0
79,8 ± 0,3

20,0 ± 0,0
19,3 ± 0,6
18,5 ± 0,8
18,2 ± 0,3

Trong quá trình xử lý HP, cơ thịt hàu được tách ra khỏi vỏ và thịt hàu có cấu trúc
tốt (hình 2.5b), vị ngọt hơn (López – Caballero et al., 2000). Trong quá trình chế biến
truyền thống, hàu được loại bỏ vỏ bằng phương pháp thủ công (bằng tay) (hình 2.5a).
Điều này đòi hỏi người lao động phải có kinh nghiệm và kỹ năng lành nghề để không
làm hỏng thịt hàu khi xử lý, làm giảm chất lượng và giá trị cảm quan của thành phẩm.
Xử lý hàu bằng HP có thể loại bỏ tối thiểu những hư hỏng khi tách vỏ hàu, HP cao có
thể làm giảm được chi phí lao động và những rủi ro không mong muốn, cải thiện chất
lượng sản phẩm (Cruz-Romero et al., 2007).

a)

b)
Hình 2.5 Hàu được xử lý bằng tay (a); hàu được xử lý HP (b)
(https://www.slideshare.net/HiperbaricHPP/hiperbaric-hpp-seafood-2013)

2.4.2 Trong giai đoạn chế biến
2.4.2.1 Sử dụng áp suất cao để trích ly
Việc xử lý áp suất cao có thể dẫn đến sự sắp xếp lại cấu trúc mô, tăng khả năng
chiết xuất ngay cả ở nhiệt độ phòng. Khả năng chiết xuất caffeine từ cà phê bằng nước
có thể tăng lên nhờ áp dụng áp suất cao cũng như sự gia tăng nhiệt độ. Việc xử lý áp
suất cao và nhiệt độ trên cà phê được so sánh với chiết xuất ở 100 °C cũng như ở áp
suất khí quyển (hình 2.6).

9


Hình 2.6 Ảnh hưởng của việc xử lý nhiệt độ áp suất lên nồng độ caffeine trong hỗn hợp nước bột
cà phê (Rastogi et al., 2007).

Sản lượng caffeine tăng dần theo nhiệt độ ở cùng áp suất. Sự kết hợp giữa áp suất
cao và nhiệt độ thấp được ứng dụng phổ biến trong công nghiệp trích ly (BarbosaCánovas et al., 2004).
2.4.2.1 Sử dụng áp suất cao trong quá trình chiên
Sử dụng áp suất cao trong quá trình chiên giúp làm tăng khả năng hấp thụ dầu
(40%) trong sản phẩm khoai tây đông lạnh bằng áp suất cao so với khoai tây đông lạnh
bằng phương pháp chần. Việc sử dụng áp suất cao có thể làm giảm độ ẩm do sản phẩm
bị nén trong môi trường áp suất, sau đó giải nén làm cho cấu trúc của nguyên liệu trở
nên xốp và tăng khả năng hút dầu (Rastogi et al., 2007).
2.4.3 Trong giai đoạn bảo quản
Áp suất cao thường được ứng dụng chủ yếu trong quá trình bảo quản. Quá trình
xử lý thực phẩm bằng áp suất cao có thể ức chế được các vi sinh vật và enzyme, vì vậy
có thể kéo dài thời gian bảo quản.
2.3.3.1 Lạnh đông thực phẩm bằng phương pháp thay đổi áp su ất
Lạnh đông là quá trình bảo quản thực phẩm bằng cách hạ nhiệt độ xuống thấp
hơn nhiệt độ đóng băng của nước, tại đó nước trong thực phẩm sẽ kết tinh thành đá.
Quá trình lạnh đông chậm có thể gây ra thiệt hại về cấu trúc lớn do sự hình thành các
tinh thể đá lớn, đồng thời dẫn đến sự gia tăng hoạt động của enzyme và sự phát triển
của vi sinh vật, cũng như tăng tỷ lệ oxy hóa do nồng độ chất tan tăng (Kalichevsky,
Knorr và Lillford, 1995). Sự gia tăng thể tích là nguyên nhân chính gây tổn thương mô
trong quá trình lạnh đông. Quá trình lạnh đông nhanh bằng cách sử dụng cryogens có
thể gây ra hiện tượng nứt băng do hai hiệu ứng: sự giảm khối lượng ban đầu do làm
lạnh và sự tăng khối lượng lúc sau do đóng băng.
Để giảm sự hình thành các tinh thể đá có kích thước lớn, áp suất được tăng để
làm giảm nhiệt độ đông đặc của nước. Ở áp suất 200 Mpa, nước vẫn không bị đông
10


đặc ở - 21 °C. Ưu điểm của áp suất cao trong lạnh đông là tạo điều kiện thúc đẩy tốc
độ tạo thành mầm tinh thể nhanh, các tinh thể đá mịn và đồng nhất trong toàn bộ thể
tích (Singh, R. P., & Heldman, D. R, 2001).
2.4.3.2 Rã đông bằng phương pháp thay đổi áp suất
Ngày nay, phương pháp rã đông thực phẩm chủ yếu là sử dụng nước hoặc không
khí là tác nhân rã đông. Quá trình rã đông xảy ra chậm hơn quá trình lạnh đông, trong
thời gian rã đông có thể xảy ra các hư hỏng vật lý, hóa học và sự xâm nhập của vi sinh
vật vào thực phẩm, gây ra sự mềm hóa quá mức của mô thực vật. Vì vậy, quá trình rã
đông cần được thực hiện trong thời gian ngắn nhằm hạn chế sự thất thoát dịch bào và
sự phát triển của vi sinh vật trong thực phẩm.
Các nghiên cứu gần đây cho thấy, việc rã đông áp suất cao có thể duy trì chất
lượng thực phẩm và làm giảm thời gian rã đông. Quá trình rã đông bằng cách thay đổi
áp suất giúp cải thiện cấu trúc đậu phụ đông lạnh so với rã đông bằng áp suất khí
quyển (Barbosa-Cánovas et al., 2004).
2.4.3.3 Bảo quản thực phẩm ở nhiệt độ âm trong môi trường áp su ất cao
Trong quá trình bảo quản lạnh đông, sự hình thành của các tinh thể đá có thể gây
tổn thương cho cấu trúc tế bào và ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm. Vì vậy, việc
bảo quản thực phẩm ở môi trường không lạnh đông nhiệt độ thấp dưới tác động của áp
suất là một phương pháp ngăn chặn những tổn thương của hiệu ứng đóng băng và tan
băng. Trong môi trường này, nước trong thực phẩm không bị đóng băng, tuy nhiên
những hư hỏng do vi sinh vật và enzyme bị hạn chế ở nhiệt độ thấp.
Ví dụ, thịt lợn sống có thể được bảo quản dưới áp suất, tránh được các tổn thất
chất tan xảy ra sau khi rã đông. Trong một số trường hợp, số lượng vi sinh vật trong
mẫu thịt giảm khi bảo quản ở nhiệt độ thấp dưới áp suất cao (200 MPa, -20 °C) so với
lạnh đông (Singh, R. P., & Heldman, D. R., 2001).
Do đó, bảo quản không đông lạnh ở nhiệt độ thấp dưới áp suất cao là một
phương pháp kéo dài thời hạn sử dụng của một số loại thực phẩm nhất định, có thể
tránh được sự tổn thất của sản phẩm do làm lạnh và tan băng. Một số tác giả đã chỉ ra
rằng việc tiết kiệm năng lượng đáng kể có thể được thực hiện bằng cách sử dụng
phương pháp bảo quản áp suất cao thay vì lạnh đông (Singh, R. P., & Heldman, D. R.,
2001).
2.4.3.4 Kết hợp phương pháp xử lý áp suất cao và phương pháp chiếu xạ
Chiếu xạ là một quá trình vật lý, sử dụng các tia bức xạ điện từ hoặc dòng
electron để tác động lên các mẫu thực phẩm nhằm ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật
giúp kéo dài thời gian bảo quản. Trong công nghiệp, mỗi loại thực phẩm đều có một
liều xạ tối đa cho phép sử dụng (thường không vượt quá 10 KGy). Nếu sử dụng liều xạ
11


quá cao sẽ gây ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm (thất thoát vitamin C, làm mất giá
trị cảm quan của trái cây tươi,…).
Crawford, Murano, Olson và Shenoy (1996) đã nghiên cứu ảnh hưởng của sự kết
hợp giữa áp suất cao và chiếu xạ gamma để khử hoạt tính của bào tử Clostridium trong
ức gà. Ứng dụng áp suất cao để làm giảm liều chiếu xạ cần thiết trong sản suất thịt gà
giúp kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm. Việc xử lý áp suất cao (600 MPa trong
20 phút ở 80 °C) làm giảm một lần tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật ở pha lũy thừa
của Clostridium progenies từ 4,2 KGy xuống còn 2,0 KGy.
Mainvile, Montpetit, Durand và Farnworth (2001) đã nghiên cứu ảnh hưởng sự
kết hợp giữa áp suất cao và chiếu xạ đối với hệ vi sinh vật của gà. Việc xử lý chiếu xạ
trên gà ở 5 KGy và xử lý áp suất cao (400 MPa trong 5 hoặc 30 phút) đã khử hoạt tính
của vi khuẩn và nấm men, nhưng protein và chất béo không bị biến đổi (BarbosaCánovas et al., 2004).
Qua các nghiên cứu trên cho thấy việc kết hợp áp suất cao và chiếu xạ giúp giảm
được lượng chiếu xạ cần thiết, cải thiện chất lượng sản phẩm, tiết kiệm được năng
lượng sử dụng cho việc chiếu xạ trong chế biến thực phẩm.
2.5 Các biến đổi của nguyên liệu khi xử lý áp suất cao
- Vật lý: Trong quá trình xử lý HHP, thể tích chất lỏng và chất rắn có thể giảm nhưng
không nhiều. Ví dụ, ở 800 MPa và 20 °C, thể tích của nước sẽ bị giảm 17%, tuy nhiên
khi xả áp thì thể tích nước sẽ được phục hồi. Ngược lại, thể tích khí sẽ bị giảm đáng kể
dưới tác động của áp suất cao. Do đó, cần quan tâm đến sự có mặt của khí trong thực
phẩm như trong gian bào, trong bao bì đựng thực phẩm… Trong quá trình tăng áp, sự
co giãn của khí trong thực phẩm có thể làm rách bao bì, làm tăng tổn thất sản phẩm
(Lê Văn Việt Mẫn, 2011).
- Hóa học: theo nguyên lý Le Chaterlier – Braun, áp suất sẽ phá vỡ một số liên kết vật lý
như tương tác tĩnh điện, tương tác kỵ nước,… nhưng liên kết cộng hóa trị sẽ không bị
phá vỡ mà có thể được tăng cường.
+ Mỡ cá được xử lý bằng áp suất cao có thể làm giảm sự oxy hóa chất béo.
+ Khi xử lý nectar dâu ở 400 MPa và 20 °C trong 30 phút, hàm lượng vitamin C
trong sản phẩm không bị thay đổi. Nhiệt độ xử lý tăng sẽ làm tăng tổn thất vitamin C.
+ Aspartame là một chất ngọt tổng hợp thường được sử dụng trong sản phẩm
thức uống pha chế. Khi xử lý thực phẩm có chứa 0,5 g aspartame/lít ở 600 MPa và 60
°C trong 30 phút thì độ ngọt của sản phẩm sẽ bị giảm gần bằng 50% lượng chất ngọt
ban đầu. Độ ngọt giảm là do aspartame bị phân hủy và tạo ra các chất mới như
diketopiperazine và aspartylphenylalanin (Lê Văn Việt Mẫn, 2011).

12


- Hóa lý: HP có thể làm biến tính protein. Sự biến tính phụ thuộc vào loại protein, điều
kiện xử lý và áp suất được áp dụng. Trong quá trình biến tính, protein có thể bị hòa tan
hoặc kết tủa khi xử lý áp suất cao. Những thay đổi này thường dao động trong khoảng
100 – 300 MPa và không thể phục hồi nếu áp suất cao hơn 300 MPa (Rastogi et al.,
2007).
HP có thể làm phân tử protein bị duỗi mạch, dẫn đến sự kết tụ hoặc tạo gel. HP
được ứng dụng trên protein đậu nành, lòng trắng trứng, một số loại cá,… Gel duy trì
hình dạng của thực phẩm ở 600 MPa đối với lòng trắng trứng , 200 MPa đối với
actomyosin của cá chép, 300 MPa đối với protein đậu nành. Gel được xử lý áp HP
thường giữa được màu sắc và hương vị tự nhiên, trạng thái bóng và mềm hơn gel được
xử lý nhiệt. Theo các phép đo kết cấu, các gel có xu hướng tăng độ cứng và giảm độ
bám dính khi tăng áp suất. Tuy nhiên, gel được xử lý HP có khả năng trương nở lớn và
không bị gãy mạch do áp suất cao (Okamoto, M., Kawamura, Y., & Hayashi, R.,
1990).
HP cũng có thể được xem là tác nhân tạo gel tinh bột. Đối với tinh bột khoai tây,
sự tạo gel xảy ra ở 650 MPa và nhiệt độ 30 °C.
Đối với chất béo và nước, trạng thái pha có thể bị thay đổi dưới tác dụng của áp
suất. Ở áp suất khí quyển, nước sẽ tồn tại ở pha rắn khi nhiệt độ giảm xuống -20 °C.
Tuy nhiên, ở áp suất 207,5 MPa nước vẫn tồn tại ở dạng pha lỏng khi nhiệt độ là -20
°C (Lê Văn Việt Mẫn, 2011).
- Sinh học: HP không làm thay đổi hình dạng của các tế bào vi khuẩn. Tuy nhiên, các tế
bào nấm men và nấm mốc nhạy cảm với áp suất có thể bị bất hoạt ở áp suất 250 – 300
MPa (Knorr, 1995 ; Patterson, Quinn, Simpson và Gilmour, 1995), ở áp suất 250 MPa
thể tích tế bào nấm men sẽ bị giảm và sẽ không phục hồi hình dạng ban đầu sau khi xử
lý áp suất.
Đối với Saccharomyces cerevisiae, ở áp suất khoảng 400 MPa, cấu trúc và các
bào quan tế bào chất bị biến dạng và một lượng lớn các chất nội bào bị rò rỉ. Trong khi
ở 500 MPa nhân tế bào không còn và sự thất thoát các vật liệu nội bào gần như hoàn
toàn (Rastogi et al., 2007). Những biến đổi do áp suất cao sẽ làm giảm hoạt tính hoặc
ức chế hoạt động của vi sinh vật.
Các bào tử vi khuẩn có khả năng chịu áp suất cao, nhưng xử lý áp suất > 1200
MPa có thể bị bất hoạt. Nhiệt độ khoảng 90 – 121 °C kết hợp với áp suất 500 – 800
MPa đã được áp dụng để khử hoạt tính bào tử tạo thành vi khuẩn như Clostridium
botulinum (Rastogi et al., 2007).
- Hóa sinh: áp suất cao làm thay đổi cấu trúc bậc 2, 3 và 4 của protein, do đó sẽ ảnh hưởng
đến hoạt tính enzyme trong thực phẩm. Một vài nghiên cứu cho thấy áp suất cao có thể
làm giảm hoạt tính hoặc vô hoạt enzyme, đảm bảo sản phẩm có chất lượng cao và ổn
13


định. Ví dụ như lipoxygenase trong đậu nành có thể bị vô hoạt ở áp suất 400 – 600
MPa ở nhiệt độ phòng. Nhóm enzyme trypsin, chymotrypsin, cathepsin và collagenase
trong thủy sản bị vô hoạt khi áp suất dao động trong khoảng 100 – 400 MPa (Lê Văn
Việt Mẫn, 2011).
HP làm giảm tốc độ phản ứng hóa nâu (phản ứng Maillard). Xử lý HP bao gồm
hai phản ứng, phản ứng ngưng tụ của các hợp chất amino với hợp chất carbonyl, và
phản ứng màu liên tiếp bao gồm sự hình thành melanoidin và quá trình trùng hợp.
Phản ứng ngưng tụ cho thấy không có gia tốc bằng áp suất cao (5–50 MPa ở 50◦C) vì
HP ngăn chặn sự tạo ra các gốc tự do ổn định có nguồn gốc từ melanoidin, nguyên
nhân gây ra phản ứng hóa nâu (Rastogi et al., 2007).
HP gây ra những thay đổi về cấu trúc của polygalacturonase (PG) làm giảm sự
liên kết của chất nền và sự bất hoạt enzyme. Eun, Seok và Wan (1999) đã nghiên cứu
ảnh hưởng của việc xử lý áp suất cao đối với PG từ bắp cải Trung Quốc để ngăn chặn
sự mềm và hư hỏng của thực phẩm như kim chi mà không ảnh hưởng đến chất lượng.
PG bị bất hoạt do xử lý áp suất cao hơn 200 MPa trong 1 phút (Rastogi et al., 2007).

3 KẾT LUẬN
Xử lý thực phẩm bằng áp suất cao có thể giữ được các tính chất cảm quan và giá
trị dinh dưỡng giống với tính chất của thực phẩm tươi. Phương pháp này có thể thay
thế phương pháp xử lý nhiệt, giảm được những thay đổi và thất thoát thành phần dinh
dưỡng trong thực phẩm. Ứng dụng HP trong xử lý thực phẩm có thể khử hoạt tính của
enzyme và ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng
sản phẩm. Vì vậy, thời gian bảo quản của sản phẩm được kéo dài, hạn chế việc sử
dụng phụ gia và chất bảo quản, đảm bảo chất lượng và tăng tính an toàn cho người tiêu
dùng.
Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của phương pháp này là chi phí đầu tư cho thiết bị
xử lý khá cao, sản phẩm sau khi xử lý HP vẫn phải được bảo quản lạnh. Vì vậy, các
nhà sản xuất thực phẩm cần hiểu rõ ưu điểm nổi bật của công nghệ xử lý HP so với các
công nghệ xử lý nhiệt. Từ đó, đưa ra phương pháp xử lý phù hợp với tính chất của
từng loại thực phẩm.

14


TÀI LIỆU THAM KH ẢO
Lê Văn Việt Mẫn, Lại Quốc Đạt, Nguyễn Thị Hiền, Tôn Nữ Minh Nguyệt, Trần Thị
Thu Trà, 2011. Công nghệ chế biến thực phẩm. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia
Thành phố Hồ Chí Minh.
Barbosa-Cánovas, G. V., Tapia, M. S., & Cano, M. P. (Eds.), 2004. Novel food
processing technologies. CRC press.
Cruz-Romero, M., Kelly, A. L., & Kerry, J. P, 2007. Effects of high-pressure and heat
treatments on physical and biochemical characteristics of oysters (Crassostrea
gigas). Innovative food science & emerging technologies, 8(1), 30-38.
Cruz-Romero, M., Smiddy, M., Hill, C., Kerry, J. P., & Kelly, A. L, 2004. Effects of
high pressure treatment on physicochemical characteristics of fresh oysters
(Crassostrea gigas). Innovative Food Science & Emerging Technologies, 5(2),
161-169.
Hernández, A., & Cano, M. P, 1998. High-pressure and temperature effects on enzyme
inactivation in tomato puree. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 46(1),
266-270.
M. Shafiur Rahman, 2007. Hand book of Food Preservation. CRC press.
Norton, T., & Sun, D. W, 2008. Recent advances in the use of high pressure as an
effective processing technique in the food industry. Food and Bioprocess
Technology, 1(1), 2-34.
Okamoto, M., Kawamura, Y., & Hayashi, R., 1990. Application of high pressure to
food processing: textural comparison of pressure-and heat-induced gels of food
proteins. Agricultural and Biological Chemistry, 54(1), 183-189.
Rastogi, N. K., Raghavarao, K. S. M. S., Balasubramaniam, V. M., Niranjan, K., &
Knorr, D., 2007. Opportunities and challenges in high pressure processing of
foods. Critical reviews in food science and nutrition, 47(1), 69-112.
Singh, R. P., & Heldman, D. R., 2001. Introduction to food engineering. Gulf
Professional Publishing.

15



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×