Chế biến, bảo quản thực phẩm bằng công nghệ Plasma
Theo xu hướng hiện nay, chế biến và bảo quản thực phẩm bằng công nghệ plasma đang được các nước tiên tiến trên thế giới áp dụng phổ biến. Với ứng dụng tiềm năng để khử trùng, plasma đã được sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như: Khử trùng nguyên liệu thô, các loại hạt khô và vật liệu đóng gói, ...
Thực phẩm là một phần không thể thiếu trong đời sống con nguời, chính vì nhu cầu cần thiết ấy mà ngành công nghệ thực phẩm hiện nay rất phát triển để đảm bảo đem đến cho nguời tiêu dùng những sản phẩm tốt nhất, chất lượng đảm bảo.
Theo xu hướng hiện nay, chế biến và bảo quản thực phẩm bằng công nghệ plasma đang được các nước tiên tiến trên thế giới áp dụng phổ biến. Với ứng dụng tiềm năng để khử trùng, plasma đã được sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như: Khử trùng nguyên liệu thô, các loại hạt khô và vật liệu đóng gói, ...
Khái niệm
Trong vật lý và hóa học, Plasma là một chất khí ion hóa có chứa các electron tự do, các ion, các nguyên tử và phân tử trung tính. Plasma thường được gọi là "trạng thái thứ 4 của vật chất" vì nó có tính chất vật lý độc đáo khác biệt với các chất rắn, chất lỏng và khí. Đặc biệt, do sự hiện diện của các hạt mang điện, plasma trở nên dẫn điện trong trường điện từ. Plasma có thể là môi trường phản ứng hóa học nhờ kích thích và phóng ra bức xạ điện từ ở nhiều vùng bước sóng khác nhau.
Dựa vào tính chất nhiệt động lực học mà plasma được chia làm hai loại là: plasma nóng– thermal Plasma và plasma lạnh – non-thermal Plasma.
Bảo quản thực phẩm bằng plasma
Plasma lạnh (Non-thermal Plasma - NTP) là dòng vật chất tích diện mang năng lượng cao, bao gồm phân tử khí, hạt tích điện là các ion, các ion âm, gốc tự do, điện tử và bức xạ điện từ (photon) ở nhiệt độ gần phòng. NTP là một công nghệ mới nổi trong công nghệ không sử dụng nhiệt độ cao với ứng dụng tiềm nang dể khử trùng trong các ngành công nghiệp thực phẩm. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng NTP có thể duợc sử dụng dể khử trùng nguyên liệu thô, các loại hạt khô và vật liệu đóng gói, ... Những dẫn chứng sau đây sẽ chứng minh và cho thấy các ứng dụng tiềm năng của Plasma trong chế biến thực phẩm:
Các yếu tố có tác dụng khử trùng trong plasma lạnh: Khử trùng bằng plasma là một quá trình phức tạp từ nhiều yếu tố và chúng có thể tương tác với tế bào vi khuẩn. Các yếu tố có tác dụng khử trùng trong plasma lạnh được đề cập bao gồm: Ảnh hưởng của nhiệt độ, bức xạ cực tím (UV), hạt tích diện và ảnh hưởng của các gốc tự do.
Các ứng dụng tiềm năng
Plasma lạnh là sự kết hợp giữa plasma năng lượng cao với chế độ xử lý ở nhiệt độ môi truờng, đặc biệt thích hợp cho khử trùng trong môi trường chế biến thực phẩm, bao gồm: Khử trùng bề mặt khô (thịt, gia cầm, cá và các sản phẩm rau quả tươi sau thu hoạch), thực phẩm dạng hạt (sữa bột, các loại thảo mộc và gia vị) và hạt giống.
Xử lý các sản phẩm thô và khô: Thông thuờng, phương pháp khử trùng nhờ nhiệt độ, hóa học và các loại khí (ví dụ ethylene oxide, hydrogen peroxide) được sử dụng để khử trùng bề mặt của trái cây, gia vị, hạt…nhưng thường ảnh hưởng có hại đến thực phẩm hoặc để lại dư lượng sau quá trình xử lý (Muranyi et al. 2007).
Plasma lạnh cung cấp một bước điều trị các sản phẩm tươi sống, giúp giảm thiểu vi khuẩn mà không ảnh huởng xấu đến các đặc điểm chính và dinh dưỡng khác. Các ion trong plasma lạnh có thể thâm nhập vào các vết nứt và khe hở của các cơ quan có hình dạng phức tạp.
Xử lý màng sinh học các bề mặt: Công nghệ plasma có thể xử lý các mối đe dọa của việc hình thành màng sinh học trên bề mặt chế biến (Critzer et al. 2007). Dénes et al. (2000) tuyên bố rằng plasma oxy giúp tăng khả năng chống bám dính vi khuẩn bằng cách làm sạch và khử trùng các bề mặt không được bao phủ bởi các màng sinh học.
Khử trùng vật liệu đóng gói: Plasma lạnh có khả năng bổ sung cho phương pháp hóa học hiện nay thông qua quá trình khử trùng bao bì thực phẩm. Nhiệt độ thấp của plasma cho phép xử lý nhanh và an toàn các vật liệu như: Chai nhựa, nắp dậy mà không ảnh huởng xấu đến các tính chất vật liệu và không để lại dư lượng.
Xử lý nước thải: Khi tạo ra plasma trong chất lỏng, thể xử lý nuớc thải từ ngành công nghiệp thực phẩm, như nước rửa thịt gia cầm (Rowan et al. 2007). Ðó là sự kết hợp của điện trường plasma lạnh tạo ra các gốc tự do, các electron tự do, tia UV và các yếu tố điện ở mức 10-40 kV / cm (Espie et al. 2001).
Lợi ích và mối quan tâm liên quan
Xử lý plasma là một công nghệ đầy hứa hẹn ở chỗ nó hoạt động nhanh chóng, không để lại dư chất độc hại, khí thải và sự gia tăng nhiệt độ có thể được giữ ở mức chấp nhận được. Hơn nữa, nó có thể được vận hành thuận tiện một cách liên tục. Ảnh huởng của tia cực tím và các yếu tố khác trong plasma lên chất béo và các thành phần nhạy cảm khác của thực phẩm như vitamin C và E vẫn chưa rõ ràng. Các sản phẩm có hàm lượng lipid cao sẽ có khả năng bị ảnh hưởng bởi quá trình oxy hóa, kết quả là hình thành các axit hydroxyl, keto axit, axit béo chuỗi ngắn và aldehyt … gây ra mùi.
Một số phát hiện gần đây trong lĩnh vực plasma lạnh trong việc ngừng hoạt dộng của vi sinh vật và bào tử:
* Nhóm vi sinh vật: Escherichia coli, Bacillus subtilis, Candida albicans và Staphylococcus aureus
Ðiều kiện plasma: Plasma tần số cao (0,4 torr) và plasam bề mặt (0,4-0,5 torr) sử dụng môi trường không khí, tần số 5,28 MHz
Bề mặt xử lý / môi trường: Tấm kính và đĩa petri.
Kết quả nổi bật: Các yếu tố có tác dụng khử trùng được tạo ra trong plasma là gốc OH "nóng" và "lạnh", gốc N2 và phân tử O2 ở trạng thái kích thích, bức xạ tia cực tím.
* Nhóm vi sinh vật: Escherichia coli KCTC1039 , Bacillus subtilis
Ðiều kiện plasma: Plasma được tạo ra ở tần số 13,56 MHz trong môi truờng khí Helium và oxy
Bề mặt xử lý / môi trường: Các tế bào vi sinh vật khô và hệ thống treo endospore trên phiến kính
Kết quả nổi bật: Sau khi xử lý vi khuẩn, tế bào chất bị biến dạng nghiêm trọng và thất thoát nhiễm sắc thể. UV phát sinh từ plasma ảnh hưởng không đáng kế đến khả năng tồn tại của bào tử.
* Nhóm vi sinh vật: Aspergillus parasiticus và Aflatoxin Ðiều kiện plasma
Plasma sử dụng khí nén và khí SF6, 300 W
Bề mặt xử lý / môi trường: Hạt dẻ, đậu phộng, các loại hạt và quả
Kết quả nổi bật: Ứng dụng plasma SF6 là hiệu quả hơn với sự sụt giảm 5-log nồng độ bào tử nấm trong thời gian tương tự nhờ plasma khí nén. Xử lý plasma khí nén 20 phút làm giảm 50% độc tố aflatoxin (AFB1, AFB2, AFG1 và AFG2), trong khi xử lý plasma SF6 chỉ đạt 20%. Không có thay đổi đáng kể về cảm quan.
* Nhóm vi sinh vật: Escherichia coli K12
Ðiều kiện plasma: Chùm plasma áp suất thường được tạo ra trong môi trường khí He với điện áp cao 6 kV
Bề mặt xử lý / môi trường: Tế bào vi khuẩn E. coli lắng trên bề mặt của màng lọc
Kết quả nổi bật: SEM cho thấy cấu trúc của các tế bào bị tổn thương sau khi xử lý plasma. Tỷ lệ sống của các tế bào vi khuẩn E. coli được tìm thấy phụ thuộc vào mật độ bề mặt tế bào, do ảnh huởng đến độ sâu mà plasma tiếp xúc. Trạng thái sinh lý của tế bào (giai doạn tăng trưởng) ảnh huởng đến khả năng chống lại tác động của plasma.
Hồng Vân
(Nguồn: Báo cáo phân tích xu hướng công nghệ ứng dụng Plasma trong chế biến và bảo quản thực phẩm-TTTTKHCN TP.HCM).