Bộ môn Công nghệ Sinh học - Thực phẩm
1. Giới thiệu kỹ thuật trường xung điện (Pulsed electric field, PEF)
Kỹ thuật trường xung điện (PEF) là một kỹ thuật chế biến không dùng nhiệt, được tập trung nghiên cứu trong thời gian gần đây như là một phương pháp nhằm thay thế các phương pháp chế biến nhiệt truyền thống. Trường xung điện có thể vô hoạt được các vi sinh vật gây bệnh và làm hư hỏng thực phẩm, đồng thời hạn chế ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng và giá trị dinh dưỡng của thành phẩm (Huang và ctv, 2009). Vì vậy phương pháp trường xung điện được xem như là một phương pháp tiên tiến dùng trong bảo quản các sản phẩm thực phẩm lỏng. Đã có nhiều nghiên cứu về tác dụng của trường xung điện lên các sản phẩm lỏng và cho thấy nhiều tiềm năng ứng dụng cho các quy trình sản xuất liên tục, đặc biệt là các sản phẩm giàu chất mùi như là nước quả, nước giải khát, sữa và các sản phẩm sữa. Hầu hết các nghiên cứu của các nhà khoa học thực phẩm về trường xung điện trên các sản phẩm lỏng đều tập trung vào khả năng ức chế vi sinh vật và enzyme.
Hình 1. Sự ức chế vi khuẩn E. Coli ở các điện trường khác khi sử dụng PEF
Nguồn: (Charles-Rodríguez và ctv, 2007)
2. Cơ chế hoạt động
Kỹ thuật xử lý thực phẩm bằng trường xung điện là một phương pháp sử dụng dòng điện để vô hoạt hoá vi sinh vật thay cho sử dụng nhiệt, do đó PEF được xem là phương pháp tiên tiến vì giảm thiểu được sự biến đổi tính chất vật lý, dinh dưỡng và cảm quan của thực phẩm (Huang và ctv, 2009). Xử lý thực phẩm bằng trường xung điện (PEF) là ứng dụng những xung điện thế cao (thường 20 - 80 kV/cm) lên thực phẩm đặt giữa 2 điện cực. Xử lý PEF ở nhiệt độ không quá cách biệt với nhiệt độ phòng trong thời gian dưới 1s, và năng lượng mất đi do đốt nóng khối thực phẩm sẽ được giảm thiểu.
Hình 2. Sơ đồ cấu tạo của hệ thống xử lý thực phẩm bằng trường xung điện
Màng tế bào vi sinh vật bình thường ở trạng thái trung hòa điện tích. Khi đặt thực phẩm vào một cường độ điện trường đủ mạnh trong một môi trường dẫn điện sẽ dẫn đến sự tích tụ các điện tích trên các màng tế bào không dẫn điện của vi sinh vật. Lỗ thủng trên màng tế bào sẽ hình thành khi điện thế truyền qua vượt giá trị tới hạn (vào khoảng 1V) thì cần điện trường E vào khoảng 10kV/cm.
Hình 3. Cơ chế tác động của trường xung điện lên tế bào vi sinh vật
Hiệu quả bất hoạt vi sinh vật của phương pháp xử lý bằng trường xung điện thay đổi với các loại và giai đoạn phát triển của vi sinh vật, cũng như nồng độ ban đầu của tế bào sống. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng nấm men nhạy cảm hơn so với vi khuẩn, vi khuẩn Gram âm nhạy cảm hơn với phương pháp xử lý bằng trường xung điện (Mosqueda-Melgar và ctv, 2008, Qin và ctv, 1995).
Hình 4. Khả năng ứng chế nấm men S. cerevisiae ở các cường độ điện trường khác nhau với xung nhịp 2.5μs.
Nguồn: (Qin và ctv, 1995)
Heinz và cộng sự (2001) cũng đã bất hoạt vi khuẩn, làm tăng độ an toàn, ổn định thực phẩm mà không ảnh hưởng cảm quan và đặc điểm dinh dưỡng của thực phẩm. Các bào tử vi khuẩn có khả năng kháng cao hơn tế bào sinh dưỡng, nhưng sau khi nảy mầm, chúng trở nên nhạy cảm khi xử lý bằng trường xung điện (Shin và ctv, 2010).
Kết luận
Khách hàng luôn luôn đòi hỏi sản phẩm chế biến an toàn với sự thay đổi chất dinh dưỡng thấp nhất, vì vậy các nhà chế biến thực phẩm phải luôn tìm ra các phương pháp kỹ thuật chế biến mới nhằm đáp ứng các yêu cầu ngày càng khắt khe của thị trường. Ứng dụng của phương pháp xử lý thực phẩm bằng trường xung điện có nhiều tiềm năng ứng dụng trong chế biến thực phẩm, một phương pháp thanh trùng không dùng nhiệt thích hợp cho các sản phẩm dễ biến đổi bởi nhiệt như nước quả, sữa tươi, sữa lên men,... Phương pháp này hạn chế đối với các sản phẩm có độ dẫn điện thấp, không phù hợp cho các thực phẩm rắn, hoặc các sản phẩm thực phẩm lỏng có độ nhớt cao (> 0.2 Pas).
Tài liệu tham khảo
Charles-Rodríguez, A. V., Nevárez-Moorillón, G. V., Zhang, Q. H. and Ortega-Rivas, E. 2007. Comparison of Thermal Processing and Pulsed Electric Fields Treatment in Pasteurization of Apple Juice. Food and Bioproducts Processing 85: 93-97.
Heinz, V., Alvarez, I., Angersbach, A. and Knorr, D. 2001. Preservation of liquid foods by high intensity pulsed electric fields—basic concepts for process design. Trends in Food Science & Technology 12: 103-111.
Huang, K. and Wang, J. 2009. Designs of pulsed electric fields treatment chambers for liquid foods pasteurization process: A review. Journal of Food Engineering 95: 227-239.
Mosqueda-Melgar, J., Elez-Martinez, P., Raybaudi-Massilia, R. M. and Martin-Belloso, O. 2008. Effects of pulsed electric fields on pathogenic microorganisms of major concern in fluid foods: a review. Crit Rev Food Sci Nutr 48: 747-759.
Qin, B.-L., Chang, F.-J., Barbosa-Cánovas, G. V. and Swanson, B. G. 1995. Nonthermal inactivation of Saccharomyces cerevisiae in apple juice using pulsed electric fields. LWT - Food Science and Technology 28: 564-568.
Shin, J. K., Lee, S. J., Cho, H. Y., Pyun, Y. R., Lee, J. H. and Chung, M. S. 2010. Germination and Subsequent Inactivation Ofbacillus Subtilisspores by Pulsed Electric Field Treatment. Journal of Food Processing and Preservation 34: 43-54.
ThS. Phạm Thị Hồng Loan (Khoa Kỹ thuật - Công nghệ, Trường Đại học Văn Hiến)