Đề tài Báo cáo bao bì thực phẩm bao bì lạnh đông

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ĐẠI HỌC QUỐC GIA KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC BÁO CÁO BAO BÌ THỰC PHẨM BAO BÌ LẠNH ĐÔNG GVHD: PGS.TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO SVTH : HC07TP Quá trình lạnh đông thực phẩm Giới thiệu quá trình lạnh đông thực phẩm Lạnh đông thực phẩm là gì: Đông lạnh là 1 trong những phương pháp thuận lợi nhất để bảo toàn chất lượng thực phẩm, bao gồm cả những thực phẩm tươi sống hay đã qua chế biến, thường áp dụng đối với mặt hàng xuất khẩu. Bảo quản lạnh đông là phương pháp bảo quản ở nhiệt độ dưới nhiệt độ đông đặc của nước trong thực phẩm, có kèm theo sự tạo thành tinh thể nước đá. Nước trong thực phẩm có dạng chất hòa tan và dạng keo. Một số thực phẩm lạnh đông chủ yếu: Thịt gia súc: thịt bò, thịt heo, thịt cừu… Thịt và trứng gia cầm: gà, vịt, ngỗng… Thủy hải sản: cá, tôm, sò, mực, nghêu, hến… Rau quả: rau diếp, spinach, cải bắp, dâu, khổ qua, vải, nhãn… Nước trái cây. Bánh mì, pasta, pizza… Sữa, kem, bánh pudding, mousse… Điểm đông đặc của thực phẩm: Điểm đông đặc của thực phẩm luôn nhỏ hơn điểm đông đặc của nước tinh khiết (0 oC) do trong thực phẩm luôn có chứa những chất hòa tan. Điểm đông đặc phụ thuộc vào nồng độ chất hòa tan và khối lượng phân tử chất hòa tan. Ngay cả ở nhiệt độ - 25 oC, chỉ có 90 – 95 % nước trong thực phẩm thực sự đóng băng. Lượng nước này không bao gồm nước liên kết (nghĩa là nước liên kết hóa học với những phần tử đặc biệt như carbonyl, nhóm amino của protein và liên kết hydro). Vì vậy không bao giờ có điểm lạnh đông cố định. Tuy nhiên, phần lớn nước trong thực phẩm (khoảng 75 – 80 %) được đông kết ở nhiệt độ -5 oC đến -1 oC. Khoảng nhiệt độ này được gọi là điểm tới hạn hay vùng lạnh đông. Trong suốt quá trình lạnh đông, nước dần dần chuyển đổi thành nước đá, nồng độ muối hữu cơ và vô cơ hòa tan tăng lên, điểm lạnh đông tiếp tục hạ thấp. Mục đích của quá trình lạnh đông: Mục đích của quá trình lạnh đông là ngăn ngừa sự tăng trưởng và hoạt động của những vi sinh vật và côn trùng trong thực phẩm, ngăn ngừa sự hoạt động của những enzyme, làm chậm các phản ứng hóa học và sinh hóa. Cơ chế tác dụng của sự lạnh đông: Vi sinh vật và côn trùng sẽ dần bị khô nguyên sinh chất do sự tăng áp suất thẩm thấu của môi trường, do nồng độ chất hòa tan tăng dần trong quá trình lạnh đông và nước trong cơ thể vi sinh vật và côn trùng đông đặc chậm hơn nên nước từ trong cơ thể chúng bị kéo ra ngoài. Sự tạo đá trong cơ thể vi sinh vật và côn trùng có thể phá vỡ tế bào của chúng. Sự thay đổi trạng thái phospholipid trong màng tế bào làm thay đổi khả năng vận chuyển qua màng tế bào. Sự suy giảm quá trình hô hấp ở những mô nhạy cảm của côn trùng, như là mô thần kinh và cơ bắp làm ức chế sự phát triển của vi sinh vật và côn trùng. Sự thay đổi pH và hạ thấp nhiệt độ cũng như sự giảm hàm lượng các khí tự do trong thực phẩm làm ức chế hoạt động của vi sinh vật và các enzyme, làm giảm tốc độ các phản ứng hóa học và sinh hóa. Sự thay đổi của thực phẩm trong quá trình lạnh đông: Nhiệt độ thay đổi theo chiều hướng giảm dần đến dưới điểm đông đặc của nước. Trong suốt giai đoạn đầu của quá trình làm lạnh, nhiệt độ giảm nhanh xuống dưới điểm lạnh đông của nước (0 oC). Khi đó lượng nhiệt yêu cầu tách ra lớn trong giai đoạn 2 để chuyển lượng lớn nước liên kết thành nước đá, sự thay đổi nhiệt độ rất ít và giai đoạn này được gọi là giai đoạn ngưng nhiệt. Có khoảng 3/4 nước được chuyển đổi tạo thành nước đá, nhiệt độ một lần nữa bắt đầu giảm và trong suốt giai đoạn thứ 3 này hầu như lượng nước còn lại đóng băng. Một lượng nhỏ nhiệt đã được tách ra trong suốt giai đoạn 3 này. Sự kết tinh làm phá vỡ tế bào, mô thực phẩm. Làm lạnh với tốc độ nhanh thì tinh thể tạo ra bé sẽ ít ảnh hưởng đến cấu trúc thực phẩm. Hoạt độ nước aw của thực phẩm giảm do nước bị đông đá và nồng độ chất hòa tan tăng lên. Hiện tượng mất nước nghiêm trọng được gọi là “cháy lạnh”. pH thay đổi từ 0.3 – 2 đơn vị do một số ion H+ và OH- bị tách ra khỏi nước khi nước bị đông đặc. Ngoài ra hàm lượng các khí tự do trong thực phẩm cũng giảm. Các phương pháp lạnh đông thực phẩm Hệ thống làm lạnh gián tiếp: Sản phẩm được bao gói và không tiếp xúc trực tiếp với chất làm lạnh. Tuy nhiên phương pháp này có tốc độ làm lạnh chậm, sản phẩm chất lượng kém. Hệ thống làm lạnh trực tiếp: Sản phẩm không bị bao bì ngăn cách với chất làm lạnh, tốc độ làm lạnh nhanh hơn. Phương pháp lạnh đông nhanh (lạnh đông rời) IQF: Từng phần nhỏ riêng biệt của sản phẩm được tiếp xúc trực tiếp với chất làm lạnh. Các thiết bị lạnh đông thực phẩm Lạnh đông dạng khí thổi (đông gió): Không khí lạnh được thổi qua liên tục trên sản phẩm, tốc độ dòng không khí thổi là 5 – 15 m/s. Lạnh đông dạng khí thổi có tính linh hoạt với nhiều loại sản phẩm nhưng không hiệu quả do dòng khí thổi không đồng đều trên sản phẩm. Lạnh đông dạng đĩa hay lạnh đông tiếp xúc: Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra ngang qua mặt trên và mặt dưới của đĩa, tác nhân nhiệt là chất lỏng làm lạnh. Quá trình lạnh đông được hình thành nhờ sự tiếp xúc trực tiếp giữa đĩa kim loại và sản phẩm. Lạnh đông dạng đĩa kém linh hoạt hơn lạnh đông dùng khí thổi. Lạnh đông dạng phun hoặc ngâm vào dung dịch: Cấp đông dạng ngâm thẩm thấu: Môi trường lạnh đông thường sử dụng là dung dịch muối NaCl, nhiệt độ khoảng - 15 oC, có điểm eutectic là -21,2 oC. Cấp đông băng chuyền (Lạnh đông dạng phun): Lạnh đông dạng phun cũng giống như lạnh đông dạng hỗn hợp trong ống sinh hàn, hơi lạnh được phun vào sản phẩm và nhiệt tách ra làm thay đổi trạng thái môi trường lạnh. Thông thường hay sử dụng tác nhân lạnh là CO hay N2 lỏng phun trên sản phẩm. Một số hệ thống sử dụng CO rắn (nước đá khô) đặt nằm dưới sản phẩm, sự thăng hoa của nước đá khô xảy ra ở nhiệt độ -78 oC, có thể làm lạnh đông xuống ít nhất -75 oC, quá trình lạnh đông xảy ra trong trường hợp này rất nhanh và sự mất dịch sẽ giảm xuống ít hơn 1%. CO và N2 cũng có thể sử dụng trong phương pháp lạnh đông bằng khí thổi với thiết bị lạnh đông dạng xoắn ốc. Chức năng của bao bì thực phẩm lạnh đông Bảo quản lạnh đông có thể kéo dài đáng kể thời hạn sử dụng thực phẩm, tuy nhiên chất lượng của thực phẩm vẫn có thể bị giảm dần theo thời gian. Hạn sử dụng của sản phẩm thực phẩm đã được đóng gói phụ thuộc vào bản chất thực phẩm, môi trường xung quanh và bao bì. Việc chọn chất liệu bao bì và loại bao bì đúng có thể làm cho chất lượng thực phẩm ít bị giảm sút nhất. Một trong những vấn đề xảy ra khi đông lạnh thực phẩm là độ ẩm của thực phẩm giảm. Bên cạnh đó là việc xuất hiện những tinh thể đá ở trong bao bì. Không chỉ vậy một lượng nhỏ nước chưa bị đông là môi trường để xảy ra các phản ứng oxy hóa có hay không có enzyme. Bao bì là 1 hàng rào để chống lại các tác hai trên. Đó là lý do tại sao phải chọn chất liệu bao bì và loại bao bì dành cho thực phẩm đông lạnh. Bao bì thực phẩm có 4 chức năng chính: Chứa đựng: Đảm bảo số lượng và chất lượng, tránh những sự hư hại vật lý gây ra do bị nén khi xếp chồng hay va đập trong thời gian lưu kho và vận chuyển. Những gói thực phẩm đông lạnh ở dưới đáy có thể bị hư hại nhiều hơn nữa nếu các công ten nơ được thả trên một bề mặt cứng. Bảo vệ: Tránh mất mát hương vị và sự hấp thụ hay thay đổi của những mùi vị khác lạ có thể xuất hiện khi thực phẩm chưa đóng gói mà đem lạnh đông. Để tránh sự khử nước gây ra bởi sự thất thoát hơi nước qua thành bao bì hay những nếp hàn ghép mí của bao bì. Độ hao ẩm này loại nước khỏi bề mặt của thực phẩm đông lạnh. Sự hao ẩm nghiêm trọng được gọi là “cháy lạnh”. Sự thất thoát lớp nước trên bề mặt có thể rất mỏng, nhưng có thể ảnh hưởng đến vẻ ngoài và chất lượng cuối cùng của sản phẩm. Giới hạn sự oxy hóa do không khí thâm nhập vào bao bì. Sự oxy hóa này được đẩy mạnh bởi những enzyme có trong thực phẩm. Ngăn chặn sự oxi hóa trong thực phẩm có hàm lượng chất béo cao. Tốc độ oxy hóa có thể gia tăng dưới tác dụng của ánh sáng cũng như nhiệt độ. Nhiệt độ và ánh sáng làm gia tăng hoạt tính enzym và nhữn phản ứng hóa học, cũng như gia tăng sự hư hỏng thực phẩm bởi vi khuẩn. Thông tin: Giới thiệu sản phẩm, thu hút người tiêu dùng. Tính thuận tiện: Phân phối, lưu kho, quản lý, tiêu dùng. Yêu cầu về vật liệu bao bì lạnh đông Vật liệu bao bì lạnh đông phải đáp ứng được một số yêu cầu sau: Chịu được nhiệt độ thấp. Có thể chịu được cả nhiệt độ cao (Những sản phẩm cho vào lò vi ba và những sản phẩm sẽ được đun sôi ngay trong bao bì). Không độc và không làm cho thực phẩm có mùi vị lạ. Ngăn chặn được sự thất thoát hay xâm nhập của hơi nước và không khí. Có thể cơ giới hóa, tự động hóa trong việc chế tạo và đóng gói. Có thể trang trí lên bề mặt vật liệu. Không biến đổi khi tan giá, vận chuyển, phân phối. Đặc điểm một số vật liệu bao bì thực phẩm lạnh đông Những loại vật liệu thường dùng trong bao bì lạnh đông bao gồm: Giấy, plastic, nhôm. Người ta cũng có thể ghép lớp các loại vật liệu trên thành màng ghép nhiều lớp hoặc kết hợp các loại vật liệu khác nhau trong cùng một bao bì. Plastic Hình 1: CTHH một số loại plastic thường dùng Polyethylene (PE): Tỷ lệ sử dụng so với tổng lượng plastic cao nhất: 40 – 50 % / năm. PE trùng hợp từ khí ethylene CH2=CH2. Điều kiện trùng hợp: P = 1000 – 3000 at (Áp suất cao hạn chế sự tạo mạch nhánh quá lớn gây sự sắp xếp không trật tự của các mạch và tạo nên nhiều vùng cấu trúc vô định hình làm giảm tính bền cơ và tính chống thấm) to = 100 – 300 oC (to > 300oC sẽ gây thoái hóa mạch polymer) Có thể mang nhánh hoặc không. Sự phát sinh mạch nhánh làm ngăn cản sự phát triển độ dài mạch chính. Xác định mạch nhánh bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại. Mạch chính hay mạch nhánh quá dài đều ngăn cản sự kết tinh hay đóng rắn hoàn toàn khối PE, ở giai đoạn làm nguội. Các vùng có cấu trúc không định hình thường ở giữa khối PE. Các vùng có khả năng tạo cấu trúc kết tinh là những vùng chứa mạch polymer không quá dài. Màng PE khi bị chiếu xạ sẽ có biến đổi: Vàng hơn, độ trong suốt cao hơn. Trở nên cứng và dòn hơn. Chịu nhiệt tốt hơn (chịu được 105 oC trong thời gian dài, 230 oC trong thời gian ngắn) Độ dày: Hình 2: Màng PE Tấm: 25 – 100 μm Màng phủ bên ngoài: 10 – 20 μm Khả năng in ấn trên bề mặt không cao, dễ bị nhòa nét in do màng PE có thể bị kéo dãn. Thấm khí, hương => Thực phẩm hấp thu mùi vị lạ, mất giá trị cảm quan. Có thể pha thêm phụ gia vào PE: TiO2 (tạo độ đục), C (tạo màu đen ngăn chặn ánh sáng thấy được), các tác nhân trượt, chất làm chậm cháy hoặc chất màu. Ethylene vinyl acetate (EVA): EVA là copolymer đồng trùng hợp của ethylene và vinyl acetate, tỷ lệ phối trộn có ảnh hưởng lớn đến tính chất EVA. Tỷ lệ vinyl acetate : ethylene trong EVA làm chất tạo màng khoảng 1 – 20 %: 7 – 8 % : Tính chất giống LPDE. 15 – 20 % : Tính chất giống PVC nhưng dẻo hơn => Dùng làm màng co. So sánh tính chất với LDPE: Nhiệt độ hàn ghép mí thấp hơn. Độ bền cơ cao hơn. Tính chống thấm hơi nước và khí thấp hơn. Các đặc tính được ổn định ở nhiệt độ thường. Tính chất trượt thấp (hệ số ma sát cao) => Phải tăng thêm chất phụ gia của tác nhân trượt để tạo độ láng bóng bề mặt. Có thể hàn nhiệt nhưng với nhiệt độ cao hơn PVC. Khả năng in tốt. Dễ bị hư hỏng ở nhiệt độ cao. Tính mềm dẻo cao hơn. Không gây ô nhiễm môi trường khi hư hỏng cấu trúc. Polypropylene (PP): Phương pháp trùng hợp PP từ cao su rắn hoặc từ dầu lỏng ở áp suất cao hiệu quả không cao: Xảy ra sự nối kết không trật tự cho ra 1 loại cao su hoặc 1 chất như dầu nhờn. Phương pháp trùng hợp của Natta với xúc tác lập thể đặc hiệu Ziegler trên monomer propylene CH2=CH-CH3 dưới áp suất khoảng 100 at và nhiệt độ thấp: Trùng hợp được PP có trọng lượng phân tử cao với cấu trúc lập thể không nhánh. Xúc tác được tách khỏi PP bằng dd HCl nồng độ thấp trong methyl alcohol. Sau đó PP được rửa sạch bằng nước để tách acid, chưng cất hơi nước để tách tạp chất dễ bay hơi, làm khô, đùn ép và tạo viên. Cấu trúc không gian của PP gồm 4 loại: Atactic Isotactic Syndiotactic Hình 4: Một số cấu trúc không gian khác của PP Stereoblock Mạch PP có cấu trúc dạng xoắn như lò xo (cấu tạo cis-trans), không có mạch nhánh. Trong quá trình chế tạo mạch PP đã được kéo giãn theo chiều dài => Có xu hướng tạo vùng kết tinh cao => Tính chống thấm khí, hơi rất cao, cứng vững, tính chịu nhiệt cao. Màng PP có thể giãn theo chiều ngang, tuy hệ số giãn không cao. Màng trong suốt, độ bóng bề mặt cao, khi bị vò cho tiếng thanh hơn PE. Tỷ trọng thấp 0.885 – 0.905 g/cm3 Tính chịu nhiệt: Tonc = 132 – 149 oC => Có thể thanh trùng. Tomin = - 18 oC => Không dùng làm bao bì thủy sản lạnh đông (Nhiệt độ trung tâm các sản phẩm thủy sản lạnh đông phải đạt tới - 18 oC) Tohàn = 140 oC => Khó hàn kín hơn PE Tính chống thấm khí, hơi tốt, chống thấm chất béo tốt. Tính bền cơ cao, khá cứng vững, không mềm dẻo như PE, không bị kéo giãn dài => Được chế tạo thành sợi, dệt thành bao bì đựng lương thực. Khả năng in ấn cao, rõ nét. Hình 5: Bao bì PP đựng rau trái Polyvinyl Chloride: Trùng hợp từ các monomer vinyl chloride CHCl-CH2 (VCM), ở áp suất thấp. Có thể trùng hợp ở cả 2 vị trí đầu của nối đôi. Màng PVC được sản xuất theo phương pháp đùn ép và thổi thành màng qua khe. Tỷ trọng 1.4 g/cm3, cao hơn PE và PP => Tốn 1 lượng lớn PVC để có 1 diện tích màng cùng độ dày so với PE và PP. VCM ảnh hưởng thần kinh, gây ung thư => Lượng VCM trong sản phẩm PVC được khống chế < 1 ppm (mức an toàn). Giá thành thấp PVC hơn các polymer trùng hợp khác. Loại PVC đã được dẻo hóa bởi phụ gia sẽ bị biến tính cứng dòn sau 1 thời gian => Trong thực phẩm chỉ dùng loại PVC không dẻo hóa: Sản phẩm PVC không dẻo hóa thường bị giảm màu và mất màu khi gia nhiệt đến gần nhiệt độ chế tạo => phải cho thêm chất ổn định. Chống thấm hơi, nước kém hơn PE, PP. Tính chống thấm khí, chống dầu mỡ khá cao => Bao bì chứa thực phẩm có hàm lượng béo cao. Không bị hư hỏng bởi acid và kiềm. Bị phá hủy bởi 1 số dung môi hữu cơ, đặc biệt là clorofom và ketone. Màng PVC có khuynh hướng đóng thành khối do tương tác tĩnh điện giữa chúng. Polyvinylidene chloride (PVDC): PVDC là copolymer trùng hợp từ monomer vinylidene chloride C(Cl)2 – CH2 (VDC) và 1 loại monomer khác như vinyl chloride (VCM), methyl acrylate (MA), acrylonitrile (AN). Được dùng phổ biến làm bao bì thực phẩm (khoảng 81 ngàn tấn/năm trên thế giới) PVDC/VCM trong suốt, mềm dẻo, bền cơ học, bám dính tốt, tính chống thấm khí cao. Tính chịu nhiệt: Tonc = 135 oC => Có thể thanh trùng. Tomin = - 18 oC Tohàn = 121 – 148 oC Ứng dụng: PVDC/MA hoặc PVDC/AN có tính chống thấm khí cao => Làm lớp che phủ bên ngoài nhiều loại vật liệu khác, PVDC làm màng bọc rau quả, các thực phẩm tươi sống bảo quản lạnh hoặc một số thực phẩm ăn liền như phô mát, thịt nguội… do tính bám dính tốt, mềm dẻo. màng pvdc Hình 7: Màng PVDC bọc rau quả Polyethylene terephthalate (PET, Mylar, Milinex, Hoslaphane, Terphane): PET thuộc nhóm polyester là loại copolymer từ trùng ngưng giữa ethylene glycol và dimethyl terephthalate (DMT) hoặc acid terephthalic (TPA) dưới áp suất thấp, với ethylene glycol là chất nền khởi đầu cho quá trình trùng hợp. Màng PET định hướng 2 chiều: tính trong suốt, tính bền cơ và mềm dẻo tăng. Tỷ trọng; 1,4 Bền cơ: chịu được lực xé, lực va chạm, chịu mài mòn, độ cứng vững cao. Trơ với môi trường thực phẩm. Trong suốt. Không bị hư hỏng bởi dung môi hữu cơ. Chống thấm khí CO2 và O2 tốt hơn polyelefin, chống thấm dầu mỡ tốt. Tính chịu nhiệt: To gây hư hỏng cấu trúc PET là 225 oC. Ở 200oC, cấu trúc hóa học mạch PET không đổi, ở 66 – 100 oC tính chống thấm khí hơi không đổi nhưng ở t mềm dẻo ≥ 70 oC có thể làm biến dạng co rút màng PET. Tomin = - 70 oC. Ứng dụng: Chai lọ nước giải khát có gas, màng làm bao bì chứa thực phẩm cần chống oxy hóa. Hình 8: Hộp đựng bằng PET PETG (PET và 6% cyclohexane dimethanol): chịu nhiệt 115 – 121 oC => bao bì thực phẩm cần gia nhiệt trước khi ăn, chai bia cần thanh trùng. CPET (PET kết tinh nhanh): chịu nhiệt > 100oC => bao bì thực phẩm cần gia nhiệt trước khi ăn. PET vô định hình: Tương tự PET đã định hướng. Polystyrene (PS): Trùng hợp từ styrene C6H5-CH=CH2 với xúc tác khởi đầu của 1 peroxide ở áp suất thấp trong khoảng nhiệt độ 105 – 190 oC. PS là polymer vô định hình, phân tử lượng từ 40000 – 220000. Tính chất: Trong suốt. Tính cứng vững cao, dòn. Tính bền cơ về va chạm, mài mòn, xé rách kém PC. Tnc = 88oC. Hình 10: Khay PS Tính chống thấm nước tốt. Tính chống thấm khí, hơi kém Ứng dụng: PS định hướng 2 chiều tăng tính chống thấm, tính bền cơ nhưng dòn và cứng nên không dùng làm bao bì 1 lớp. PS được thổi, dập thành các khay chứa đựng trứng, bánh, các loại thịt tươi sống bày bán trong vòng 12h ở nhiệt độ 2 – 4 oC, thức ăn ăn liền, làm lớp lót cửa sổ cho các bao bì ngoài dạng có thể nhìn thấy vật phẩm bên trong. HIPS: copolymer giữa styrene và cao su được cải thiện tính bền cơ, giảm độ trong suốt, giá thành tăng cao, có thể đùn ép với các polymer khác để tạo vật liệu ghép nhiều lớp dạng màng hay tấm để tăng tính cứng vững. EPS: trộn hexane hoặc khí N2 vào PS ở trạng thái nhũ tương, rồi gia nhiệt, đùn ép thành bao bì. PS foam có tính xốp, ko cứng giòn, có thể có phụ gia TiO2 cản quang, tỷ trọng rất thấp => bao bì thực phẩm sử dụng trong 24h hoặc ăn liền, vật liệu chêm ló Polyamide (PA, Nylon): Trùng ngưng từ 1 loại acid hữu cơ và 1 amine. Tỷ trọng: 1.13 Tính chịu nhiệt: Tomax = 220 oC Tomin = -70 oC To > 100 oC : bị biến dạng do giãn nở nhiệt => Chịu được To thanh trùng 100oC trong thời gian ngắn. Tohàn không cao => Khả năng hàn dán nhiệt tốt, có thể hàn ghép mí nylon bằng phương pháp hàn cao tần. Trong, hơi mờ đục như LDPE. Tính bền cơ lý cao: chịu va chạm, chống trầy xước, mài mòn, xé rách, thủng bao bì. Tính chống thấm khí, hơi tốt, có thể giảm 3 lần khi nylon hút ẩm tối đa => Làm bao bì hút chân không hoặc ngăn cản sự thấm khí, hay thoát hương. Tính chống thấm nước kém, ảnh hưởng đến tính bền cơ lý => Sấy khô nylon. Không bị tác động của acid yếu, kiềm yếu nhưng bị hư hỏng với acid và kiềm nồng độ cao. Không bị hư hỏng bởi chất béo, tính chống thấm béo cao. Không có tính cứng vững => Chỉ làm bao bì dạng màng, túi. Khả năng in ấn tốt, không cần xử lý bề mặt trước khi in. Nylon 6 và nylon 6,6: PA bán kết tinh. Hình 13: Màng nylon bọc thịt lạnh đông Nylon 6: Trùng ngưng từ caprolactam ở 225 oC. Bền nhiệt, vẫn giữ tính mềm dẻo khi gia nhiệt > 100 oC, dễ hàn dán nhiệt và tạo màng đúc bằng phương pháp đùn ép với các loại nhựa nhiệt dẻo khác => sử dụng phổ biến nhất. dù tính quang học và cơ học kém so với nylon 6,6. Nylon 6,6: Trùng ngưng từ hexamethylene diamine và acid adipic ở 260 oC. BON (Nylon 6 định hướng 2 chiều): Tăng độ trong suốt, độ bóng láng bề mặt, tăng khả năng chống thấm khí, hơi, tăng tính bền cơ về khả năng chống xé rách, đâm thủng, mài mòn. Giấy và bìa Giới thiệu: Giấy và bìa thường được sử dụng làm bao bì thực phẩm lạnh đông. Giấy cũng có thể sử dụng như một bề mặt để in ấn. Bìa hay bìa cứng được sử dụng để sản xuất bìa carton gợn sóng và cứng chắc, thường không để tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm. Bìa cứng gợn sóng thường được sử dụng làm bao bì ngoài, phục vụ chuyên chở…. Những tấm bìa gợn sóng có cấu trúc từ 2-3 lớp có độ cứng vững thường dược sử dụng trong công nghiệp thực phẩm lạnh đông để ổn định các vị trí trên pallet hoặc để có khả năng chịu tải trọng cao. Giấy và bìa có thể kết hợp với một số vật liệu khác (sáp, PE…) để làm bao bì có thể chịu được nhiệt độ trong lò viba. Hình 14: Cấu trúc 1, 2 và 3 lớp của bìa gợn sóng Tính chất: Tính chất lớp bao bì chắn: Khí có thể thoát ra qua lớp bao bì giấy hoặc bìa cứng. Để khắc phục tình trạng này, người ta có thể két hợp bao bì giấy với chất dẻo (ví dụ: polyethylen) hay phủ lên một loại vât liệu khác (ví dụ: sáp hay đất sét). Giấy đã được phủ một lớp vật liệu khác có khả năng chống thoát khí và hơi ẩm tốt hơn. Khả năng hút ẩm lên bề mặt: Giấy là một loại vật liệu dễ dàng hút ẩm. Sự hút ẩm phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu của thực phẩm và độ ẩm tương đối của môi trường trong kho. Tính chất cách điện: Sự truyền nhiệt có thể xảy ra bởi sự truyền dẫn, sự đối lưu, và sự bức xạ và ảnh hưởng bởi bề dày, những đặc tính về nhiệt, tính xốp và tính phản xạ của vật chất. Những thuộc tính này được tập hợp xem xét để xác định tính chất cách điện cho một hệ thống đóng gói. Tính chất cơ học: Tính cấu trúc tốt, chống lại các lực cơ học, dễ xếp nếp. Hình 15: bao bì giấy Tiêu chí lựa chọn: Đặc điểm của thực phẩm Điều kiện đóng gói Độ bền cơ học Được phép sử dụng Có khả năng tái chế Chi phí. Độ cứng vững Hình 16: Hộp giấy đựng pizza lạnh đông Bề mặt (in ấn, trang trí ….) Nhôm Nhôm nhẹ, thuận lợi cho vận chuyển, phân phối. Nhôm có đặc tính mềm dẻo, ít tạo sự cứng vững cho bao gói, mà tạo sự áp sát bề mặt thực phẩm nhiều hơn. Nhôm đặc biệt cứng vững khi chứa đựng chất lỏng có áp lực khí, như lon thức uống có gas. Nhôm sử dụng cho thực phẩm có độ tinh khiết 99 – 99.8 %. Ít thấm hơi nước (0.05 G/ m2 /ngày) hơn chất dẻo, ngăn cản O2 tốt, chống thoát hương, chống được tia cực tím nên màng nhôm thích hợp để bảo quản các sản phẩm giàu protein, giàu chất béo, chống sự oxy hóa và ngăn ngừa sự tăng độ ẩm, khiến vi sinh vật không thể phát triển. Nhôm có nhiệt độ nóng chảy rất cao nên có khả năng bảo quản thực phẩm ở -70oC đến 600oC, có thể trang trí bằng in ấn lên bề mặt nhôm. Hình 17: Một loại khay nhôm Màng ghép nhiều lớp Thực tế không có loại vật liệu nào có thể đáp ứng đầy đủ mọi tính chất yêu cầu cần thiết như: độ kín, độ thấm khí, độ bền kéo, độ bền cơ, độ trong suốt, sáng bóng, chống thấm dầu, chống tĩnh điện, dễ in ấn, có thể thanh trùng, tiệt trùng… Vì thế, màng ghép nhiều lớp được chế tạo và nhanh chóng chiếm ưu thế. Màng nhiều lớp được ghép bằng thiết bị đùn ép, và được chế tạo theo 2 phương pháp: Ép dán nhiệt: Nhiều màng được chế tạo trên những thiết bị riêng, ghép lại với nhau bằng phương pháp ép dán nhiệt khi các màng là các polymer có cấu trúc cơ bản (monomer) tương tự nhau, phổ biến là plastic olefin như PP và PE. Ghép các lớp PE với nhau: LLDPE làm lớp ngoài, LLPE làm lớp trong => Màng tăng tính bền cơ, dễ hàn kín, dễ in bao bì. Dùng chất kết dính: Chất kết dính là các PE đồng trùng hợp: EVA, EPA, ionomer…, tổng lượng chất kết dính của các lớp rất nhỏ, khoảng 15 – 20 % khối lượng các màng chính, có thể có chiều dày rất nhỏ khoảng 3 μm.\ Đa số các màng ghép dùng chất kết dính đều có ghép lá nhôm để ngăn ánh sang thấy được hoặc tia tử ngoại, hoặc ghép lớp giấy kraft có tính dễ xếp nếp, tăng độ dày, tính cứng vững của bao bì Hình 19: Màng plastic ghép với nhôm và giấy kraft Ghép lớp PE trong cùng để tạo khả năng hàn dán nhiệt tốt. Màng LDPE hay LLDPE cũng có thể được phủ ngoài nhằm mục đích chống thấm hơi nước, chống ướt bao bì. PE ghép với nylon làm bao bì thực phẩm lạnh đông IQF hút chân không, màng co bọc thực phẩm hâm nóng trong lò viba. LLDPE ghép với EVA làm màng co bọc thực phẩm. Hình 22: bọc màng co hút chân không đựng trái cây lạnh đông Phủ PVC bên ngoài các lớp màng khác làm tăng tính chống thấm khí. Màng OPP ghép ngoài cùng các bao bì dạng túi nhằm xé, mở dễ dàng, in ấn tốt, tạo độ bóng ca Các loại hình bao bì thực phẩm lạnh đông Thùng / hộp Chúng thường được làm bằng LDPE có phủ bìa cứng. Bìa cứng thì chống lại các tổn thương cơ học, LDPE thì chống lại việc sản phẩm bị ẩm ướt, bảo vệ sản phẩm khỏi mất hơi nước. Người ta sẽ tạo nên thùng hay hộp giấy từ các tấm bìa carton phẳng, chứa đựng sản phẩm và đóng lại. Hình 24: Thiết bị tạo hộp giấy bán tự động theo chiều ngang Hình 25: Thiết bị tạo hộp giấy tự động theo chiều dài Hình 26: Thiết bị đóng gói vào thùng carton Hình 27: Thiết bị đóng hộp có màng co bao bọc Túi / bao Túi hay bao là hình thức cô điển nhất của bao bì. Chúng có thể hở một đầu hay hai đầu, và có dây kéo để đóng mở hoặc không. Túi bình thường được làm bằng LDPE hay HDPE. Tuy nó không giúp bảo vệ sản phẩm khỏi những tác động cơ học nhưng nó giúp sản phẩm khỏi bị mất nước tốt. Người ta thường sử dụng thêm phụ gia hoặc ghép với nhôm để có thể bảo vệ sản phẩm khỏi ánh sáng. Ngoài ra cũng có thể phủ PET hoặc PVDC/PVC bên ngoài LDPE, HDPE để chống lại tác động của oxy. Hình 28: Thiết bị làm túi / bao Những bao hay túi có thể chịu được nhiệt được làm bằng HDPE hay PP. Bao bì có thể chịu nhiệt vì vậy có thể cho sản phẩm vào lò vi ba. Những sản phẩm này thường là nước sốt, được cho vào sản phẩm để làm tăng giá trị của sản phẩm và tăng quá trình truyền nhiệt. Khay / đĩa có nắp Thường sử dụng cho sản phẩm trái cây đông lạnh hoặc những miếng thịt. Điểm thuận tiện của những sản phẩm này là có thể gia nhiệt trực tiếp hay cho vào lò vi sóng. Chai / lon Bao bì này thường được làm bằng LDPE phủ bìa cứng và cuối cùng là kim loại. Một vài loại bao bì được làm bằng HDPE. Điểm thuận lợi của nó là có thê cho vào lò vi sóng hoặc tái chế. Một số vỏ hộp có thể được niêm phong kín để không có những vi sinh vật gây hại cho sức khỏe, thực phẩm có thể tiệt trùng hay thanh trùng trước hay sau khi niêm phong. Những thao tác đóng hộp hay đóng chai: (1) chế tạo vỏ hộp rỗng, (2) vệ sinh vỏ hộp, (3) chuẩn bị sản phẩm, (4) đổ hộp, (5) đóng, (6) xử lí, (7) làm nguội, (8) lưu kho hay sử dụng sản phẩm đồ hộp. Thiết bị đóng gói bao bì lạnh đông Thiết bị rót Thiết bị rót chất lỏng: Thiết bị rót chân không: Rót bằng chân không là cách sạch và kinh tế nhất, tránh khỏi sự sai sót khi gặp những bao bì bị rạn, vỡ, thủng lỗ. Hơn nữa, rót chân không giúp tránh được sự nhỏ giọt và những mất mát khác. Ngoài ra không cần thiết phải làm sạch bao bì sau khi rót. Hình 29: Thiết bị rót chân không Thiết bị rót đẳng áp: Sử dụng bơm để đưa chất lỏng vào bao bì Hình 30: Thiết bị rót áp suất Thiết bị rót định lượng: Một thể tích chất lỏng không đổi được đo trước khi rót, sau đó chuyển qua một bơm piston để rót vào bao bì. Phương pháp này chậm và không chính xác. Hình 31: Thiết bị rót định lượng Thiết bị rót thế năng: Dựa vào sự chênh lệch độ cao mà dung dịch được rót. Hình 32: Thiết bị rót thế năng Thiết bị rót đẳng áp chân không: Sử dụng kết hợp áp suất và chân không để rót chất lỏng vào bao bì. Hình 33: Thiết bị rót áp suất – chân không Thiết bị rót chất rắn: Thiết bị rót định lượng: Sử dụng phễu rót định lượng vào bao bì dạng cốc. Hình 34: Thiết bị rót định lượng Thiết bị rót chân không: Một số vật liệu bao bì có thể không chịu được áp suất chân không, do đó cần có miếng vải đệm cứng khi rót. Hình 35: Thiết bị rót chân không Thiết bị rót trọng lượng: Sản phẩm rắn được cân trước khi rót vào bao bì. Hình 36: Thiết bị rót trọng lượng sử dụng cân Hình 37: Thiết bị rót trọng lượng sử dụng mạch vi xử lý Thiết bị đóng gói chân không Đóng gói chân không giúp loại bỏ hàm lượng O2 trong thực phẩm làm kéo dài thời gian bảo quản. Vì vậy đóng gói chân không cũng yêu cầu những vật liệu bao bì có khả năng cản trở không khí rất cao, có tính cứng vững mềm dẻo để chịu được áp lực chân không. Thiết bị đóng gói chân không kiểu vòi: Hình 38: Thiết bị đóng gói chân không kiểu vòi Thiết bị đóng gói chân không kiểu phòng kín: Hình 39: Thiết bị đóng gói chân không kiểu phòng kín Thiết bị đóng gói chân không màng co: Hình 40: Thiết bị đóng gói chân không màng co Tài liệu tham khảo [1] Đống Thị Anh Đào, “Kỹ thuật bao bì thực phẩm”, NXB Đại học quốc gia TP.HCM, TP. HCM, 2005, 269 trang. [2] Da – Wen Sun, “Handbook of frozen food processing and packaging”, CRC Press, Taylor & Francis group, 6000 Broken Sound Parkway NW, 2006, 725 trang. [3] Y. H. Hui, “Handbook of frozen food”, CRC Press, Taylor & Francis group, 6000 Broken Sound Parkway NW, 2004, 719 trang. [4] Các website: