th× trë thµnh mét dung m«i lý t−ëng, etanol khan l¹i lµ mét dung m«i tèt khi nång
®é cđa PVAc rÊt lín (h¬n 50%) vµ ë nhiÖt ®é kho¶ng 500C [54].
* Kh¶ n¨ng thÊm khÝ: Kh¶ n¨ng thÊm khÝ vµ h¬i qua PVAc ®−îc nghiªn cøu tõ lâu trong ®ã vÊn ®Ò ®Æc biÖt ®−îc quan t©m lµ kh¶ n¨ng thÊm h¬i n−íc. Lớp phủ PVAc lµm nÒn cã thÓ phủ trªn bÒ mÆt Èm mµ mµng kh«ng bÞ háng v× h¬i n−íc cã thÓ dÔ dµng khuÕch t¸n qua PVAc [55].
* Sù dÎo ho¸: Chøc n¨ng cđa chÊt lµm dÎo ho¸ lµ biÕn ®æi PVAc cøng, gißn thµnh PVAc linh ®éng vµ dÎo. Cã hai kiÓu dÎo ho¸: “bªn trong” vµ “bªn ngoµi”. PVAc ®−îc dÎo ho¸ bªn ngoµi nhê c¸c hîp chÊt cã khèi l−îng ph©n tö nhá nh−
®ibutyl phtalat. ChÊt dÎo ho¸ ngo¹i cuèi cïng mÊt ®i, vÝ dô nh− bay h¬i bëi v× sù cã mÆt cđa nã lµ hçn hîp vËt lý cïng polyme. Tr¸i l¹i, một chÊt dÎo ho¸ néi cã sù t−¬ng t¸c ho¸ häc hoÆc ®ång trïng hîp polyme. Mét chÊt dÎo ho¸ néi ®−îc gäi chÊt dÎo ho¸ vÜnh cöu v× nã kh«ng bÞ mÊt ®i d−íi nh÷ng t¸c ®éng vËt lý. VÝ dô butyl acrylat lµ mét chÊt dÎo ho¸ néi cho PVAc v× nã t¹o polyme ®ång trïng hîp víi PVAc [56].
TÝnh chÊt ho¸ häc [57]
TÝnh chÊt ho¸ häc cđa PVAc t−¬ng tù nh− tÝnh chÊt ho¸ häc cđa c¸c 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. Quá trình trùng hợp có thể theo phương pháp huyền phù, nhũ tương hoặc dung dịch.
nCH2 CH OCO CH3
CH2
CH OCOCH3 n
(1)
Ph¶n øng quan träng nhÊt lµ ph¶n øng thuû ph©n PVAc tạo polyvinyl ancol (PVA). §éng häc cđa ph¶n øng thuû ph©n PVAc trong dung m«i 70% metanol vµ 30% n−íc ®−îc m« t¶ bëi ph−¬ng tr×nh:
-dPdt = k.OH-.P. V
3 3
Trong ®ã V = 1 – Di Dg ; Dg lµ ®−êng kÝnh cđa cuén polyme h×nh cÇu, ng−îc l¹i Di lµ ®−êng kÝnh bªn trong c¶u h×nh cÇu polyme kh«ng tham gia ph¶n øng
Plµ nång ®é cđa PVAc.
Tèc ®é cđa ph¶n øng thuû ph©n trong m«i tr−êng ®ång nhÊt ít bÞ ¶nh h−ëng bëi trọng l−îng ph©n tö (TLPT) cđa PVAc. Ng−êi ta thÊy r»ng tèc ®é ph¶n øng thuû ph©n lớn h¬n mét chót ë polyme cã khèi l−îng ph©n tö thÊp.
Cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p trïng hîp PVAc: Trïng hîp khèi, trïng hîp trong dung dÞch, trïng hîp nhò t−¬ng, trïng hîp trong t−íng r¾n, trïng hîp bøc x¹, trïng hîp nhê hîp phÇn c¬ kim... Trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt PVAc sö dông chđ yÕu 3 ph−¬ng ph¸p: trïng hîp nhò t−¬ng, trïng hîp trong t−íng r¾n, trïng hîp trong dung dÞch.
PVAc lµm líp phđ thùc phÈm cã ®é bãng cao [58]
PVAc víi KLPT trung b×nh thÊp nhÊt lµ 2000 ®· ®−îc Cơ quan Quản lý Dược phẩm và Thực phẩm Hoa Kỳ FDA (Food and Drug Administation) chÊp nhËn lµ phô gia thùc phÈm trùc tiÕp trong kÑo cao su, mét thµnh phÇn trong c¸c líp phđ chèng nÊm cho b¬, lµ mét chÊt mang axit sorbic trong líp bäc quÝt, líp phđ b»ng tinh bét s¾n, thµnh phÇn trong líp phđ trøng... PVAc còng ®−îc sö dông trong líp phđ d−îc phÈm, ®Æc biÖt lµ c¸c líp phđ nh¶ chËm. PVAc cã nhiÒu øng dông cho c¸c s¶n phÈm thùc phÈm vµ d−îc phÈm, tuy nhiªn viÖc ¸p dông PVAc lµm líp phđ thùc phÈm cã hiÖu qu¶ lµm bãng cao, ®Æc biÖt lµ ®èi víi líp phđ hoa qu¶, rau, thùc phÈm chÕ biÕn ch−a ®−îc chó ý ®óng møc.
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
thành phần khí quyển. Trong bao gói khí quyển biến đổi MAP thông 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 ngoài 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 hô 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 thông 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 thông lượng trao đổi khí hiệu quả. Thông 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 không chỉ trên cơ sở độ thẩm thấu khí mà còn là những phương pháp phân tích tích phân cần thiết.
Thông 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].
S = RQ
pO2
pCO2
(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 môi trường không khí thông 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 toán 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. Quá trình trao đổi khí trong màng MAP liên quan đến quá trình khuếch tán ngược dòng của các khí hỗn hợp và gradien nồng độ khí không 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
Nhiệt độ (oC) | Điều kiện MA | Độ chọn lọc | ||
%O2 | %CO2 | |||
Quả | ||||
Táo | 0-5 | 3.0 (2-3) | 3.0 (1-2) | 6.0 (9-190 |
Mơ | 0-5 | 2.5 (2-3) | 2.5 (2-3) | 7.4 (6-9.5) |
Anh đào | 0-5 | 6.5 (3-10) | 11 (10-12) | 1.3 (0.9-1.8) |
Sung | 0-5 | 5(5) | 15 (15) | 1.1 (1.1) |
Kiwi | 0-5 | 2(2) | 5 (5) | 3.8 (3.8) |
Quả xuân đào | 0-5 | 1.5(1-2) | 5 (5) | 3.9 (9.5-10) |
Quả đào | 0-5 | 1.5(1-2) | 5 (5) | 3.9 (3.8-4) |
Lê | 0-5 | 3 (2-3) | 10 (0-1) | 1.8(18.0-19.0) |
Hồng | 0-5 | 4 (3-5) | 6.5 (5-8) | 2.6(2.0-3.6) |
Mận | 0-5 | 1.5 (1-2) | 2.5 (0-5) | 7.8 (3.8-20.0) |
Quả mâm xôi | 0-5 | 10(10) | 6 (15-20) | 1.8 (0.6-0.8) |
Có thể bạn quan tâm!
-
Nghiên cứu chế tạo và tính chất của màng polyme ứng dụng để bảo quản quả - 1 -
Nghiên cứu chế tạo và tính chất của màng polyme ứng dụng để bảo quản quả - 2 -
Đơn Vị Cấu Trúc Cơ Bản Của Zeolit -
Cơ Chế Chuyển Pha Từ Dạng Lớp Sang Dạng Lục Lăng -
Các Nghiên Cứu Bảo Quản 2 Loại Quả Được Đề Cập
Xem toàn bộ 178 trang tài liệu này.
6 (10) | 15 (15-20) | 1 (0.6-0.8) | ||
Các loại quả nhiệt đới và cận nhiệt đới | ||||
Lê tàu | 5-13 | 3.5 (2-5) | 6.5 (3-10) | 2.7 (1.6-6.3) |
Chuối | 12-15 | 3.5 (2-5) | 3.5 (2-5) | 5.0 (3.2-9.5) |
Nho | 10-15 | 6.5 (3-10) | 7.5 (5-10) | 1.9 (1.1-3.6) |
Chanh | 10-15 | 5 (5) | 10 (0-5) | 1.6 (3.2-16) |
Chanh tây | 10-15 | 5 (5) | 7.5 (5-10) | 2.1 (1.6-16) |
Xoài | 10-15 | 5 (5) | 5 (5) | 3.2 (3.2) |
Oliu | 8-12 | 3.5 (2-5) | 7.5 (5-10) | 2.3 (1.6-3.8) |
Cam | 5-10 | 10 (10) | 5 (5) | 2.2 (2.2) |
Đu đủ | 10-15 | 5 (5) | 10 (10) | 1.6 (1.6) |
Dứa | 10-15 | 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
Nhiệt độ (oC) | Điều kiện MA | Độ chọn lọc | ||
%O2 | %CO2 | |||
Rau, quả | ||||
Actiso | 0-5 | 2.5 (2-3) | 4 (3-5) | 4.6 (3.6-6.3) |
Măng tây | 0-5 | 5 (không khí) | 10 (5-10) | 1.6 (0.1-0.2) |
Đậu nành | 5-10 | 3 (1-2) | 8 (5-10) | 2.3 (1.8-3.8) |
Bông cải xanh | 0-5 | 3 (1-2) | 8 (5-10) | 2.3 (1.9-4.0) |
Cải Brussels | 0-5 | 4 (3-5) | 6 (5-7) | 2.3 (1.9-4.0) |
Bắp cải | 0-5 | 4 (3-5) | 6 (5-7) | 2.8 (2.3-3.6) |
Dưa đỏ | 3-7 | 4 (3-5) | 12 (10-15) | 1.4 (1.1-1.8) |
Súp lơ | 0-5 | 2 (2-5) | 3 2-5) | 6.3 93.2-9.5) |
Cần tây | 0-5 | 5 (2-4) | 3 (0) | 5.3(>17) |
Ngô ngọt | 0-5 | 3 (2-4) | (0) | 1.2 (0.8-1.9) |
Dưa chuột | 8-12 | (3-5) | 15 (10-20) | (>16) |
Quả ngọt | 10-12 | (3-5) | (0) | (>16) |
Tỏi tây | 0-5 | 2.2 (1-2) | (0) | 3.8 (3.8-6.7) |
Xà lách | 0-5 | 2 (2-5) | 5 (3-5) | 9.5 (>16) |
0-5 | 5 (không khí) | 10 (10-15) | 1.6 (<0.1) | |
Đậu bắp | 0-12 | 4 (3-5) | 2 (0) | 8.5 (>16) |
Hành tây, khô | 0-5 | (1-2) | (0) | (>19) |
Hành tây, xanh | 0-5 | 2 (1-2) | 10(10-15) | 1.9 (1.0-2.0) |
Tiêu | 8-12 | 3 (3-5) | 8 (0) | 2.3 (16-18) |
Rau rền | 0-5 | Không khí | (10-20) | (<0.1) |
Cà chua loại xanh | 12-20 | 5 (3-5) | 10 (10) | 1.6 (16-18) |
Cà chua loại chín một phần | 8-12 | 3 (3-5) | 5 (10) | 3.6 (15-18) |
Bảng 1.4. Khả năng thấm khí và độ chọn lọc của một số loại polyme tại 40C
Độ thấm | Độ chọn lọc S=KCO2/KO2 | ||
KO2a | a KCO2 | ||
Cao su Silicon (Màng Marcellin) | 1.10 x 100 | 7.13 x 100 | 6.6 |
Etylxenlulozơ | 1.55 x 10-1 | 3.78 x 10-1 | 2.4 |
Cao su thiên nhiên | 9.50 x 10-2 | 6.72 x 10-1 | 7.1 |
Polybutadien | 8.39 x 10-2 | 7.73 x 10-1 | 9.2 |
Poly(butadien-styren) | 7.36 x 10-2 | 6.52 x 10-1 | 9.2 |
Polyvinylclorua-vinylaxetat | 2.62 x 10-2 | 1.74 x 10-1 | 6.6 |
Polyvinylclorua (PVC-RMF-61) | 2.30 x 10-2 | 1.40 x 10-1 | 6.1 |
Polyetylen tỷ trọng thấp (0.92g/cm3) | 1.20 x 10-2 | 8.10 x 10-2 | 6.7 |
Polypropylen | 4.66 x 10-3 | 1.47 x 10-2 | 3.2 |
Xenlulozơ axetat | 3.90 x 10-3 | 3.14 x 10-2 | 8.0 |
Cao su butyl | 3.60 x 10-3 | 1.60 x 10-2 | 4.4 |
Cao su hydroclorua (Pliofilm hóa dẻo) | 1.50 x 10-3 | 3.67 x 10-3 | 2.2 |
Polyetylen tỷ trọng cao (0.96g/cm3) | 1.53 x 10-4 | 7.40 x 10-4 | 4.8 |
Polyetylen terephtalat (Mylar) | 1.44 x 10-4 | 4.93 x 10-4 | 3.4 |
Polyamit (nylon) | 8.16 x 10-5 | 3.84 x 10-4 | 4.7 |
Saran | 4.54 x 10-6 | 4.63 x 10-5 | 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 hô 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 hô hấp của một loại sản phẩm bảo quản ở nhiệt độ nhất định và trong khí quyển MA. Từ đó, có thể tính toán được độ thẩm thấu khí cần thiết nhằm thiết lập môi 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 mô hình dự đoán, 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 1,5-4, 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 [65-67].
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 hô 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 hô 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
vậy, sản phẩm được bao gói khí quyển biến đổi có độ nhạy nhỏ hơn đối với những thay đổi nhiệt độ so với những thay đổi về tốc độ hô hấp như sản phẩm được bảo quản trong không khí. Sản phẩm được bao gói khí quyển biến đổi có thể chịu những hậu quả khác do độ thẩm thấu khí của hầu hết các vật liệu bao gói ít nhạy với những thay đổi của nhiệt độ so với những thay đổi về hô hấp của sản phẩm, nên nếu nhiệt độ thay đổi MAP sẽ dẫn tới điều kiện thiếu hụt oxy (tích lũy CO2 trong những nhiệt độ khác nhau). Tùy thuộc vào độ nhạy của sản phẩm đối với nồng độ CO2 cao và O2 thấp, những tổn thương về sinh lý của sản phẩm có thể xảy ra và do đó dẫn tới suy giảm chất lượng và thời hạn sử dụng.
Một hậu quả nghiêm trọng khác của sự thay đổi nhiệt độ tới hiệu quả của màng MAP là ảnh hưởng tới quá trình ngưng tụ cũng như những vấn đề lây nhiễm đi kèm hơn là những ảnh hưởng của nó đến sự thay đổi thành phần khí. Những thay đổi bên trong bao gói, khí trong bao gói và nhiệt độ sản phẩm được bao gói sẽ có ảnh hưởng đáng kể tới đến áp suất hơi nước trong khí quyển bao gói. Một sự thiếu hụt hơi sẽ xảy ra khi nhiệt độ bên trong bao gói tăng do đó sự thoát hơi của sản phẩm sẽ tăng dẫn tới nước bị hút ra khỏi quả và lắng đọng ở bên trong bao gói do hầu hết các vật liệu bao gói đều chắn hơi nước. Quá trình ngưng tụ diễn ra chủ yếu ở thành bên trong bao gói và trên bề mặt quả trong giai đoạn làm lạnh khi trao đổi nhiệt diễn ra trên vùng lạnh hơn. Do nhiệt độ tăng cũng như độ ẩm cao thì thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩn, nên sự thay đổi nhiệt độ có thể thúc đấy sự lây nhiễm dẫn tới hao hụt. Phương pháp nhằm giảm quá trình ngưng tụ và cải thiện chất lượng nhờ dụng chất hấp thụ đã được nhiều nhà khoa học quan tâm [69, 70].
MAP đối với các loại quả đột biến hô hấp không khác nhiều so với bao gói cho các loại quả không đột biến hô hấp, các quả đột biến hô hấp được đặc trưng bởi ngưỡng etylen cũng như ngưỡng hô hấp.
1.3.1.3. Vật liệu chế tạo MAP
Việc sử dụng MAP bằng chất dẻo cho quả tươi liên quan đến việc lựa chọn cẩn thận màng và kiểu bao gói đối với từng sản phẩm và kích thước bao gói cụ thể. Bao gói hiệu quả đòi hỏi phải xem xét nồng độ khí tối ưu, tốc độ hô hấp của hoa quả, khuếch tán khí qua màng cũng như nhiệt độ bảo quản tối ưu để đạt được lợi ích