Đồ án Tổng quan tài liệu về quá trình chế biến tối thiểu

Tổng quan về quá trình chế biến tối thiểu (minimal processing) Chương 1. Giới thiệu chung về chế biến tối thiểu 1.1 Khái niệm về chế biến tối thiểu (minimal processing) [6] Thuật ngữ “chế biến tối thiểu” được định nghĩa theo rất nhiều cách khác nhau. Theo Manvell (1996) thì chế biến tối thiểu có nghĩa là tác động ít nhất lên thực phẩm để đạt được những mục đích của nhà sản xuất. Theo Huis in’t Veld (1996) thì chế biến tối thiểu đó là tối thiểu những ảnh hưởng bất lợi tới chất lượng của thực phẩm đồng thời kéo dài thời gian bảo quản của thực phẩm. Còn theo Fellow (2000) thì chế biến tối thiểu bao gồm những kĩ thuật bảo quản thực phẩm, nhằm giữ lại các giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan cho thực phẩm nhưng hạn chế việc sử dụng nhiệt vốn là phương pháp chính để bảo quản thực phẩm đã tồn tại từ rất lâu đời. 1.2 Mục đích của chế biến tối thiểu , [6, 21] Kỹ thuật chế biến tối thiểu ra đời nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng phát triển về thực phẩm của người tiêu dùng. Đó là những yêu cầu về sản phẩm thực phẩm đã qua chế biến có những đặc tính sau: Tính chất gần giống như thực phẩm ở trạng thái tươi (fresh-like). Giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan cao. Có lợi cho sức khỏe. Tính an toàn cao, sử dụng ít hoặc không sử dụng các loại hoá chất bảo quản tổng hợp độc hại. Tiện lợi, tiết kiệm thời gian cho người sử dụng Đối với công nghiệp thì kỹ thuật chế biến tối thiểu phát triển nhằm đáp ứng những yêu cầu sau: Tăng giá trị kinh tế, lợi nhuận cho nhà sản xuất Đa dạng hoá sản phẩm Tăng thời gian bảo quản và độ an toàn cho các sản phẩm 1.3.Các kỹ thuật sử dụng trong chế biến tối thiểu [6, 7, 21] Quá trình chế biến tối thiểu thực phẩm là quá trình sử dụng các kỹ thuật bảo quản thực phẩm nhằm giữ lại giá trị dinh dưỡng và cảm quan ban đầu của thực phẩm, đồng thời kéo dài thời gian bảo của sản phẩm. Theo R.Paul Singh & Fermanda, (1994), các kỹ thuật bảo quản sử dụng cho quá trình chế biến tối thiểu thực phẩm về cơ bản có thể được phân loại như sau: Loại 1: các kỹ thuật bảo quản truyền thống có sử dụng nhiệt như thanh trùng, tiệt trùng, lạnh đông, sấy… hiện đang được tối ưu hoá để biến đổi chất lượng thực phẩm ít nhất và tiết kiệm năng lượng. Loại 2: Các phương pháp bảo quản mới, xử lý thực phẩm ít nhất như: kỹ thuật áp suất cao, kỹ thuật chiếu xạ, kỹ thuật xung điện từ (không sử dụng nhiệt) hoặc phương pháp xử lý thực phẩm bằng nhiệt nhẹ (mild heat treatment), kỹ thuật sous-vide (thực phẩm được đóng gói chân không và được gia nhiệt bằng hơi nước hoặc vi sóng tới nhiệt độ nhỏ hơn 100oC), kỹ thuật bao gói trong khí quyển điều chỉnh (MAP), sử dụng các chất bảo quản thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên, không độc hại như Nisin, Natamycin, Chitosan, Lysozyme… Loại 3: Kỹ thuật “hurdle”, đây là sự kết hợp của các kỹ thuật bảo quản khác nhau nhằm đạt được mục đích của chế biến tối thiểu. 1.3.1 . Kỹ thuật nhiệt trong chế biến tối thiểu, [6] Kỹ thuật nhiệt đã được sử dụng từ rất lâu đời trong bảo quản thực phẩm. Ưu điểm của nó là kéo dài được thời gian bảo quản thực phẩm do tác động ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật và enzym có trong thực phẩm. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là tạo ra những thay đổi không mong muốn ở thực phẩm như làm tổn thất vitamin và khoáng chất, làm mềm cấu trúc, mất độ tươi ban đầu của sản phẩm. Mặc dù có nhiều ý kiến phản đối việc sử dụng nhiệt trong chế biến tối thiểu, nhưng theo Ohsson (1996) thì kỹ thuật nhiệt vẫn được xem là “tối thiểu” nếu nó làm thay đổi chất lượng thực phẩm ít nhất khi so sánh nó với các kỹ thuật nhiệt truyền thống khác. High temperature short time (HTST) và Ultra hight temperature (UHT) là hai phương pháp sử dụng nhiệt để thanh trùng, tiệt trùng sản phẩm đem lại hiệu quả cao trong ức chế, tiêu diệt vi sinh vật và enzym mà không làm biến đổi đáng kể giá trị dinh dưỡng và cảm quan ban đầu của thực phẩm. Ứng dụng chủ yếu của 2 phương pháp này là trong công nghệ sản xuất sữa, sản xuất nước quả ép. Phương pháp nung điện (electric heating), sử dụng năng lượng điện từ để làm tăng nhiệt độ trong thực phẩm, cũng đươcï xem là một kỹ thuật chế biến tối thiểu (Ohsson, 1994). Có ba vùng tần số của sóng điện từ được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm là: Vùng tần số 50-60Hz được sử dụng cho nhiệt điện trở (electric resistance heating), thường được gọi là Ohmic heating. Trong phương pháp này, thực phẩm sẽ đóng vai trò như dây dẫn giữa mặt đất và các điện cực mang điện, điện thế thường 220-380V. Vùng tần số cao/radio frequency heating có tần số từ 10-60MHz. Thực phẩm được đặt giữa các điện cực và năng lượng sẽ được truyền qua thực phẩm. Vùng vi sóng, tần số từ 1-3 GHz. Năng lượng truyền qua không khí tới thực phẩm và được kiểm soát bởi thiết bị điện từ. Các kỹ thuật Ohmic heating, radio frequency, microwave hiện đang là những kỹ thuật nhiệt mới, nhiều tiềm năng, được áp dụng chủ yếu để thanh trùng, tiệt trùng các sản phẩm thực phẩm chế biến tối thiểu với ưu điểm là tác động ít vào thực phẩm, hạn chế tối đa những thay đổi về cấu trúc, cảm quan, dinh dưỡng của sản phẩm khi so với các kỹ thuật nhiệt thông thường khác. 1.3.2. Kỹ thuật không sử dụng nhiệt (non-thermal technology) trong chế biến tối thiểu, [6, 7] Để đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng về sản phẩm thực phẩm chế biến tối thiểu có giá trị dinh dưỡng, cảm quan cao giống như thực phẩm tươi mà kỹ thuật nhiệt khó đem lại, các nhà sản xuất đã không ngừng tìm tòi và áp dụng nhiều kỹ thuật bảo quản mới. Những kỹ thuật này đều không sử dụng nhiệt và hiện đang được áp dụng phổ biến với hiệu quả chế biến tối thiểu cao. Một vài kỹ thuật không sử dụng nhiệt điển hình như: Kỹ thuật áp suất cao (High pressure) Kỹ thuật chiếu xạ (Irradiation) Kỹ thuật xung điện trường (pulsed electric fields) Kỹ thuật xung ánh sáng trắng (pulsed white light) Kỹ thuật siêu âm (ultrasound) Kỹ thuật đóng gói trong khí quyển điều chỉnh (MAP) Bảng 1.1: Ưu, nhược điểm và ứng dụng của những kỹ thuật chế biến tối thiểu (EarnShaw & Manvell, 1996) [7] Kỹ thuật Ưu điểm Nhược điểm Ưùng dụng Aùp suất cao Tiêu diệt tế bào sinh dưỡng (và bào tử ở nhiệt độ cao) Giữ được màu sắc, mùi vị, giá trị dinh dưỡng của sản phẩm Không gây độc Giảm thời gian chế biến Tác động đều lên các phần của thực phẩm. Giảm sử dụng các hoá chất bảo quản Được sự chấp nhận của người tiêu dùng Aûnh hưởng ít tới hoạt tính của enzyme Thiết bị đắt tiền. Thực phẩm cần phải có 40% ẩm tự do thì tác dụng chống vi sinh vật mới hiệu quả Làm việc gián đoạn Giới hạn yêu cầu về vật liệu bao gói Thanh trùng hoặc tiệt trùng các sản phẩm nước ép rau quả, các loại nước xốt, đồ ngâm tẩm, salad dressings Thanh trùng thịt tươi, thủy hải sản tươi Chiếu xạ Có khả năng xuyên sâu tốt trong thực phẩm Thích hợp cho tiệt trùng sản phẩm Ít tổn thất chất dinh dưỡng Thích hợp sản xuất trên quy mô lớn Chi phí năng lượng thấp Thích hợp cho thực phẩm dạng khô Được phép sử dụng ở nhiều quốc gia Giá thành cao Sự hiểu biết còn hạn chế của người tiêu dùng về sản phẩm chiếu xạ Thay đổi mùi vị do phản ứng oxi hoá Khó khăn cho việc phát hiện sản phẩm hư hỏng Chiếu xạ rau quả, cây gia vị, thịt, cá Xung điện trường Tiêu diệt tế bào sinh dưỡng của vi sinh vật Mùi vị, màu sắc, giá trị dinh dưỡng được bảo vệ Không gây độc Thời gian xử lý ngắn Không ảnh hưởng lên enzyme và bào tử Khó khăn trong việc lựa chọn vật liệu dẫn điện phù hợp Chỉ thích hợp với thực phẩm dạng lỏng Chỉ có hiệu quả khi kết hợp với xử lý nhiệt. Hiệu quả về năng lượng là không cao Sử dụng thanh trùng thực phẩm dạng lỏng như nước ép trái cây, soup, sữa Xung ánh sáng Giá thành trung bình Quá trình xử lý nhanh Ít hoặc không có những thay đổi trong thực phẩm Năng lượng cần thiết thấp Thích hợp đối với thực phẩm dạng khô Chỉ tác động trên những bề mặt đơn giản của thực phẩm Không tiêu diệt bào tử Tác động tới một vài vi sinh vật Hiệu quả cao khi ở cường độ ánh sáng cao Thanh trùng bề mặt rau quả tươi, thịt, cá tươi Siêu âm Tác động hiệu quả tới tế bào sinh dưỡng, hoạt tính của enzyme, bào tử Giảm thời gian và nhiệt độ chế biến. Tốc độ truyền nhiệt cao Có thể cải thiện các cấu trúc sản phẩm. Hoạt động liên tục hoặc gián đoạn Hoạt động phức tạp Khả năng xuyên sâu phụ thuộc vào thành phần chất rắn và khí trong thực phẩm Có thể gây phá hủy thực phẩm do các gốc tự do Cần thiết phải kết hợp với các kỹ thuật khác như kỹ thuật nhiệt Aùp dụng cho mọi thực phẩm đã được gia nhiệt trước MAP Giảm tốc độ hô hấp của rau quả Giảm tổn thất khối lượng sản phẩm Giữ độ tươi cho sản phẩm Có thể tăng thời gian bảo quản lên gấp 4 lần Ít hoặc không sử dụng hoá chất bảo quản Mỗi sản phẩm khác nhau đồi hỏi một công thức hỗn hợp khí khác nhau Yêu cầu vật liệu bao gói phải có tính thấm khí chọn lọc Giá thành cao Bao gói cho tất cả những thực phẩm tươi như rau quả, thịt, cá. 1.3.3 . Kỹ thuật “Hurdle”, [6, 21] Thuật ngữ kỹ thuật “Hurdle” dùng để chỉ việc áp dụng kết hợp nhiều kỹ thuật bảo quản khác nhau để nâng cao tính hiệu quả của chế biến tối thiểu. Đây được hiểu là sự tương tác phức tạp giữa các yếu tố như nhiệt độ, hoạt độ nước, pH, áp suất…nhằm tác động hiệu quả lên vi sinh vật và enzym trong thực phẩm. Sự kết hợp giữa các kỹ thuật bảo quản là hết sức đa dạng và các nhà sản xuất, các nhà khoa học vẫn đang không ngừng nghiên cứu thử nghiệm để tối ưu hoá chúng. Người ta có thể kết hợp kỹ thuật xử lý nhẹ thực phẩm bằng nhiệt (mild heat treatment) với một trong các kỹ thuật không sử dụng nhiệt như chiếu xạ, áp suất cao… Cũng có thể kết hợp xử lý thực phẩm bằng kỹ thuật chiếu xạ hay kỹ thuật áp suất cao với kỹ thuật bao gói thực phẩm trong khí quyển điều chỉnh (modified atmosphere packaging, MAP) hoặc kết hợp kỹ thuật MAP với xử lý nhiệt nhẹ nhàng… để đạt được mục đích của chế biến tối thiểu. Trong khuôn khổ bài báo cáo này, em chỉ xin trình bày rõ hơn về nguyên tắc và những ứng dụng trong quá trình chế biến tối thiểu thực phẩm của các kỹ thuật bảo quản sau: Kỹ thuật tiệt trùng UHT, Kỹ thuật chiếu xạ, Kỹ thuật áp suất cao Kỹ thuật bao gói thực phẩm bằng khí quyển điều chỉnh (MAP). 1.4. Sản phẩm thực phẩm chế biến tối thiểu. [6] Sản phẩm thực phẩm chế biến tối thiểu (minimally processed foods) hay còn gọi là sản phẩm ăn liền (ready to eat) hoặc sản phẩm có thể sử dụng liền (ready to use). Đây là những sản phẩm rất tiện lợi cho người sử dụng, giúp người sử dụng có thể tiết kiệm thời gian chuẩn bị và quan trọng hơn cả là chất lượng sản phẩm cao, an toàn cho người sử dụng. Có thể phân loại thực phẩm chế biến tối thiểu thành 2 loại là: Loại 1: Những sản phẩm được xử lý nhẹ nhàng bằng các kỹ thuật mới, ít tác động tới chất lượng ban đầu của thực phẩm như kỹ thuật lạnh đông, kỹ thuật thanh trùng HTST, kỹ thuật tiệt trùng UHT, kỹ thuật áp suất cao, kỹ thuật chiếu xạ, kỹ thuật MAP hoặc được xử lý bằng phương pháp hoá học như xử lý bằng acid, nước muối hay sử dụng các chất bảo quản thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên. Loại 2: Những sản phẩm rất ít hoặc hầu như không qua xử lý bằng các kỹ thuật nhiệt hay không sử dụng nhiệt trên. Rau quả fresh-cut là sản phẩm điển hình thuộc loại sản phẩm chế biến tối thiểu này. Rau quả sau khi cắt, gọt có thể tiến hành rửa bằng các dung dịch vệ sinh như nước Clorine rồi sau đó đem bao gói sử dụng khí quyển điều chỉnh và bảo quản lạnh. Một số sản phẩm thực phẩm chế biến tối thiểu. 1.4.1 Sản phẩm thịt, cá chế biến tối thiểu Để sản xuất các sản phẩm thịt, cá chế biến tối thiểu, các nhà sản xuất thường sử dụng kỹ thuật áp suất cao, kỹ thuật bảo quản lạnh đông hoặc kết hợp các kỹ thuật này với nhau hay với kỹ thuật MAP. Thuộc nhóm sản phẩm này, ta có thể kể ra một vài loại như : Các loại thịt tươi như thịt heo, thịt bò, thịt gà… xử lý bằng áp suất cao, đóng gói trong khí quyển điều chỉnh và bảo quản lạnh Các loại thuỷ hải sản lạnh đông như tôm, cua, mực, cá…đóng gói trong khí quyển và bảo quản lạnh đông. Hình 1.1: Thịt chế biến tối thiểu Hình 1.2: Thuỷ sản chế biến tối thiểu 1.4.2 Sản phẩm sữa chế biến tối thiểu: [1, 10] Thuộc nhóm này gồm có sản phẩm sữa thanh trùng và sữa tiệt trùng. Đặc điểm của sữa thanh trùng: Là sản phẩm chế biến từ sữa tươi với quy trình sản xuất đơn giản nhất. Sản phẩm được đựng trong hộp giấy, chai thủy tinh hoặc chai nhựa kín và được bảo quản ở nhiệt độ 5-7oC. Trong điều kiện không mở bao bì, sữa thanh trùng có thể bảo quản trong thời gian tối đa là từ 8-10 ngày. Đối với sản phẩm sữa thanh trùng, người ta sử dụng chế độ thanh trùng nhiệt độ cao, thời gian ngắn (high temperature short time HTST). Quá trình thanh trùng được thực hiện ở 72-75oC, trong 15-20giây. Với chế độ thanh trùng như trên, các biến đổi có thể diễn ra trong quá trình là không đáng kể. Kết quả là sữa thanh trùng vẫn giữ được màu sắc, hương vị, giá trị dinh dưỡng như sữa tươi sau khi vắt. Đặc điểm của sữa tiệt trùng: Quy trình công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng cũng tương tự như quy trình sản xuất sữa thanh trùng. Điểm khác biệt quan trọng là sản phẩm sữa tiệt trùng phải được qua xử lý ở nhiệt độ rất cao (trên 100oC), nhờ đó mà toàn bộ hệ enzym và vi sinh vật trong sữa bị vô hoạt. Sữa tiệt trùng được bảo quản ở nhiệt độ phòng, thời gian bảo quản có thể kéo dài từ 3 tháng tới 6 tháng. Hiện nay, để hạn chế những biến đổi gây ra trong quá trình tiệt trùng sữa, người ta đã áp dụng chế độ tiệt trùng UHT (ultra high temperature) với nhiệt độ tiệt trùng là135-140oC , thời gian vài giây. Do vậy sản phẩm sữa tiệt trùng UHT vẫn giữ được những tính chất như sữa tươi đồng thời có độ an toàn vi sinh tăng cao, thời gian bảo quản kéo dài. Hình 1.3: Sữa chế biến tối thiểu 1.4.3 Sản phẩm chế biến tối thiểu từ rau quả 1.4.3.1. Các sản phẩm rau quả ngâm tẩm Sản phẩm rau quả ngâm tẩm khác với các sản phẩm rau quả muối chua là không diễn ra sự lên men lactic trong sản phẩm. Do vậy, những tính chất ban đầu của rau quả tươi gần như được giữ nguyên. Các tác nhân sử dụng để ngâm tẩm cùng rau quả là: giấm, nước muối loãng. Chúng có tác dụng ức chế sự hoạt động của các vi sinh vật gây hư hỏng sản phẩm do tạo do môi trường bảo quản có pH thấp (ngâm giấm) không thích hợp cho vi sinh vật phát triển hoặc tạo môi trường có áp suất thẩm thấu cao (ngâm nước muối loãng) làm co nguyên sinh chất của tế bào vi sinh vật. Do vậy, sản phẩm rau quả ngâm tẩm thường có thời gian bảo quản dài hơn rau quả tươi. Hình 1.4: Dưa chuột, ớt ngâm dấm Hình 1.5: Dưa chuột bao tử ngâm dấm Hình 1.6: Củ kiệu, ngó sen ngâm dấm Hình 1.7: Nấm mỡ ngâm nước muối Hình 1.8: Ngô bao tử ngâm nước muối 1.4.3.2. Sản phẩm nước ép, puree rau quả tươi Rau quả tươi sau khi xử lý loại bỏ những phần không ăn được sẽ được đem ép lấy dịch hoặc đem chà lấy puree. Dịch quả sau ép hoặc puree sẽ được đem đi xử lý tiếp tục như lọc trong, thanh trùng, đồng hoá, cũng có thể sử dụng kỹ thuật áp suất cao để xử lý hoặc bổ sung thêm các chất bảo quản có nguồn gốc tự nhiên. Dịch quả và puree sau xử lý được đem đóng gói và bảo quản lạnh. Sản phẩm nước ép hay puree rau quả tươi có giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan cao, bổ dưỡng và an toàn đối với người sử dụng. Hình 1.9: Nước ép kiwi Hình 1.10: Nước ép xoài Hình 1.11: Puree xoài 1.4.3.3 Rau quả fresh-cut, [8, 9] USDA (U.S Deparment of Agriculture) và USFDA (U.S Food & Drug Adminitration) định nghĩa sản phẩm rau quả fresh-cut là sản phẩm được làm từ những rau quả tươi đã được cắt, rửa, bao gói và bảo quản lạnh. Sản phẩm này vẫn giữ được trạng thái tươi, có thể ăn liền hoặc có thể chế biến liền vàø không qua các quá trình như lạnh đông, quá trình xử lý nhiệt và không sử dụng các hoá chất độc hại. Theo Hội liên hiệp quốc tế các sản phẩm fresh-cut (The international fresh-cut produce association) định nghĩa sản phẩm rau quả fresh cut là sản phẩm được làm từ những rau quả tươi được đem cắt, gọt bỏ những phần không ăn được, đem rửa và được cắt thành những miếng nhỏ có thể sử dụng được 100% và đóng gói trong các loại bao bì và các điều kiện đặc biệt như đóng gói trong khí quyển điều chỉnh (MAP. Sản phẩm phải có giá trị dinh dưỡng cao, giữ được trạng thái tươi và tiện lợi cho người sử dụng. Loại sản phẩm này chiếm thị phần ngày càng tăng do có những ưu điểm sau: Sản phẩm còn giữ nguyên hương vị và cấu trúc của quả tươi. Giá trị dinh dưỡng cao. Thuận tiện cho việc sử dụng ở dạng ăn liền (ready to eat) và dễ dàng phân phối vận chuyển Đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng, mua với lượng nhỏ, gọn nhẹ Các sản phẩm rau quả chế biến tối thiểu được tiêu thụ mạnh ở Mỹ, châu Âu và đang mở rộng sang Châu Á. Những sản phẩm như: cà chua baby, khoai tây, nấm, bông cải, ớt chuông, hành, dưa đỏ, thơm fresh-cut… đang ngày càng đa dạng và phổ biến trên thị trường. Những sản phẩm này được cung cấp cho các siêu thị, nhà hàng, các canteen trường học, các bếp ăn công nghiệp, các gia đình… Các sản phẩm rau quả fresh-cut, do ít hoặc không sử dụng các kỹ thuật hiện đại để tiêu diệt vi sinh vật và enzyme nên vấn đề đặt ra là phải lựa chọn nguồn nguyên liệu tươi có chất lượng cao để sản phẩm tạo ra an toàn đối với người sử dụng. Vì thế, cần phải có những kế hoạch đầu tư ngay từ đầu về các điều kiện trồng trọt, canh tác như điều kiện về đất đai, phân bón, kiểm soát việc sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc kích thích sinh trưởng… Nên áp dụng các tiêu chuẩn của GAP (good manufacturing practice) và HACCP (Hazard analysis critical control point) vào trồng trọt để tạo ra những nguồn nguyên liệu rau quả tươi đảm bảo an toàn, chất lượng cao. Hình 1.12: Thơm fresh-cut Hình 1.13: Hành fresh-cut